工业机器人生产实训打磨工站.docx
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工业机器人生产实训打磨工站
工业机器人生产实训-打磨工站
———————————————————————————————— 作者:
————————————————————————————————日期：
ﻩ
《生产线控制技术综合实训》评分表
课程名称:
生产线控制技术综合实训
设计题目:
产线控制系统机器人模拟打磨
班级:
ZB0２151学号:
30 姓名：
班级：
ZB0２151学号:
４2 姓名：
班级：
ZB0２15１ 学号:
29姓名:
项目
评分比例
得分
平时
2５%
报告
45%
答辩
30%
成绩
指导老师：
年月 日
常 熟理工学 院
电气与自动化工程学院
《生产线控制技术综合实训》报告
题目：
产线控制系统机器人模拟打磨
姓名：
学 号：
班 级：
ZB0２15１
指导教师：
起止日期：
２017／1/3-２01７/1/１１
一.产线控制系统介绍与调试ﻩ４
1.1产线控制系统介绍4
1.2．１消除HMI报警ﻩ5
1.2.2调试示教器6
二．单元控制系统硬件介绍7
2.1ＰLC控制柜构成部分７
2.1.１空开的作用ﻩ7
２.1．2CPU的选择ﻩ8
2.1.3通讯模块ＥM2778
2.2机器人打磨单元部分ﻩ8
２.3电气接线Ｉ/O分析9
2．3.１plｃ控制灯以及电机的I/O口接线图9
2.３.2ｐlc控制机器人的I/O口接线图ﻩ11
三．ＰLC程序设计ﻩ13
３．２系统plc和机器人的I／Ｏ分配1４
3.3程序分析1５
3．3.１机器人程序号ﻩ15
3．３.2机器人程序段一1５
3.3.３机器人程序段二15
3.3.4机器人在程序段三ﻩ16
四.机器人仿真与示教编程16
4.1RobStudio软件介绍ﻩ1６
４.2robｓtudio仿真案例17
五.上位机人机界面监控２４
六.收获与体会ﻩ27
七.参考文献ﻩ28
一．产线控制系统介绍与调试
1.1产线控制系统介绍
该产线系统由一个SIＥＭES3１5PN-DPＰLC做主站,5个２２４ PLC 做从站,每一个２24 PＬC控制一个工作站，工作站与工作站之间转递信号通过EM27７通讯模块与３15ＰN-DPPLC 连接,从而实现数据沟通如图1-2。
每个PＬC从站控制与其相对应地机器人单元，如图1-1。
五个ABB机器人中,除了工站一机器人是IRB1２0,其余四个工站都是IRB1400，五个工位分别实现了上料的搬运，工件的焊接，工件打磨,对打磨后工件的瑕疵检测,负责料件成次品的分拣。
出于安全考虑，每个工位的报警按钮在PLＣ中都是串联的,所以只要有一个报警，整个产线都会报警。
图1-1系统构成分布
图1－2网络分布
1.2产线运行前的调试
在运行机器人之前,首先要把各控制柜的报警信息消除,然后将机器人调到原点位置以及将示教器调到mａiｎ函数位置。
首先打开各个控制柜的上电按钮
，由于调试时每个工位调试的步骤都是一样,在这里我就以工位三为例调试一下。
１.2.１消除ＨMI报警
上电后，控制面板和三色灯上会出现红色报警信号，所以先要消除报警信息。
现将控制柜上的一排按钮开关打到手动和本地模式如图１-３;
图１-3手动和本地模式
此时点下人机界面上的报警信息会出现图1－4报警画面,按下复位按钮后再按下
，直至所有报警信号消失。
图1－4人机界面报警信息
1.2.2调试示教器
在报警信息解除后,调试示教器，先把机器人控制柜打到手动
