凌雙明，彭小平

(長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410124)

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《工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程》綜合性項(xiàng)目教學(xué)法探究

凌雙明，彭小平

(長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410124)

主要探索和實(shí)踐了通過(guò)將工業(yè)機(jī)器人在線編程與西門子1200 PLC、西門子TP700觸摸屏通訊相結(jié)合，采用項(xiàng)目法的綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式。綜合性的項(xiàng)目教學(xué)方法可以使高職學(xué)生編程能力差、通訊調(diào)試能力差的問(wèn)題得到較好解決，對(duì)高職學(xué)生的綜合素質(zhì)的培養(yǎng)有一定的借鑒意義。

西門子1200；項(xiàng)目法；TP700；在線編程

隨著我國(guó)制造業(yè)的極速發(fā)展，目前正面臨著人力成本提升和利潤(rùn)降低等問(wèn)題，為了提高生產(chǎn)效率，很大一部分企業(yè)都將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于生產(chǎn)建設(shè)以達(dá)到提高工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的目的，工業(yè)機(jī)器人在我國(guó)已成為企業(yè)無(wú)人化工廠必不可少的設(shè)備之一[1]。工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)必修課，是一門多學(xué)科的綜合性技術(shù)，涉及觸摸屏技術(shù)、可編程控制器、傳感器、變頻器技術(shù)等多學(xué)科的內(nèi)容[2]。其目的是培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)器人技術(shù)方面分析與解決問(wèn)題的能力，為畢業(yè)后從事專業(yè)工作打下必要的機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)。

采用工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程與PLC、HMI通訊實(shí)現(xiàn)碼垛和搬運(yùn)的綜合性項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)，可以讓學(xué)生通過(guò)在教中做、做中學(xué)來(lái)真正理解和消化課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，達(dá)到融會(huì)貫通的教學(xué)效果。

1 PLC工業(yè)機(jī)器人通訊綜合性教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

1.1 教學(xué)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的思路

本文主要研究通過(guò)在實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中制訂典型工作任務(wù)，以項(xiàng)目為載體，工作過(guò)程為導(dǎo)向，以學(xué)生為主體，充分體現(xiàn)職業(yè)性、實(shí)踐性和開(kāi)放性的要求，選取了工業(yè)機(jī)器人通過(guò)交換機(jī)與西門子S7-1200 PLC、西門子TP700觸摸屏通訊的綜合性教學(xué)項(xiàng)目來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的拾取和定位放置，此項(xiàng)目考察學(xué)生的PLC編程、工業(yè)機(jī)器人編程、HMI畫面繪制等綜合技能。

1.2 本項(xiàng)目任務(wù)要求

人工手動(dòng)放置裝有一個(gè)物品的托盤于托盤流水線，當(dāng)托盤經(jīng)過(guò)托盤流水線時(shí)，阻擋氣缸進(jìn)行阻擋，然后相機(jī)進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別完成后，發(fā)送數(shù)據(jù)給PLC，PLC進(jìn)行相應(yīng)處理后，當(dāng)托盤運(yùn)行到抓取工位時(shí)，把數(shù)據(jù)發(fā)送給機(jī)器人，機(jī)器人根據(jù)傳送過(guò)來(lái)的物品數(shù)據(jù)，用單吸盤對(duì)托盤物品抓取，并放置于流水線的指定位置。編寫PLC程序并完成HMI繪制后完成機(jī)器人在線編程和示教(其中視覺(jué)腳本和托盤流水線程序已經(jīng)提供)。

表1 主控地址通訊配置表

2 項(xiàng)目實(shí)施

通過(guò)前面實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，使學(xué)生了解本項(xiàng)目的任務(wù)要求和PLC控制系統(tǒng)的硬件的設(shè)計(jì)和工業(yè)機(jī)器人的變量設(shè)定。為了讓學(xué)生掌握實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)，教師在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)案例教學(xué)法、演示操作教學(xué)法來(lái)實(shí)現(xiàn)。完整的教學(xué)設(shè)計(jì)和基于工作過(guò)程的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)的實(shí)施如下：

2.1 知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練

思考：

1) 如何新建工程，組態(tài)PLC IO模塊 ，改PLC IP地址，新建子網(wǎng)。

2) 如何組態(tài)變頻器，選擇子網(wǎng) ，改IP地址和變頻器名稱，給變頻器添加子模塊。

3) 如何組態(tài)觸摸屏，改IP地址。

4) 如何向你添加子模塊的控制地址寫控制字。

5) 如何寫程序控制變頻器。

6) 如何綁定觸摸屏變量，控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。

行動(dòng)：試著完成以下任務(wù)。

任務(wù)一：進(jìn)行觸摸屏的組態(tài)畫面繪制，并關(guān)聯(lián)變量，設(shè)置觸摸屏IP地址。

任務(wù)二：使用S7-1200PLC編寫機(jī)器人抓取函數(shù)。

任務(wù)三：使用S7-1200PLC編寫機(jī)器人偏移函數(shù)。

X為軸坐標(biāo)輸入，Y為Y軸坐標(biāo)輸入，Z為Z軸坐標(biāo)輸入，A是角度輸入值，類型都是整數(shù)型。

XOffset、YOffset、ZOffset、AOffset分別表示XYZ軸和角度坐標(biāo)偏移量的輸入值，類型都是整數(shù)型。

2.2 確定系統(tǒng)控制方案

思考：本系統(tǒng)采用什么控制器？完成項(xiàng)目需要哪些設(shè)備和元器件？

行動(dòng)：小組成員共同研討，制訂系統(tǒng)控制總體控制方案，繪制系統(tǒng)工作流程圖及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；據(jù)技術(shù)工藝指標(biāo)確定系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 PLC控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

