噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)及其組件全解析

1、職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫新技術(shù)新工藝稱:噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)及其組件全解析人： 箱: 話:2014.11編制時(shí)間:編制單位：遼寧省交通高等專科學(xué)校噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)及其組件全解析涂裝工藝中，噴漆機(jī)器人的使用可以說為實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量的涂裝提供了很好的幫 助。噴漆機(jī)器人在涂裝車間是比較復(fù)雜的設(shè)備之一，也是涂裝車間的關(guān)鍵設(shè)備，一般來 說占到涂裝車間的設(shè)備總投資的16%30%左右。一流的涂裝設(shè)備可以有效地保證汽車涂裝的質(zhì)量和效果。作為優(yōu)秀的民族品牌，奇瑞汽車公司從一開始就非常注重先進(jìn)技術(shù)的學(xué)習(xí)和引進(jìn)。杜爾RP6型噴漆機(jī)器人，讓奇 瑞汽車更加的可靠和多姿多彩。汽車涂裝在普通眼中也許只是讓汽車變得更

2、美麗多彩，其實(shí)不然，由于汽車制造中, 大批量的使用金屬材料，而金屬材料的腐蝕會(huì)給汽車帶來很大的安全隱患，所以汽車涂 裝的本質(zhì)作用是要為汽車提供可靠的防腐蝕保護(hù)。而在涂裝工藝中，噴漆機(jī)器人的使用 可以說為實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量的涂裝提供了很好的幫助。噴漆機(jī)器人在涂裝車間是比較復(fù) 雜的設(shè)備之一，也是涂裝車間的關(guān)鍵設(shè)備，一般來說占到涂裝車間的設(shè)備總投資的16%30%左右。因此，涂裝工藝是汽車制造過程中的重要一環(huán)，而對于這一環(huán)節(jié)的考評，通常是基 于性能指標(biāo)和裝飾指標(biāo)：性能指標(biāo)是指汽車的油漆層具有的硬度、耐酸堿性等；裝飾指 標(biāo)是指汽車油漆層的色澤均勻、光亮度、鮮艷度等。源自于世界一流涂裝設(shè)備供應(yīng)商的 杜爾RP

3、6型噴漆機(jī)器人，憑借其具有的先進(jìn)自動(dòng)控制系統(tǒng)，為奇瑞汽車實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效 地涂裝貢獻(xiàn)一臂之力。機(jī)器人控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1、通過工業(yè)以太網(wǎng)連接的部件及功能站控制器(SIEMENS PLC S7 416 F-2)用于整個(gè)工作站的控制，包括過程控制、安全控制、機(jī)器人系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（機(jī)械 化系統(tǒng)、熱工系統(tǒng)、消防系統(tǒng)）互鎖、噴涂車身數(shù)據(jù)信息（車型、顏色等）管理等。監(jiān)控PC用于整個(gè)站的監(jiān)視和控制，可以顯示機(jī)器人噴涂仿行制作和管理、機(jī)器人以及整個(gè) 站的運(yùn)行狀態(tài)和位置、維護(hù)維修機(jī)器人界面等信息。機(jī)器人控制器ECORC2 （每臺(tái)機(jī)器人均有此控制器）7用于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)以及計(jì)量泵控制管理、 高壓發(fā)生器的控制、機(jī)器人氣動(dòng)閥組控

4、制等。tJMr*!CT 亍匸尸靑尸L一£字舊二i'_IIIIPrpfwafr Busc岳g尹人口MlET曲IliUll站Fi_c S-rFH iim L3險(xiǎn)口 口£舖佇喻® ttm L空HaCT三虛牧載 atwisW«ri34圖1機(jī)器人控制系統(tǒng)y.S|«|imT iiTrg圖2噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)一| EkicB-tfl Iqr 3 r Zf. Kjri9 臺(tái) EMOS中央控制室中央控制室可以監(jiān)視機(jī)器人站的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)在分布在車間現(xiàn)場的(equi pment moni tor and op erate system 也有相同的功能，為生

5、產(chǎn)人員以及設(shè)備人員提供相關(guān)信息，從而可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題。編程和監(jiān)控PC在現(xiàn)場比較方便的監(jiān)視和控制機(jī)器人，可將機(jī)器人的相關(guān)程序下載到相應(yīng)的控制器內(nèi)，也可通過其他協(xié)議（PROFIBUS）連至相應(yīng)的控制器，進(jìn)行監(jiān)控。2、PROFISAFE 連接的部件（控制器是 STATION PLC S7 416 F-2）控制器(STATION PLC S7 416 F-2)利用PROFISAFE協(xié)議將控制安全相關(guān)信息（例如消防互鎖信號、輸送互鎖信號、 熱工系統(tǒng)的噴漆室通風(fēng)等）的從站連接起來，在出現(xiàn)與安全有關(guān)的問題時(shí)，可保證機(jī)器 人進(jìn)入安全狀態(tài)或保持為安全模式。運(yùn)動(dòng)控制器（ECORC2）與PROFISAFE主站

