工业机器人生产实训-打磨工站.doc

常熟理工学院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 目录一.产线控制系统介绍与调试41.1产线控制系统介绍41.2产线运行前的调试51.2.1消除HMI报警51.2.2调试示教器6二.单元控制系统硬件介绍72.1PLC控制柜构成部分72.1.1空开的作用72.1.2CPU的选择82.1.3通讯模块EM27782.2机器人打磨单元部分82.3电气接线I/O分析92.3.1plc控制灯以及电机的I/O口接线图92.3.2plc控制机器人的I/O口接线图11三.PLC程序设计133.1控制流程133.2系统plc和机器人的I/O分配143.3程序分析153.3.1机器人程序号153.3.2机器人程序段一153.3.3机器人程序段二153.3.4机器人在程序段三16四.机器人仿真与示教编程164.1RobStudio软件介绍164.2robstudio仿真案例174.3示教编程及运行过程22五.上位机人机界面监控24六.收获与体会27七.参考文献28一.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SIEMES 315 PN-DP PLC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315 PN-DP PLC 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（KAES1 KAES2 KAAS1 KAAS2 ）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QF11PLC CPU供电QF12HMI供电QF13CUP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2QF16机器人QF21M01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EM277EM277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1ST02 RB放件完成离开 中转台 AS1 检测有信号2启动RB，执行Segment1ST03 RB 从中转台抓件 3RB执行Segment1完成打磨机，砂轮机运行4RB执行Segment2RB 抓取工件去打磨机，打磨两个角，砂轮机打磨平顶END5RB执行Segment2完成位打磨机，砂轮机停止运行6RB执行Segment3皮带机上无工件,RB过去放工件7RB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QI0.5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1Q3.0机器人停止XS12.1I3.0机器人自动XS14.1Q3.1机器人上电XS12.2I3.1机器人上电XS14.2Q3.2启动机器人XS12.3I3.2机器人系统运行XS14.3Q3.3故障复位机器人XS12.4I3.3机器人故障XS14.4Q3.7程序确认XS12.8I3.4机器人在原点XS14.5Q4.0发送程序号1XS13.1I3.7机器人等待程序号XS14.8Q4.1发送程序号2XS13.2I4.0机器人进行程序1XS15.1Q4.2允许运行程序段1XS13.3I4.1机器人进行程序2XS15.2Q4.3允许运行程序段2XS13.4I4.2机器人不在程序段1XS15.3Q4.4允许运行程序段3XS13.5I4.3机器人不在程序段2XS15.4I4.4机器人不在程序段3XS15.5 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。Robot Studio包括如下功能：CAD导入、Auto Path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robot studio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control panel（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MoveJ P1,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set Gripper;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SIEMES 315 PN-DP PLC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315 PN-DP PLC 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-