黑龙江科学
HEILONGJIANG SCIENCE
第12卷第10期2021年5月
Vol. 12May. 2021
王艳，郝亮，金月，刘晓兰
(哈尔滨华德学院，哈尔滨150025)
摘要：对PLC 焊接机器人自动化控制系统进行了硬件、控制界面和软件设计，经过调试和安装，焊接机器人自动控制系统的定位、
复位误差非常小，技术参数符合制造企业焊接标准，且系统运行可靠稳定。
关键词：PLC 技术；焊接机器人；自动控制系统
中图分类号：TP242 文献标志码：A
文章编号：1674 -8646(2021 ) 10 -0096 -02
Design of Automatic Control System of Welding Robot Based on PLC
Wang Yan , Hao Liang , Jin Yue , Liu Xiaolan (Harbin Huade University , Harbin 150025 , China)
Abstract : Design is done on the hardware , control interface and software of automatic control system of welding robot based on PLC. Through debugging and installation , there is little location and reset error in automatic control system of
welding robot. Technical parameters are in accordance with the welding criterion of manufacturing enterprise , and the
system operation is reliable and stable.
Key words : PLC technology ； Welding robot ； Automatic control system
1焊接机器人自动控制系统结构
控制器：使用PLC 控制器，通过调整PID 进行回 路控制。运行原理是通过对输出信号的处理，实现偏
差信号的转换，根据接收的指令发出执行指令信息，使 系统完成操作动作。被控单元：由控制器控制，是接收 操作指令的模块。执行操作模块：当控制器发出指令,
被控单元接收指令后，控制机械手臂完成指令操作。
测试环节：使用传感器对数据进行测量。自动控制系
统需要持续发送信息，对此类信息使用传感器测量，利 用变换回路，将信息进行转换，满足控制系统对数据的
需要。比较环节：主要用于信号比对，计算信号偏差， 比对信号为系统检测数据和系统信号。
2系统硬件设计
PLC 控制器选型:PLC 是整个系统的中枢神经，是
控制焊接机器人操作行为的模块，设计采用西门子公 司生产的S7 -200型控制器，具有可编程、使用场合 多、体积小的优势，检测和监测性能较好。
位置传感器设计：其主要用于工件位置、焊钳运动
位置、焊接平台位置的检测，根据检测对象选择不同类 型的位置传感器。工件和焊接平台检测：选择南京凯
收稿日期:2020-08 -11
作者简介：王 艳(1980 -)，女，硕士研究生，讲师。
基特电气生产制造的KJT - FJ18GW 型耐高温光电传
感器，使用寿命较长、可靠性较高，使用全金属封装，可 耐120兀的高温。焊接平台移动检测：使用BC40S 型 光电编码器。
控制开关设计：主要控制自动系统的开启和关闭，
具备转换、启动、关闭、暂停、复位等功能。
上位机设计：负责控制系统的软件部分，用于人机 交互，借助通信网络对PLC 进行监测。使用北京亚控
科技公司研发的监控软件组态王6. 60s P l ，其最大特 点是基于标准的工业计算机软硬件平台构建的集成系 统，性能和自动化表现良好。
焊接平台设计：焊接平台和PLC 控制器之间，使 用变频器连接。变频器控制着焊接平台的移动，在组
态王软件中，输入焊接平台的移动速度，通过PLC 控
制变频器对焊接平台进行驱动。本系统使用的是西门
子MM440变频器，可实现更高的动态响应，在不编码 的情况下，也可实现焊接平台的移动。
伺服电机设计：焊接机器人双机械手臂的控制，是
由控制器发岀指令，由伺服电机完成机械手臂的操作 行为，机械手臂操作与人工焊接操作有些类似，可以横
向和纵向移动，所以要在伺服驱动系统中设置两个电
