摘要:为了解决传统手工打磨抛光效率和打磨抛光精度低等问题，文章采用PLC控制打磨抛光机器人，实现对复杂曲面的打磨抛光，并基于Ot软件设计了人机交互界面，实现了机器人打磨抛光系统的状态控制和监控。该控制系统可以实现复杂曲面的全自动化打磨抛光过程，并且可以实时监控设备运行参数，操作简单灵活，易于维护。对不锈钢回转体的打磨抛光实验结果表明:打磨抛光时间为2.5min.自动全流程时间为3min,较人工打磨抛光方式效率提高了60%。

引言：

        随着机械加工制造业的迅速发展,打磨抛光机器人正逐渐取代传统手工对工件表面的打磨抛光作业。目前,打磨抛光机器人已运用于工件的表面打磨抛光、焊缝打磨抛光、棱角去毛刺、内腔内孔去毛刺、螺纹口加工等工作中,并在卫浴五金行业、IT行业、汽车零部件、工业零件、医疗器械、木材建材家具制造、民用产品等行业得到了广泛应用。机器人自动化打磨抛光系统可以确保打磨效果的一致性和精确性，提高加工效率，降低废品率,而且能够降低成本,改善工人作业环境，机器人打磨抛光系统在复杂曲面加工领域具有明显的优势,对推动科技发展具有非常重要的意义，也必将成为工业生产中不可或缺的一部分。

         PLC 以其抗干扰能力强、性能稳定、应用灵活、安装和调试简单，易维护等优点,在工业自动化控制中得到了广泛应用。在打磨抛光机器人控制系统中采用 PLC控制，可以提升打磨效率，且具有成本低、稳定性高、易于操作等优点。同时,在加工过程中,对各执行机构工作状态进行实时监控,快速处理系统故障和报警尤为重要。本文拟采用 OT 软件编写上位机人机交互界面与PLC进行实时以太网通信,实现对整个机器人打磨控制系统的状态控制与显示。

一、控制系统整体设计

1、机器人打磨装备整体结构

在汽车、船舶、医疗器械、五金等制造行业中存在众多大尺寸结构复杂的零件。本文以不锈钢回转体工件为对象.设计研发一台机器人打磨抛光装备。该机器人打磨抛光装备总体结构主要由4个关键部分组成:机器人打磨执行器、系统附件、装夹机构，如图]所示。机器人与末端装夹机构主要用于工件的装夹和移动，打磨装置主要用于完成工件的抛光打磨过程。

2、 系统总体设计要求

(1)系统工作模式。设计两种可以灵活切换的工作模式:自动模式和手动模式。手动模式:能够对各执行机构进行单独手动控制。自动模式:实现机器人全自动化的打磨控制。

(2)状态监控与显示。系统在运行过程中,各部件的运行状态和运行参数能够在人机交互界面中显示。

(3)故障诊断与报警。系统能够诊断出在自动加工过程中,各执行机构是否发生故障。当发生故障时能够在人机界面中显示,并提示故障问题和故障位置。

3、系统结构设计

根据系统设计要求,制定控制系统总体设计方案。该控制系统主要分为3个部分:上位机人机交互界面、下位机 PLC 控制系统以及报警显示和诊断。各部分完成的主要功能如下:

上位机系统:将整个工作过程中,各部件的运行状态直观的在上位机界面中显示出来，并通过操作按钮控制设备的运行;

下位机系统:主要完成对机器人的运动、气缸的开合、电机启停等控制,以及能够实现对现场数据采集与处理;

报警显示和诊断:当系统出现故障时，能通过声光报警的方式,达到报警的目的,并在界面中显示故障位置。

二、控制系统硬件设计

本控制系统采用西门子S7-1500系列高性能 PLC上位机采用研华工控机打磨机器人选用安川工业机器人。打磨工件由机器人末端执行器夹持，并由伺服电机带动打磨工件旋转,打磨轮由三相异步电机带动旋转.整个控制系统硬件组成如图2所示。

上位机通过Ethernet以太网与西门子PLC 进行实时通信,向PLC 发送数据,同时获取设备的运行状态信息。通过上位机实时切换控制系统的手动、自动模式。PLC与机器人控制柜采用Profinet通讯协议进行通讯,实现PLC对机器人的运动控制。PLC控制器通过RS485通信接口模块与伺服驱动器进行Modbus通信,向伺服驱动器发送指令.控制伺服电机速度和位置,并读取电机转速和报警信息。PLC通过外接IO模块控制气动手爪的开合、旋转、打磨电机的启停。系统中的压力开关检测气路压力大小接近传感器检测气缸到位信号，并反馈给PLC控制系统。

三、控制系统软件设计

打磨抛光机器人控制系统软件设计分为两部分 PLC 控制软件设计和人机交互界面软件设计。PLC控制软件主要完成控制现场传感器信号采集、逻辑控制、故障处理等功能。人机交互软件主要是监控工作流程、各部件的运行状态,对异常工况进行报警提示等功能。

1、PLC软件设计

本系统选用的是西门子型号为S7-1500的PLC其编程软件为博途(TIA Portal)。该软件支持LAD、 FBD SCLSTL及S7-Graph编程语言设计，编程方式简单灵活[7]。PLC软件整体设计流程图如图3所示PLC控制软件程序设计主要由手动控制和自动控制组成。

2、人机交互界面设计

人机交互界面在研华工控机上基于Qt软件编写。通过以太网与PLC通讯，实现数据的传输。Qt是一个多平台的C++图形用户界面应用框架,有良好的封装机制,模块化程度高，可重用性好，容易扩展，允许真正的组件编程8]。打磨抛光人机交互界面软件设计基于 C/S模式(Client-servermodel),其中上位机作为客户端,PLC 作为服务器。客户端与服务器端采用TCP通信协议实现可靠的通信,

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