紧接着手握示教器,点击左上方,再按如下图1-5步骤操作,程序编辑器—调试—ＰP例行程序—ＭOVＥＨOMＥ—使能键,按下使能键不松开再按下启动按钮，听到“啪”的一声表明操作成功，此时松开使能键。
再调示教器上的PＰ至main,按下使能键，听到“啪”的一声操作成功,再将机器人控制柜打到自动，PLC控制柜上也打到自动和远程模式。
再回到PLC０总控制柜上按下启动和复位按钮，然后回到工位上按下启动和复位按钮直到上方的三色灯跳至绿色,表明调试已成功。
调试成功后按下最前面的
按钮,整条产线便开始运作。
图1-5操作步骤
二．单元控制系统硬件介绍
2.1ＰＬC控制柜构成部分
该单元控制柜里有13个空开，一个2４V开关电源,一个CPU２2４模块,二个扩展模块EM２23,一个通信模块EM277，8个继电器（KAEＳ1KAES2 KAAS１KAAS２ ）如图2-1所示：
图2-1控制柜内部图
2.1.1空开的作用
开关
作用
QＦ2
插座
ＱF4
机器人开关
QF5
整理块开关
CV1ＱF1
打磨机开关
ＭI1ＱF1
砂纸机开关
EM１QF1
传送带开关
ＱF11
ＰLＣ ＣPU供电
QF12
ＨＭI供电
ＱF13
CUP输入＼输出
M02输入\输出
M０3输入\输出
QF１4
控制面板、JB１接线箱、安全回路
QF15
伺服控制器1、伺服控制器2
QF1６
机器人
ＱF21
Ｍ０１输出电源
2．1．2ＣＰＵ的选择
该单元选择了CPU2２4，CPU２2４主机数量I／O点为1４输入/１０输出共２4个,扩展能力强，可连续7个扩展模块,最大可扩展至168个数字量I/Ｏ或35个模拟量I／O点;1３kb程序和数据存储空间，6个独立的30ｋｈz高数计数器，2路独立的20hz高速缓冲输出,具有pid控制，I/Ｏ端子排很容易整体拆卸，是个控制能力较强的控制器。
另外由于I／O口数量有限,所以还选用了扩展模块EM22４，增加Ｉ/O的数量。
2．1．3通讯模块ＥM277
EＭ２77是s7－2０0的智能扩展模块,由于本产线是利用pｒoｆｉbｕs-dp进行通讯，所以才会选则此模块,profiｂus网络通常有一个主站和若干个I/Ｏ从站，EM2７7只能做profiｂus－dp的从站，而不能做主站。
2．2机器人打磨单元部分
有一个IRB1410机器人以及对应的机器人控制柜和示教器，一个打磨机，一个砂轮机,一个皮带机组成如图2-２，其间机器人感应工件所选用的传感器为电容式传感器如图2－3，电容式传感器结构简单,精度高，易于制造,一般用金属做电极以无机材料做绝缘之承,能承受很大的温度变化，高压力,高冲击，过载等。
图2-2打磨 砂轮传送带
图2－2电容式传感器
2.３电气接线Ｉ／O分析
2.３.1plc控制灯以及电机的Ｉ/O口接线图
如图２-3,Ｉ0口和I1口基本上都被用来作为按钮以及开关的控制,I2.2为传感器信号输入，Q0.５-Q０.7分别为三色灯自动,手动,故障复位指示灯;Ｑ1.0和Q1.１pｌc控制柜上启动和故障指示灯;Ｑ２．0-Q2.2分别为三给电机打磨、砂轮、传送带。
2．3.2pｌc控制机器人的I/O口接线图
三.ＰＬC程序设计
3.1控制流程
0
自动模式
1
ST02RB放件完成离开
中转台AS1检测有信号
2
启动RB，执行Segment1
ST03RB从中转台抓件
3
RB执行Segment1完成
打磨机，砂轮机运行
4
RB执行Segment2
RB抓取工件去打磨机，打磨两个角，砂轮机打磨平顶
END
5
RB执行Segment2完成
位
打磨机，砂轮机停止运行
6
RB执行Segment3
皮带机上无工件,RB过去放工件
7
RB执行Segment3完成
回HOME位等待下一个程序号
3.2系统pｌc和机器人的Ｉ／O分配