机。本系统使用的是西门子6SL3210 -5FE10-8UA0 型伺服电机，具有高动态性能，可实现机械手臂的高精 度定位。
焊接控制设计：焊接控制对象是焊钳，使用开关控
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制，针对焊接环节进行设置，主要是焊钳起弧、焊接和收弧。
3系统控制界面设计
控制界面可以参考组态王界面进行设计。登陆界面，操作人员输入用户名和密码可登录主界面，主界面设置了各个功能模块对焊接机器人进行控制。自动焊接模块，操作人员点击进入后，开始控制焊接机器人的
焊接操作。此模块中，设置了启动、暂停、关闭按钮，点击启动按钮，系统自动检测工件位置，确定工件安装是否准确，确认无误后，操作人员按下焊接按钮，伺服电机启动，控制机器人手臂进行工件焊接。焊接过程中，需要调整工件，可按下暂停或关闭按钮，停止焊接操作。机器人焊接有时需要人工介入，对系统进行调试。控制页面中设置了手动调试选项，点击后进入手动调试页面。该页面的主要功能是机器人手臂调试、焊接平台调试，选择调试选项后，可进行手臂和平台调试。参数设定页面，主要设置机器人手臂的焊接参数，可设置焊接速度，起弧和收弧时间。
4软件系统设计
4.1转换图分析
基于PLC焊接机器人的自动控制属于顺序控制，包括九个流程，使用S0.0-S1.0表示，如图1所示，每个
流程代表机器人焊接的一个环节。其中，10.5是限位开关,11.1是上限位开关,11.0代表下限位开关，是控制机械手臂的开关，打开开关后，机械手臂纵向运动,10.6是右限位开关,10.7是左限位开关，控制机械手臂横向运动,11-3控制焊接平台的两端限位。M0.0是标志位,MO.1是开机标识,M0.2是起弧时间,M0.3是收弧时间。
4.2自动顺序控制模块运行原理
进入软件自动控制模块，按下焊接按钮后，自动控制系统开始运行。进入流程S0.0后，沿着X轴方向，机械手臂开始横向运动，激发10.6开关，进入流程SO.1，沿着Y轴方向，机械手臂开始纵向运动。机械手臂到位后，11.0下限位开关为1，焊进行起弧操作，进入焊接状态，当达到M0.2起弧时间要求后，进入S0.3。焊接平台接到信号后，开始移动，进行工件焊接。焊接结束后，进入S0.4，焊接平台停止运行，焊开始收弧操作。当收弧时间M0.3结束后，开始S0.5操作，机械手臂开始收回操作，沿着Y轴反向运动，当到达11.1上限位开关后，开始so.6操作。机械手臂开始回收操作，沿着X轴方向运动，到达10.7左
M0.0=1
M0.1=1
10.5=1
11.4=1
i MO.0-1,M0.1-1,10.5-1,11.4-1
SO0|-----------1机械双背X轴方向运动
二；10.6=1
so1|-----------1机械双臂y轴方向运动
::11.0=1
S02|-----------1焊接起弧控制
M0.2
S03|----------1移动平台，焊接
11.2=1
S04|----------1停止平台，收弧
M0.3
so5|-----------1机械双臂y轴反方向运动
ii.i=i
S0「6|-----------1机械双曾X轴反方向运动
二；10.7=1
S07|-----------1焊接平台返回
11.3=1
S1.0-----------焊接平台停止，焊接结束
图1自动控制模块状态转换图
Slate transition diagram of automatic control module
限位开关后，进入Sl.o。系统完成机器人焊接操作后，平台处于停止状态，等待下一个焊接指令。
5系统的调试和安装
系统设计好后，需要进行安装和调试。在实验室开展系统调试，进行焊接操作，通过对焊接槽型工件的评估，得到以下数据：自动控制系统的定位精度为±0.3mm，焊接速度是±0.7mm/s。使用自动系统通过伺服电机控制机械手臂横向、纵向移动，进行复位测试，获取机械手臂的定位精度，利用控制器输出机械手臂运行参数。使用控制系统，通过变频器控制焊接平台，调整变频器输出频率，保证焊接定位的准确性，及焊接速度的精确度，测试数据结果如表1。
表1测试数据结果
Tab.1Results of testing data
复位定位测试
测试次数123
复位定位误差/mm+0.19+0.12+0.09焊接速度测试
焊接速度(mm/s)453525
焊接速度误差(mm/s)+0.01+0.03-0.09
参考文献：
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