工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)-打磨工站

1、常熟理工學(xué)院生產(chǎn)線控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)評(píng)分表課程名稱： 生產(chǎn)線控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn) 設(shè)計(jì)題目： 產(chǎn)線控制系統(tǒng)機(jī)器人模擬打磨 班級(jí)： ZB02151學(xué)號(hào)： 30 姓名： 班級(jí)： ZB02151 學(xué)號(hào)： 42 姓名： 班級(jí)： ZB02151 學(xué)號(hào)： 29 姓名： 項(xiàng)目評(píng)分比例得分平時(shí)25%報(bào)告45%答辯30%成績(jī) 指導(dǎo)老師： 年 月 日常 熟 理 工 學(xué) 院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院生產(chǎn)線控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告題目： 產(chǎn)線控制系統(tǒng)機(jī)器人模擬打磨 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： ZB02151 指導(dǎo)教師： 起止日期： 2017/1/3-2017/1/11 目錄一.產(chǎn)線控制系統(tǒng)介紹與調(diào)試41.1產(chǎn)線控制系統(tǒng)介紹41.2

2、產(chǎn)線運(yùn)行前的調(diào)試51.2.1消除HMI報(bào)警51.2.2調(diào)試示教器6二.單元控制系統(tǒng)硬件介紹72.1PLC控制柜構(gòu)成部分72.1.1空開的作用72.1.2CPU的選擇82.1.3通訊模塊EM27782.2機(jī)器人打磨單元部分82.3電氣接線I/O分析92.3.1plc控制燈以及電機(jī)的I/O口接線圖92.3.2plc控制機(jī)器人的I/O口接線圖11三.PLC程序設(shè)計(jì)133.1控制流程133.2系統(tǒng)plc和機(jī)器人的I/O分配143.3程序分析153.3.1機(jī)器人程序號(hào)153.3.2機(jī)器人程序段一153.3.3機(jī)器人程序段二153.3.4機(jī)器人在程序段三16四.機(jī)器人仿真與示教編程164.1RobStud

3、io軟件介紹164.2robstudio仿真案例174.3示教編程及運(yùn)行過程22五.上位機(jī)人機(jī)界面監(jiān)控24六.收獲與體會(huì)27七.參考文獻(xiàn)28一.產(chǎn)線控制系統(tǒng)介紹與調(diào)試1.1產(chǎn)線控制系統(tǒng)介紹該產(chǎn)線系統(tǒng)由一個(gè)SIEMES 315 PN-DP PLC做主站，5個(gè)224 PLC 做從站，每一個(gè)224 PLC控制一個(gè)工作站，工作站與工作站之間轉(zhuǎn)遞信號(hào)通過EM277通訊模塊與315 PN-DP PLC 連接，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)溝通如圖1-2。每個(gè)PLC從站控制與其相對(duì)應(yīng)地機(jī)器人單元，如圖1-1。五個(gè)ABB機(jī)器人中，除了工站一機(jī)器人是IRB120，其余四個(gè)工站都是IRB1400，五個(gè)工位分別實(shí)現(xiàn)了上料的搬運(yùn)，工件

4、的焊接，工件打磨，對(duì)打磨后工件的瑕疵檢測(cè)，負(fù)責(zé)料件成次品的分揀。出于安全考慮，每個(gè)工位的報(bào)警按鈕在PLC中都是串聯(lián)的，所以只要有一個(gè)報(bào)警，整個(gè)產(chǎn)線都會(huì)報(bào)警。 圖1-1系統(tǒng)構(gòu)成分布圖1-2網(wǎng)絡(luò)分布1.2產(chǎn)線運(yùn)行前的調(diào)試在運(yùn)行機(jī)器人之前，首先要把各控制柜的報(bào)警信息消除，然后將機(jī)器人調(diào)到原點(diǎn)位置以及將示教器調(diào)到main函數(shù)位置。首先打開各個(gè)控制柜的上電按鈕，由于調(diào)試時(shí)每個(gè)工位調(diào)試的步驟都是一樣，在這里我就以工位三為例調(diào)試一下。1.2.1消除HMI報(bào)警上電后，控制面板和三色燈上會(huì)出現(xiàn)紅色報(bào)警信號(hào)，所以先要消除報(bào)警信息?，F(xiàn)將控制柜上的一排按鈕開關(guān)打到手動(dòng)和本地模式如圖1-3；圖1-3手動(dòng)和本地模式此時(shí)點(diǎn)