输入I
输出Ｑ
I0.5
手动模式
Q０．５
自动指示柱灯（绿色）
I０．6
自动模式
Q0.6
手动指示柱灯（黄）
I０.7
自动启动
Ｑ0.7
故障指示柱灯（红）
I1.0
本地模式
Q1.0
自动启动指示
I1.1
远程模式
Q1.1
故障指示
I１．2
故障复位
Q２.0
打磨机运行
I1.4
急停正常
Q2．１
砂轮机运行
I1．5
安全门正常
Q2．2
输送带前进
I2.2
工件传感器1
Ｑ３.0
机器人停止
XS１２．1
I3.0
机器人自动
XS１4.1
Q3.1
机器人上电
XＳ1２．2
I3.1
机器人上电
XS1４.2
Q３．2
启动机器人
XＳ12.3
I3.2
机器人系统运行
ＸS１4．3
Ｑ3.3
故障复位机器人
XS12.4
I3.3
机器人故障
XＳ14.４
Q３.7
程序确认
XＳ12.8
I3.４
机器人在原点
ＸS14.5
Q4．0
发送程序号1
XS1３.１
I3.7
机器人等待程序号
ＸS１4.8
Q４．1
发送程序号２
XS１3.２
Ｉ4.0
机器人进行程序１
XS1５.１
Ｑ4．2
允许运行程序段1
ＸS13．３
Ｉ4.1
机器人进行程序２
XS１５.２
Q４.３
允许运行程序段2
XS13.4
Ｉ4.２
机器人不在程序段1
XS1５.3
Ｑ4.4
允许运行程序段3
XS１3．5
I４.3
机器人不在程序段2
ＸS1５．4
Ｉ4．4
机器人不在程序段3
XS15．５
３.3程序分析
３.3.１机器人程序号
3．3.2机器人程序段一
3.３.３机器人程序段二
3．３.４机器人在程序段三
四.机器人仿真与示教编程
4.1RobSｔuｄｉo软件介绍
ＲoboｔＳtudｉｏ是瑞士AＢB公司配套的软件,是机器人本体商中软件做的最好的一款。
支持机器人的整个生命周期，使用图形化编程、编辑和调试机器人系统来创建机器人的运行，并模拟优化现有的机器人程序。
ＲobotSｔudio包括如下功能:
CＡD导入、AｕtoＰａｔｈ功能、程序编辑器、路径优化、可达性分析、虚拟示教台、事件表、碰撞检测、VBＡ功能、直接上传和下载、缺点，就是只支持本公司品牌机器人，机器人间的兼容性很差。
其界面如下图4-1所示:
图4－1仿真界面
4.２robｓtudｉo仿真案例
打开rｏｂotsｔuｄio软件，按照上节所讲,摆放好机器人、工件的位置，并创建好工件坐标系和机器人系统。
在软件界面上方的菜单栏中点击控制器,选择虚拟示教器，画面中出现虚拟示教器。
先将示教器打到手动挡，点击示教器左上角的主菜单，在其中选择coｎtroｌpanｅl（控制面板）,再选择langｕage,可将语言改为中文。
点击程序编辑器，提示创建新的程序。
点击画面中的例行程序，在出现的界面中的左下角的“文件”中选择“新建例行程序”分别创建“mａin”、“homｅ”、“routinｅ”、“csh”共四个例行程序。
双击“hoｍｅ”例行程序,在界面中点击添加指令再点击mｏｖej，点击程序中的“＊”,新建一个位置点Ｐ10
选中“P１０”，点击修改位置,由于机械臂的位置并未改变，就可将机械臂的原始位置设定为P10。
返回例行程序,双击“csh”程序,点击添加指令,在指令中点击“ｃoｍmｏｎ”，在下拉菜单中选择“settingｓ”,在点击其中的“Accsｅt”和“Velsｅt”。
Ａccsｅｔ是设置的机械臂的加速度,而Vｅlsｅt设置的是机械臂的速度。
返回例行程序，双击“Routinｅ1”程序，进行轨迹编程。
在软件中,利用手动线性运动方式和捕捉末端工具,将机械臂上的焊接头移至图中位置,并用上述方式将该点设置为P2０.
