基于PLC与M1Pro机器人控制物料搬运及分拣系统设计
摘要：本课题以金砖国家职业技能大赛“人工智能机器人应用实训平台”为基础，开发了基于PLC控制，机器人执行的智能分拣搬运系统。本课题根据控制要求，确定控制系统的总体方案，基于TCPIP通信，研究并确定通讯系统的整体框架，且以此框架作为软件通信系统的构建依据。该设备的主要功能控制模块采用西门子S7-1200-1214C进行编程，主要执行机构（M1 Pro机器人）采用DobotSCStudio编程软件。本课题的设计思路为，系统启动以后，由机器人和传送带配合工作，先把物料运送至视觉检测区域识别物料信息，再有各个设备之间建立好的通讯，传送已识别的信息至PLC，经过PLC处理过后，最下发指令让机器人根据指令将物料搬运至对应存储滑槽。主要解决了机器人，PLC，视觉等设备之间的通讯问题，实现了PLC软件系统控制功能和控制要求，最后也阐述设别整体运行的情况。
关键词：机器人；TCPIP通讯；人机交互界面
Based on PLC and M1Pro Robot Control Material Handling and Sorting System Design
Abstract: Based on the BRICS Vocational Skills Competition "Artificial Intelligence Robot Application Training Platform", this project has developed an intelligent sorting and handling system based on PLC control and robot execution. In this project, according to the control requirements, the overall scheme of the control system is determined, and the overall framework of the communication system is studied and determined based on TCPIP communication, and the framework is used as the basis for the construction of the software communication system. The main function control module of the equipment is programmed by Siemens S7-1200-1214C, and the main actuator (M1 Pro robot) adopts the DobotSCStudio programming software. The design idea of this topic is that after the system is started, the robot and the conveyor belt work together to first transport the material to the visual detection area to identify the material information, and then establish good communication between various devices to transmit the identified information to the PLC. After the PLC processing, the most issued instructions for the robot to move the material to the corresponding storage chute according to the instructions. Mainly solve the communication problem between the robot, PLC, vision and other equipment, to achieve the PLC software system control function and control requirements, and finally also describes the overall operation of the system.
Keywords: handling robot; TCPIP communication; Human-computer interface
目录
第一章 引言 1
1.1课题来源及研究意义 1
1.2智能分拣系统的发展及应用方向 1
1.2.1智能分拣系统的优势 1
1.3本课题的主要研究内容 2
第二章 课题内容整体介绍 3
2.1 实训台设备介绍 3
2.2 PLC的选型 5
2.3 机器人的选型 6
2.4 整体流程简介 7
第三章 基于PLC通信系统的总体结构 8
3.1 PLC的简介和基本结构 8
3.2 PLC的选型和I/O分配表 9
3.2.1 PLC的I/O分配表 10
3.3 TCP/IP通信协议 11
3.3.1 西门子TRCV_C指令介绍 11
3.3.2 西门子TSEND_C指令介绍 13