1) 收集相關(guān)PLC控制器、觸摸屏、開(kāi)關(guān)、按鈕等設(shè)備資料，完善項(xiàng)目設(shè)備表(元器件清單)。

2) 輸入/輸出的點(diǎn)分配。

3) 繪制出觸摸屏組態(tài)界面，如圖1所示。

圖1 HMI組態(tài)畫面

2.4 PLC程序設(shè)計(jì)

1) 根據(jù)被控對(duì)象的工藝條件和控制要求，設(shè)計(jì)梯形圖，要求兩種以上方法進(jìn)行PLC的程序設(shè)計(jì)。參考方法：第一種方法：通訊功能指令；第二種方法：調(diào)用封裝好的函數(shù)塊。

2) 機(jī)器人在線編程和示教。機(jī)器人回零流程：按下觸摸屏上的“復(fù)位”按鈕，發(fā)送31指令，機(jī)器人反饋100待機(jī)狀態(tài)，再按下觸摸屏上“啟動(dòng)”按鈕，發(fā)送12和回零104指令，機(jī)器人回零完成反饋100待機(jī)；機(jī)器人運(yùn)行流程：接收到機(jī)器人待機(jī)狀態(tài)100，發(fā)送啟動(dòng)103、抓取和放置工件的X Y Z軸坐標(biāo)和Z軸角度、使用的工具，機(jī)器人反饋回運(yùn)行中200，運(yùn)行完成后反饋回101。

發(fā)送暫停信號(hào)11，故障排除完成后按下觸摸屏上“繼續(xù)”按鈕，發(fā)送203繼續(xù)執(zhí)行指令，機(jī)器人繼續(xù)執(zhí)行；或者是機(jī)器人重新回零開(kāi)始。

2.5 系統(tǒng)安裝接線和綜合調(diào)試

首先按系統(tǒng)接線圖連接好系統(tǒng)，然后根據(jù)控制要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，直到符合要求。

1) PLC通電，通過(guò)編程軟件將PLC置于非運(yùn)行(RUN)狀態(tài)，并將程序下載到PLC。

2) 通過(guò)編程軟件將PLC置于運(yùn)行RUN狀態(tài)，按下觸摸屏上的啟動(dòng)按鈕，觀察計(jì)算機(jī)上顯示程序中各觸點(diǎn)和線圈的狀態(tài)和工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行情況。

3) 聯(lián)合調(diào)試、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行修改，直到系統(tǒng)完善。

2.6 項(xiàng)目考核及總結(jié)

教師根據(jù)聯(lián)機(jī)調(diào)試結(jié)果，即機(jī)器人在自動(dòng)模式下所能實(shí)現(xiàn)的功能，給出該項(xiàng)目的分?jǐn)?shù)作為項(xiàng)目考核成績(jī)[3]，學(xué)生開(kāi)展小組討論總結(jié)實(shí)訓(xùn)中聯(lián)機(jī)調(diào)試遇到的問(wèn)題及解決方案。

3 結(jié)論

HMI和PLC控制機(jī)器人實(shí)現(xiàn)工件抓取、放置的綜合性項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)教學(xué)，可以使學(xué)生掌握HMI組態(tài)繪制與變量關(guān)聯(lián)、西門子1200的通訊測(cè)試、機(jī)器人編程與調(diào)試等綜合知識(shí)技能。豐富的教學(xué)內(nèi)容和項(xiàng)目化教學(xué)方式讓學(xué)生通過(guò)“做中學(xué)”，讓教師“做中教”的方式，教學(xué)做一體化明顯提高了教學(xué)效果。

[1] 葉暉，管小清.工業(yè)機(jī)器人實(shí)操與應(yīng)用技巧[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[2] 葉暉.工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用案例精析[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013.

[3] 陳永清.基于工學(xué)結(jié)合的證書課程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)探索[J].深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011(4)：54-56.

Research on Comprehensive Project Teaching Method of “Industrial Robot on Line Programming”

Ling Shuangming,Peng Xiaoping

(ChangshaAeronauticalVocationalandTechnicalCollege,Changsha,Hunan410124,China)

This paper mainly explores the integrated practice teaching mode of the project method by combining the industrial robot online programming with the SIEMENS 1200 PLC,SIEMENS TP700 touch screen communication.Comprehensive project teaching method can make a better solution for the problems of poor programming ability and poor communication ability of higher vocational college students,which can be used for reference to cultivate the comprehensive quality of higher vocational college students.

SIEMENS 1200; project method; TP700; on line programming

2016-05-24

凌雙明(1983-)，女，實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要研究領(lǐng)域?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)。

1674-4578(2016)05-0084-02

G642.4；TP242

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