在工件上需要进行弧形运动,所以,点击添加指令中的“MovｅC”指令。
在圆弧上找一点以及圆弧的另一个端点,分别将其设置为ＭｏｖｅＣ指令中的P3０和P40,这两个点和P２０共三个点可形成一个圆弧。
将焊接头移至工件下一个点,因为两点之间是直线运动,所以选择ＭoveＬ指令，并将该点设置为Ｐ５0。
以此类推，将工件上的所有点都在程序中设置好。
如图所示。
此外，为安全起见,在焊接头移动到最后一个点时,不能让它直接回到工作原点，而是让焊接头垂直向上移动一段距离后，在回归原点。
添加ＭoveL指令，修改位置点设置,点击功能按钮，选择Ｏffs功能,如图所示，括号中第一个设置为你选择的参照点,即工件的最后一个点,后面的三个则分别代表工具的Ｘ、Y、Ｚ轴，我们选择工具向上移动即在Z轴上移动，X、Ｙ轴为０。
编写好轨迹程序后,开始编写主程序“main”,在添加指令中选择“ＰｒｏcCall”指令即调用子函数。
做完上述所有步骤后，程序编辑完成,点击“调试”按钮，选择“ＰP移至Ｍaiｎ”，点击虚拟示教器右侧的“Ｅnaｂle”按钮,再点击下方的开始按钮,机械臂则开始按照设定好的轨迹开始运动。
4.3示教编程及运行过程
按照4．2仿真案例的操作，先编写一个rｈoｍe子程序,是机器人在原点的程序。
在子程序中添加MoveAbsＪ, jHｏme,v10０，fine,ｔGripｐer;如图4－1
图4－1机器人在原点
当工站二完成流程并把工件放在中转台上时,三工站等待信号，当信号出发后,三工站机器人开始夹取工件，此时可以编写一个子程序rｏｕtine１，在程序中添加MovｅJP１，V５00,z200,tGｒｉpper;
ＭoveＪ P2,V5０0,z5０, tGripｐer;MｏｖeL Ｐｐiｃkpos,Ｖ50０,z50,tGｒｉｐｐer;当机器人在picｋpoｓ位置时,夹爪夹紧，在子程序下方编写sｅｔGripper;如图４-２所示:
图４-2机器人夹取工件
当程序段一完成后,打磨机以及砂轮机开始启动，机器人便结束信号一并等待信号二，接着便开始进入程序段二进行工件的打磨,如图４-３：
图4-３机器人打磨
当程序段二完成后，打磨机,砂轮机关闭,传送带启动，机器人结束信号二并等待信号三，接着开始进入程序段三将工件放在传送带上,松开夹爪，如图４-4:
图４－４工件放在传送带
程序段三完成后,机器人便回到原点。
五.上位机人机界面监控
本站有一个打磨机,一个砂轮机，一个皮带机。
电机手动操作画面:
操作:
1）操作模式选择手动,无一类故障,画面选择电机运行,启动左上方小圆是绿色的。
2）电机默认手动方式是点动模式，在此模式下,按启动按钮，按钮背景变成绿色，电机运行。
停止时，再次按点动，取消电机运行。
3）按点动按钮，电机运行模式会变成连续,其背景会变成绿色，字体变成连续，按启动,启运按钮背景长绿，电机运行。
停止时，再次按点动，取消电机运行。
4）主控信号:
本站和主PLＣ之间的交换信号；
5）机器人：
6）显示本站的设备状态，安全门,急停，中转台传感器。
7）报警信息:
六.收获与体会
在信息科学技术飞速发展的今天，随着人力成本逐渐的上升，工业机器人逐渐取代人力成为流水线上行的“操作员”已成为必然趋势。
很幸运能够在毕业之前有这种机会上机器人实训课,虽然两周的时间很短,但这已经为我开启了学习机器人的那扇门。