5、下人機(jī)界面上的報(bào)警信息會(huì)出現(xiàn)圖1-4報(bào)警畫面，按下復(fù)位按鈕后再按下，直至所有報(bào)警信號(hào)消失。圖1-4人機(jī)界面報(bào)警信息1.2.2調(diào)試示教器在報(bào)警信息解除后，調(diào)試示教器，先把機(jī)器人控制柜打到手動(dòng),緊接著手握示教器，點(diǎn)擊左上方，再按如下圖1-5步驟操作，程序編輯器調(diào)試PP例行程序MOVEHOME使能鍵，按下使能鍵不松開再按下啟動(dòng)按鈕，聽到“啪”的一聲表明操作成功，此時(shí)松開使能鍵。再調(diào)示教器上的PP至main，按下使能鍵，聽到“啪”的一聲操作成功，再將機(jī)器人控制柜打到自動(dòng)，PLC控制柜上也打到自動(dòng)和遠(yuǎn)程模式。再回到PLC0總控制柜上按下啟動(dòng)和復(fù)位按鈕，然后回到工位上按下啟動(dòng)和復(fù)位按鈕直到上方的三色燈跳至

6、綠色，表明調(diào)試已成功。調(diào)試成功后按下最前面的按鈕，整條產(chǎn)線便開始運(yùn)作。圖1-5操作步驟二.單元控制系統(tǒng)硬件介紹2.1PLC控制柜構(gòu)成部分該單元控制柜里有 13個(gè)空開，一個(gè)24V開關(guān)電源，一個(gè)CPU224模塊，二個(gè)擴(kuò)展模塊EM223，一個(gè)通信模塊EM277， 8個(gè)繼電器（KAES1 KAES2 KAAS1 KAAS2 ）如圖2-1所示：圖2-1控制柜內(nèi)部圖2.1.1空開的作用開關(guān)作用QF2插座QF4機(jī)器人開關(guān)QF5整理塊開關(guān)CV1QF1打磨機(jī)開關(guān)MI1QF1砂紙機(jī)開關(guān)EM1QF1傳送帶開關(guān)QF11PLC CPU供電QF12HMI供電QF13CUP輸入輸出M02輸入輸出M03輸入輸出QF14控制面

7、板、JB1接線箱、安全回路QF15伺服控制器1、伺服控制器2QF16機(jī)器人QF21M01輸出電源2.1.2CPU的選擇該單元選擇了CPU224，CPU224主機(jī)數(shù)量I/O點(diǎn)為14輸入/10輸出共24個(gè)，擴(kuò)展能力強(qiáng)，可連續(xù)7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大可擴(kuò)展至168個(gè)數(shù)字量I/O或35個(gè)模擬量I/O點(diǎn)；13kb程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30khz高數(shù)計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20hz高速緩沖輸出，具有pid控制，I/O端子排很容易整體拆卸，是個(gè)控制能力較強(qiáng)的控制器。另外由于I/O口數(shù)量有限，所以還選用了擴(kuò)展模塊EM224，增加I/O的數(shù)量。2.1.3通訊模塊EM277EM277是s7-200的智能擴(kuò)展模塊，由于

8、本產(chǎn)線是利用profibus-dp進(jìn)行通訊，所以才會(huì)選則此模塊，profibus網(wǎng)絡(luò)通常有一個(gè)主站和若干個(gè)I/O從站，EM277只能做profibus-dp的從站，而不能做主站。2.2機(jī)器人打磨單元部分 有一個(gè)IRB1410機(jī)器人以及對(duì)應(yīng)的機(jī)器人控制柜和示教器，一個(gè)打磨機(jī)，一個(gè)砂輪機(jī)，一個(gè)皮帶機(jī)組成如圖2-2，其間機(jī)器人感應(yīng)工件所選用的傳感器為電容式傳感器如圖2-3，電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，易于制造，一般用金屬做電極以無機(jī)材料做絕緣之承，能承受很大的溫度變化，高壓力，高沖擊，過載等。圖2-2打磨 砂輪 傳送帶圖2-2電容式傳感器2.3電氣接線I/O分析2.3.1plc控制燈以及電機(jī)的I/

9、O口接線圖 如圖2-3,I0口和I1口基本上都被用來作為按鈕以及開關(guān)的控制，I2.2為傳感器信號(hào)輸入，Q0.5-Q0.7分別為三色燈自動(dòng)，手動(dòng)，故障復(fù)位指示燈；Q1.0和Q1.1plc控制柜上啟動(dòng)和故障指示燈；Q2.0-Q2.2分別為三給電機(jī)打磨、砂輪、傳送帶。2.3.2plc控制機(jī)器人的I/O口接線圖三.PLC程序設(shè)計(jì)3.1控制流程0自動(dòng)模式1ST02 RB放件完成離開 中轉(zhuǎn)臺(tái) AS1 檢測(cè)有信號(hào)2啟動(dòng)RB，執(zhí)行Segment1ST03 RB 從中轉(zhuǎn)臺(tái)抓件 3RB執(zhí)行Segment1完成打磨機(jī)，砂輪機(jī)運(yùn)行4RB執(zhí)行Segment2RB 抓取工件去打磨機(jī)，打磨兩個(gè)角，砂輪機(jī)打磨平頂END5RB