6、控制器保持通訊，并作為 PROFISAFE從站。各PROFISAFE從站用于機(jī)器人站相關(guān)信息的輸入和輸出，如機(jī)器人站入口從站、機(jī)器人站出口從站和 操作臺(tái)從站等。中繼器PROFISAFE信號由于距離較遠(yuǎn)造成信號衰減，通過中繼器對信號進(jìn)行放大，從而 可以連接其后的從站。3、SERCOS連接的部件（控制器為ECORC2）控制器（ECORC2）由于機(jī)器人6個(gè)運(yùn)動(dòng)軸和1個(gè)計(jì)量泵的運(yùn)動(dòng)控制具有高度實(shí)時(shí)性、 高精度同步性的 要求，因此采用SERCOS（串行實(shí)時(shí)通信協(xié)議）。這是一個(gè)專門用于在工業(yè)機(jī)械電氣設(shè) 備的控制單元與數(shù)字伺服裝置及可編程控制器之間的串行實(shí)時(shí)通信的國際標(biāo)準(zhǔn)(IEC61491)。伺服電機(jī)控制器

7、（包括6個(gè)軸和1個(gè)計(jì)量泵）SERCOS控制器發(fā)送相應(yīng)的指令至伺服電機(jī)控制器，通過伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。cu o圖3噴涂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器件4、DDL連接的部件運(yùn)動(dòng)控制器為EC0RC2, DDL作為PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的下一級網(wǎng)絡(luò)，主要是用于氣動(dòng)閥組及比例閥的控制。輸入模塊和輸出模塊現(xiàn)場信息通過此模塊輸入至控制器，并可將控制器的輸出至相應(yīng)的元器件或設(shè)備。比例閥主要用于控制壓縮空氣的流量（整形空氣1和2、馬達(dá)空氣），將計(jì)量功能集成在比 例閥內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)壓縮空氣流量的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)使用協(xié)議1、工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)是指其在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)）兼容，但材質(zhì)的選用、 產(chǎn)品的強(qiáng)度和適

8、用性方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要，具有以下優(yōu)點(diǎn):應(yīng)用廣泛，支持多種編程語言;軟硬件資源豐富，方便實(shí)現(xiàn)各種配置;易與In ternet連接，實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的連接。工業(yè)以太網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展的空間巨大。目前，工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的低成本、高實(shí)效、 高擴(kuò)展性及高智能性的優(yōu)勢，得到了快速發(fā)展，并在發(fā)展中不斷完善。為了防止因眾多廠商研制和開發(fā)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，造成該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)眾多、兼容性差 的問題，國際社會(huì)已經(jīng)開始制定工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。借助以太網(wǎng)和通信技術(shù)的突飛猛進(jìn)， 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)開始向?qū)崟r(shí)工業(yè)以太網(wǎng)和 無線工業(yè)以太網(wǎng)的方向發(fā)展，并將在未來成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的主流技術(shù)。2、現(xiàn)場總線PROFIBUS協(xié)議

9、PROFIBUS是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn) DIN 19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)PREN 50170的現(xiàn)場總線, 以 ISO/OSI 模型為參考，由 PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA組成。DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用；FMS為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動(dòng)化；PA型則是用于過程自動(dòng)化的總線類型，它遵從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS支持主一從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權(quán)，可主動(dòng)發(fā)送信息。對多主站系統(tǒng)來說，主站之間采用“令牌” 方式傳遞信息，得到令牌的

10、站點(diǎn)可在一個(gè)事先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)擁有總線控制權(quán)。按PROFIBUS的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進(jìn)行傳遞。主站 在得到控制權(quán)時(shí)，可以按主一從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信。PROFIBUS的傳輸速率為9612kbps最大傳輸距離在12kbps時(shí)為1000m, 15Mbps時(shí)為400m,可用中繼器延長至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、光纜，最多可掛接127 個(gè)站點(diǎn)。3、現(xiàn)場總線PROFISAFE協(xié)議PROFIBUS因其擁PROFISAFE故障安全技術(shù)解決方案而成為唯一能夠滿足制造業(yè)（采用RS485和光纖傳輸技術(shù)）和過程工業(yè)自動(dòng)化（采用“ MBP-IS ”，即曼徹斯

11、特編碼一總線供電和本質(zhì)安全傳輸技術(shù)，原名IEC61158-2）故障安全通信要求的現(xiàn)場總線。PROFISAFE使標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線技術(shù)和故障安全技術(shù)合為一個(gè)系統(tǒng)，即故障安全通信 和標(biāo)準(zhǔn)通信在同一根電纜上共存，節(jié)約了成本，也便于日后改建。過程工業(yè)自動(dòng)化要求采用冗余來提高設(shè)備的使用率。PROFISAFE則采用單信道通信結(jié)構(gòu)的方法實(shí)現(xiàn)上述要求。單信道故障安全可編程控制器可以達(dá)到 SIL3。這種通信結(jié)構(gòu)原則上也可以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化任務(wù)，如診斷、參數(shù)設(shè)置服務(wù)器等。4、SERCOS協(xié)議SERCOS （串行實(shí)時(shí)通訊協(xié)議 Serial Real-time Communication Specification）是一種專