两周的时间虽然无法把这条生产线完全搞透,但对于运行的流程已经大致了解，这是一条有该产线系统由一个ＳIＥMＥS3１５ＰN-DPPLC做主站,5个22４PLC做从站,每一个2２４PLC控制一个工作站，工作站与工作站之间转递信号通过EＭ277通讯模块与３15 PN-ＤＰPLC连接，从而实现数据沟通。
每个PLC从站控制与其相对应地机器人单元，五个ＡBB机器人中,除了工站一机器人是ＩRB120,其余四个工站都是IRB１400,五个工位分别实现了上料的搬运，工件的焊接，工件打磨以及去毛刺,利用相机对打磨后工件的瑕疵检测，负责料件成次品的分拣。
首先,我们对产线进行了调试,虽说调试步骤很少，但真正上手起来并不是那么一气呵成，其间的细节很容易就会遗漏。
因为有ｐlc控制，所以自然少不了电气接线图和plc控制程序,作为电气专业,虽然平时有接触过图纸以及编写过plc程序，但当看到这项大工程的图纸时,整个人都不好了,密密麻麻地端口分布看的我们头都大。
Plc程序则更不用说了，想想在学校里学的那些，果然是基础,入门，光凭老师上课教的那些知识可真远远不够,要先真正提高自己还是得多做项目，最好能接触校外，公司里面的项目，者能够扩宽我们的眼界，让自己了解到底该学什么。
接下来我们简单练习了ABB公司的专门仿真软件rｏｂstｕｄｉo，并在示教器上简单的编写程序操作机器人的运转。
最后还讲了利用s7－３00控制网络通信，对于这一块，我是比较陌生的,了解甚少,还有当下也非常热门的视觉处理,这条生产线的视觉处理是利用Ｃ＃进行编写,对物件进行瑕疵检测。
整条产线结合起来所接接触到的专业知识真的太多,无论是那一块都能让我们学上很长时间，知识的海洋中可真是学无止尽啊!
两周的时间很快结束，在这两周里我不仅开拓了眼界，还产生了毕业后想要从事这一行业的想法。
同时也很好的锻炼了我们的动手操作能力和发现自己的不足。
实训是大学的一种很重要、很有必要的学习方式,它能让我们学到课堂学不到的知识，也整合了自己对项目的思维和思考方式，同时也非常感谢老师的指导！
七.参考文献
[1] 李剑琦. [ＡＢB]ＡＢB机器人完美征服中国市场［J]. 现代制造， ２０1０，（03）
[２］ 万鹏. 工业机器人在汽车生产中的应用［J]． 品牌与标准化, 2０10，（０6）
［3]廖常初.PLC编程集应用[Ｍ］.北京:
机械工业出版社，20０８
[4]田淑珍．S7－２０0PLＣ原理及应用 ［M].北京：
机械工业出版社，2０09
[5]向晓汉，等.S7－３00／400PLC基础与案例精选[M].北京:
机械工业出版社,２0１1.
[6］甄立东，等.西门子ＷiｎccＶ7基础与应用[Ｍ].北京:
机械出版社，20１１.
[7]梁绵鑫，等.Wiｎcc基础及应用开发指南［M］,北京：
机械工业出版社,2009．
[8］李正军．现场总线及其应用[M].北京：
机械工业出版社,２005
［9]王平，谢昊飞.工业以太网技术[M]．北京：
科学出版社。
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［１0]叶辉,管小清.工业机器人实操与应用技巧[Ｍ].北京：
机械工业出版社,2010.
［1１]叶辉,何智勇．工业机器人工程应用虚拟仿真教程[M].北京:
机械工业出版社,2014
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