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基于PLC的机器人打磨控制系统设计

摘要：机器人打磨技术越来越多的应用在工业领域，面对复杂的打磨工艺，

机器人柔性加工变的越来越重要：针对这一问题设计开发了基于西门子PLC的和

触摸屏的机器人打磨控制系统，阐述了控制系统的硬件组成、程序实现及一些关

键的技术问题，生产实践证明此打磨控制系统运行稳定、操作灵活、满足工艺要

求，有广阔的应用前景。

关键词：PLC；机器人打磨；自动化；软件设计

前言：随着机器人应用技术的发展，机器人打磨技术逐渐应用在各行各业，

在实际应用中往往是很多个不同结构的工件都需要在该打磨设备上进行打磨，而

且打磨要求也越来越严格，这就需要有上料系统、变位机、工具库（打磨头更换

系统）等不同的单个系统共同组成一个完整的控制系统，机器人在控制系统的作

用下协调各个部分来完成工件的打磨。为了解决这些需求，设计了一种机器人打

磨控制系统，不但实现了机器人和各个部件之间的协调动作还可以与第三方设备

通信，实现生产线的连续生产。

一、硬件组成

系统主要部件：工业6轴机器人用于携带打磨工具对工件打磨；变位机作为

工件的打磨平台，由3KW伺服电机控制，在打磨过程中可根据工艺需要进行正反

方向360°旋转，且其台面上配有工装板用于工件的定位、夹紧；工具库为密闭

工具库，配有气缸控制的开关门，用于存放打磨工具和打磨头，且可以防止所存

放的配件免受打磨粉尘的污染；该打磨系统需要多个打磨头、1个电主轴、1个

轴向气主轴和1个径向气主轴。系统需要和机器人及第三方设备进行通信。系统

控制总体机构如图1所示。

系统采用西门子PLC-1200（DC/DC/DC）做控制器，根据系统的控制要求和控

制规模，需要的输入和输出点数分别为96和40。选择1个2*14Bit模拟量模块

用来控制电主轴和伺服电机，且伺服电机的控制采用闭环，两个ET200SP作为分

布式分别控制变位机和工具库。操作台独立设置，使用西门子10寸触摸屏组态

操作画面作为人机界面的操作。与机器人和第三方设备通信均采用PROFINETIO

通信。为了进行有效的安全防护，系统配有安全光栅用于加工过程中的防护。

PLC

第三方

工具库

变位机

机器人

触摸屏

伺服电机、夹具检测

传感器检测

快换夹具、电主轴、气主轴

图1系统控制总体结构图

二、软件设计

机器人自动打磨系统的功能：第三方设备来料系统将物料传送至机器人控制

单元，机器人控制单元对工件进行打磨加工，在打磨的过程中，机器人通过控制

变位机的旋转来选择不同的打磨角度，根据工艺要求选择相应的打磨工具和打磨

头。总之，机器人控制单元在以机器人为核心的控制下，通过总线通信来进行变

位机、主轴、工具库及第三方数据之间的信息传输，进而控制整个打磨过程。

系统采用梯形图语言编程，编程软件使用博途V16。整个控制系统由1个OB

组织块（主程序）10个FC功能块（相当于子程序）和1个工艺对象组成。工艺

对象为运动控制组态部分，各个子程序分别为：系统诊断报警程序、系统状态程

序、复位程序、伺服控制程序、工具盘控制程序、变位机控制程序、工具库控制

程序、机器人自动启动程序、机器人通信及控制程序和第三方通信及控制程序。

使用博途软件V16组态的网络视图如图2所示。

图2博途软件网络视图

（一）系统工作流程

1.第三方设备生产线物料上料系统将带工件定位工装板的工件输送到上下料

变位机的定位工装上，定位工装将工件锁紧，机器人加工区安全自动门关闭。

2.机器人打磨系统接到第三方设备生产线管控系统发来的零件型号及坐标位

置偏差信息后，系统调取