12、門用于在工業(yè)機(jī)械電氣設(shè)備的控制單元與數(shù)字伺服裝置及可編程控制器之間實(shí)現(xiàn)串行實(shí)時(shí)通訊的國際標(biāo)準(zhǔn)。目前，SERCOS是唯一的運(yùn)動(dòng)總線標(biāo)準(zhǔn)。對于具有高實(shí)時(shí)性和高性能要求的開放式 控制系統(tǒng)，控制器和驅(qū)動(dòng)器間的運(yùn)動(dòng)控制接口是關(guān)鍵的部件。 而SERCOS接口包含了在 多供應(yīng)商環(huán)境下確?？刂破骷嫒菪院突ゲ僮餍运匦璧娜恳?guī)定。SERCOS數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制接口提供了高度實(shí)時(shí)性， 高精度同步，并且具有配置和訪問 多達(dá)400多個(gè)不同的驅(qū)動(dòng)器參數(shù)的能力。SERCOS的主要特點(diǎn)：采用光纖作為通信介質(zhì)，強(qiáng)大的通信能力，極高的開放性,經(jīng)濟(jì)、可靠的分布式控制，支持高速高分辨率的數(shù)據(jù)通信，支持輸入 /輸出控制，具有高 度的靈活性

13、。機(jī)器人控制器及其組件SIEMENS和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器ECORC2是兩個(gè)主要的控制器。1、站控制器(SIEMENS S7 416 F-2)故障安全型系統(tǒng)，主要用于對人身、機(jī)器或環(huán)境必須保證安全的場合。當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)，故障安全型控制器進(jìn)入安全狀態(tài)或保持為安全模式，將標(biāo)準(zhǔn)的過程自動(dòng)化和安全組合在了一個(gè)單系統(tǒng)內(nèi)。中央控制器與安全有關(guān)的I/O以及標(biāo)準(zhǔn)的I/O之間的有關(guān)安全的通信和標(biāo)準(zhǔn)的通信均通過 PROFIBUS DP和PROFISAFE行規(guī)實(shí)現(xiàn)。2、機(jī)器人控制器ECORC2專為往復(fù)機(jī)、機(jī)器人等運(yùn)動(dòng)和控制研發(fā)的控制器。此控制器所控制的部件有機(jī)器人的各個(gè)軸、計(jì)量泵和高壓發(fā)生器等。其組成部件如下：機(jī)架

14、(CR092 Housing/Rack)CR092設(shè)計(jì)用于支持所有的插入式模塊?！氨嘲蹇偩€”安裝在機(jī)架背面的下半部分, 并帶有插入式模塊多極性插槽；IEB1 （擴(kuò)展總線）總線安裝在上半部分，相對于背板總 線具有三個(gè)多極性接口。機(jī)架上共有10個(gè)導(dǎo)軌和插槽，其中S0用于電源模塊，S9用于總線終端模塊，剩 余插槽用于（S1S8）。電源模塊（PS 244 Power Supply Module該輸入為直流24V，輸出為直流5V （用于給插入式模塊提供內(nèi)部工作電壓），并有± 15V和12V可選。模塊設(shè)有極性相反保護(hù)，過電壓和過電流保護(hù)，同時(shí)設(shè)有復(fù)位信號，可以用于復(fù)位模塊。CPU (CU 313

15、 CPU Module/Process。)用于控制所有連接的硬件。由于 ECORC2不支持熱插拔功能，因此在從機(jī)架上將模塊取下來時(shí)，一定要先將電源關(guān)閉。通信模塊(SC 102 Communication Module)通過擴(kuò)展的總線連接 CPU,這些增加的模塊需要比較長的插槽，因此不能安裝在CU 313模塊內(nèi)，而應(yīng)該分別安裝在現(xiàn)場總線主站模塊（上部），編碼器接口模塊（中部），現(xiàn)場總線從站模塊（下部）的三個(gè)插槽內(nèi)。現(xiàn)場總線可以是In terbus，PROFIBUS或者DeviceNet 等。輸入模塊（DI 325 Digital Input Module ）用于檢測外部電壓信號，檢測的范圍1830 V。必須設(shè)定硬件的地址，而且要特別注意硬件地址是否和軟件地址相同，若兩者不同，則邏輯上認(rèn)為不存在。硬件地址的設(shè)置是通過在模塊后部的旋轉(zhuǎn)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的，可以設(shè)置的范圍為0-F，通過J1跳線，地址可以到0-1F。輸出模塊（DO 321 Digital Out put Module）用于控制不同的外圍輸出，地址模塊設(shè)有短路、過流和斷線檢測保護(hù)，輸出模塊的地址設(shè)置如上。示教儀用于機(jī)器人程序的生成和管理。示教盤必須與ECOSCREEN結(jié)合起來使用，操作模式的選擇，驅(qū)動(dòng)的釋放，選擇和取消選擇單個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)，連接和取消連接控