10、執(zhí)行Segment2完成位打磨機(jī)，砂輪機(jī)停止運(yùn)行6RB執(zhí)行Segment3皮帶機(jī)上無工件,RB過去放工件7RB執(zhí)行Segment3完成回HOME 位等待下一個(gè)程序號(hào)3.2系統(tǒng)plc和機(jī)器人的I/O分配輸入I輸出QI0.5手動(dòng)模式Q0.5自動(dòng)指示柱燈（綠色）I0.6自動(dòng)模式Q0.6手動(dòng)指示柱燈（黃）I0.7自動(dòng)啟動(dòng)Q0.7故障指示柱燈（紅）I1.0本地模式Q1.0自動(dòng)啟動(dòng)指示I1.1遠(yuǎn)程模式Q1.1故障指示I1.2故障復(fù)位Q2.0打磨機(jī)運(yùn)行I1.4急停正常Q2.1砂輪機(jī)運(yùn)行I1.5安全門正常Q2.2輸送帶前進(jìn)I2.2工件傳感器1Q3.0機(jī)器人停止XS12.1I3.0機(jī)器人自動(dòng)XS14.1Q3.1

11、機(jī)器人上電XS12.2I3.1機(jī)器人上電XS14.2Q3.2啟動(dòng)機(jī)器人XS12.3I3.2機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行XS14.3Q3.3故障復(fù)位機(jī)器人XS12.4I3.3機(jī)器人故障XS14.4Q3.7程序確認(rèn)XS12.8I3.4機(jī)器人在原點(diǎn)XS14.5Q4.0發(fā)送程序號(hào)1XS13.1I3.7機(jī)器人等待程序號(hào)XS14.8Q4.1發(fā)送程序號(hào)2XS13.2I4.0機(jī)器人進(jìn)行程序1XS15.1Q4.2允許運(yùn)行程序段1XS13.3I4.1機(jī)器人進(jìn)行程序2XS15.2Q4.3允許運(yùn)行程序段2XS13.4I4.2機(jī)器人不在程序段1XS15.3Q4.4允許運(yùn)行程序段3XS13.5I4.3機(jī)器人不在程序段2XS15.4I4

12、.4機(jī)器人不在程序段3XS15.5 3.3程序分析3.3.1機(jī)器人程序號(hào) 3.3.2機(jī)器人程序段一3.3.3機(jī)器人程序段二3.3.4機(jī)器人在程序段三 四.機(jī)器人仿真與示教編程4.1RobStudio軟件介紹RobotStudio是瑞士ABB公司配套的軟件，是機(jī)器人本體商中軟件做的最好的一款。支持機(jī)器人的整個(gè)生命周期，使用圖形化編程、編輯和調(diào)試機(jī)器人系統(tǒng)來創(chuàng)建機(jī)器人的運(yùn)行，并模擬優(yōu)化現(xiàn)有的機(jī)器人程序。Robot Studio包括如下功能：CAD導(dǎo)入、Auto Path功能、程序編輯器、路徑優(yōu)化、可達(dá)性分析、虛擬示教臺(tái)、事件表、碰撞檢測(cè)、VBA功能、直接上傳和下載、缺點(diǎn)，就是只支持本公司品牌機(jī)器人

13、，機(jī)器人間的兼容性很差。其界面如下圖4-1所示：圖4-1仿真界面4.2robstudio仿真案例打開robot studio軟件，按照上節(jié)所講，擺放好機(jī)器人、工件的位置，并創(chuàng)建好工件坐標(biāo)系和機(jī)器人系統(tǒng)。在軟件界面上方的菜單欄中點(diǎn)擊控制器，選擇虛擬示教器，畫面中出現(xiàn)虛擬示教器。先將示教器打到手動(dòng)擋，點(diǎn)擊示教器左上角的主菜單，在其中選擇control panel（控制面板），再選擇language，可將語言改為中文。 點(diǎn)擊程序編輯器，提示創(chuàng)建新的程序。點(diǎn)擊畫面中的例行程序，在出現(xiàn)的界面中的左下角的“文件”中選擇“新建例行程序”分別創(chuàng)建“main”、“home”、“routine”、“csh”共四個(gè)