3.4 PLC控制系统概述 15
3.4.1 PLC软件控制逻辑 15
3.4.2 PLC程序设计 15
3.5 人机交互界面的设计 25
第四章 M1 Pro机器人搬运系统设计 27
4.1 编程软件简介 27
4.2 机器人通信地址配置 28
4.3 机器人系统程序构建 29
4.3.1 机器人编程主要指令 29
4.3.2 机器人编程通讯程序段 30
4.3.3 机器人编程主程序 31
第五章 通信逻辑系统概述 35
5.1 设备工作流程图 35
5.2补充说明 36
5.2.1 人脸语音识别技术简介 36
5.2.2 图像识别与图像数据库 36
结论 38
致谢 39
参考文献 40
附录 41
第一章 引言
1.1课题来源及研究意义
本课题来自于金砖国家职业技能大赛，以“人工智能机器人应用实训平台”为基础。在新冠疫情防控背景下设计而成，运用了图像识别技术，对不同风险地区的人员进行身份的识别，以PLC作为实训平台整体设备的控制核心，对不同风险地区人员进行不同的人员管控以及物资分配，并且将分配的信息集中显示在人机交互界面，便于排查阅读信息。本科题对于防疫措施有一定帮助，对于未来科学防疫，让机器人参与到防疫工作中，减轻人的工作量，减少因为人的接触导致病毒扩散，本课题有一定的参考意义。
1.2智能分拣系统的发展及应用方向
自动分拣对于提高物流配送效率来说是一个至关重要的因素。这是一种被广泛应用于美国和日本战后物流中心的自动化系统。 物流中心的先进程度取决于其是否配备了自动分拣系统这样的设施。通过查阅资料，比对后可以发现，国外由于科学技术的不断发展，他们所使用的物料分拣系统有着自动化程度高，系统更加完善，人机协助更加友好等特点。配合视觉系统的建立优化，能够处理的物料具有多样化，复杂化等特点。随着我国电商平台的崛起，掀起人民群众网购的浪潮。这一现象同时也促进了我国物流（物料）分拣系统的发展。巨大的物流配送市场以及更快配送需求，促使大型流通中心不得不更新设备，提升工作效率。随着国内自动化生产技术的不断推进，工业机器人广泛应用。国内的许多企业也逐渐由人工分拣物料向着自动分拣发展，人工也逐渐被工业机器人所替代。大大减少了用工成本，减轻了人进行单一重复性劳动量。企业同时也收获了更低的生产成本，迎来更高的效益。自动分拣技术的应用能带来的好处远不止于此，他不仅可以运用在配送中心，流通中心，同时也能应用在工厂当中。通过PLC的控制，机器人的执行，视觉系统的识别检测，可以针对厂家的产品进行分类，质检，等一系列的操作。提升工厂的自动化水平，减少对人体的伤害。
1.2.1分拣系统的工作优势
1）分拣系统能连续、大批量地分拣或检测货物、工件。一般了流通中心或工厂都采用通过PLC和变频器控制伺服电机运转带动的流水线。这种工作室内工作环境不受气候，时间影响。配合一定程度的自动化生产设备，可以达到长时间运行的效果。更加适用大批量，长时间的工作要求。人在工作时会有很多的影响因素，如物料工件体积大重量大，夏季工作环境温度较高等条件的影响下，人工不能在这种强度的工作中持续工作8小时。且人在出现疲劳后工作效率也会大打折扣。
2）分拣系统有着极低的误差率。分拣信息的输入机制对分拣信息的准确性有着决定性的影响。因此选用合适的信息输入方式至关重要。为了分拣系统的准确性，信息输入方式可以采用条形码或二维码的方式。通过安装工业相机，构建视觉程序才读取信息。只要不是信息码本上出现错误，很少会出现错误情况。相比于采用人工键盘或语音识别方式输入，这种更加稳定快速。
3）分拣系统基本上做到了作业无人化，提高了工作效率。设置自动分拣系统是以减少用人、降低用工成本、降低职工对重复单一性作业的强度、提高用人效率和工作效率为目标，所以自动分拣系统可以尽量减少用人，基本上实现无人化作业。分拣工序不使用人员，仅需要在工作区进料和出料口人工接货，只需一人控制系统的运行，人员之间做好交接工作，定期维护检修设备。
1.3本课题的主要研究内容
本课题模拟以当前疫情下的防控工作为背景，通过人工智能机器人系统对疫情防控下的医疗物资和应急食品物资进行判断、识别、分拣。以PLC作为控制核心，机器人作为主要执行机构，选择合理的人机功能软硬件模块、合理的识别与分类逻辑，对视觉系统进行调试，对深度学习模型进行训练，完善了PLC自动化系统，机器视觉系统和智能机器人系统联合一体化的人工智能机器人应用系统。其具体主要研究内容如下：
1、分析并查阅资料，需要国内外物料分拣系统的发展历程有一定的了解。阐明物料分拣系统所带来的工作效益，根据论文背景，简述本文选题的意义以及重点研究方面。
2、对本课题的大致流程在文章最初阶段做一个简述，展示出工作流程，再以此流程作为依据设计软件系统。
3、需要确定各个设备之间采用的通讯方式，区分设备之前的端口属性，哪些作为服务端，哪些作为客户端，各个部分的通信端口号如何对接等问题。
4、PLC控制系统是实现物料分拣的重要步骤，本课题主要对PLC控制系统的程序构建做了细致的论述。以及博图中TCP/IP的具体用法，通信端口的配置，也都做了详细的解释。
5、M1 Pro机器人是主要的执行机构，负责物料的抓取，搬运。在机器人程序构建之初，我查询了机器人的使用手册，对机器人的编程软件以及编程指令做了一定的介绍。此外还阐述了机器人程序内的通讯设置，字符处理。以及主要功能模块的指令及其参数也做了详细的解释。
参考文献
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