14、例行程序。雙擊“home”例行程序，在界面中點(diǎn)擊添加指令再點(diǎn)擊movej，點(diǎn)擊程序中的“*”，新建一個(gè)位置點(diǎn)P10 選中“P10”，點(diǎn)擊修改位置，由于機(jī)械臂的位置并未改變，就可將機(jī)械臂的原始位置設(shè)定為P10。返回例行程序，雙擊“csh”程序，點(diǎn)擊添加指令，在指令中點(diǎn)擊“common”，在下拉菜單中選擇“settings”，在點(diǎn)擊其中的“Accset”和“Velset”。Accset是設(shè)置的機(jī)械臂的加速度，而Velset設(shè)置的是機(jī)械臂的速度。返回例行程序，雙擊“Routine1”程序，進(jìn)行軌跡編程。在軟件中，利用手動(dòng)線性運(yùn)動(dòng)方式和捕捉末端工具，將機(jī)械臂上的焊接頭移至圖中位置，并用上述方式將該點(diǎn)設(shè)

15、置為P20.在工件上需要進(jìn)行弧形運(yùn)動(dòng)，所以，點(diǎn)擊添加指令中的“MoveC”指令。在圓弧上找一點(diǎn)以及圓弧的另一個(gè)端點(diǎn)，分別將其設(shè)置為MoveC指令中的P30和P40，這兩個(gè)點(diǎn)和P20共三個(gè)點(diǎn)可形成一個(gè)圓弧。將焊接頭移至工件下一個(gè)點(diǎn)，因?yàn)閮牲c(diǎn)之間是直線運(yùn)動(dòng)，所以選擇MoveL指令，并將該點(diǎn)設(shè)置為P50。以此類推，將工件上的所有點(diǎn)都在程序中設(shè)置好。如圖所示。此外，為安全起見，在焊接頭移動(dòng)到最后一個(gè)點(diǎn)時(shí)，不能讓它直接回到工作原點(diǎn)，而是讓焊接頭垂直向上移動(dòng)一段距離后，在回歸原點(diǎn)。添加MoveL指令，修改位置點(diǎn)設(shè)置，點(diǎn)擊功能按鈕，選擇Offs功能，如圖所示，括號(hào)中第一個(gè)設(shè)置為你選擇的參照點(diǎn)，即工件的最后一

16、個(gè)點(diǎn)，后面的三個(gè)則分別代表工具的X、Y、Z軸，我們選擇工具向上移動(dòng)即在Z軸上移動(dòng)，X、Y軸為0。編寫好軌跡程序后，開始編寫主程序“main”，在添加指令中選擇“ProcCall”指令即調(diào)用子函數(shù)。做完上述所有步驟后，程序編輯完成，點(diǎn)擊“調(diào)試”按鈕，選擇“PP移至Main”，點(diǎn)擊虛擬示教器右側(cè)的“Enable”按鈕，再點(diǎn)擊下方的開始按鈕，機(jī)械臂則開始按照設(shè)定好的軌跡開始運(yùn)動(dòng)。4.3示教編程及運(yùn)行過程按照4.2仿真案例的操作，先編寫一個(gè)rhome子程序，是機(jī)器人在原點(diǎn)的程序。在子程序中添加MoveAbsJ, jHome,v100,fine,tGripper;如圖4-1圖4-1機(jī)器人在原點(diǎn)當(dāng)工站二完

17、成流程并把工件放在中轉(zhuǎn)臺(tái)上時(shí)，三工站等待信號(hào)，當(dāng)信號(hào)出發(fā)后，三工站機(jī)器人開始夾取工件，此時(shí)可以編寫一個(gè)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;當(dāng)機(jī)器人在pickpos位置時(shí)，夾爪夾緊，在子程序下方編寫set Gripper;如圖4-2所示：圖4-2機(jī)器人夾取工件當(dāng)程序段一完成后，打磨機(jī)以及砂輪機(jī)開始啟動(dòng)，機(jī)器人便結(jié)束信號(hào)一并等待信號(hào)二，接著便開始進(jìn)入程序段二進(jìn)行工件的打磨，如圖4-3：圖4-3機(jī)器人打磨當(dāng)程序段二完成

18、后，打磨機(jī)，砂輪機(jī)關(guān)閉，傳送帶啟動(dòng)，機(jī)器人結(jié)束信號(hào)二并等待信號(hào)三，接著開始進(jìn)入程序段三將工件放在傳送帶上，松開夾爪，如圖4-4：圖4-4工件放在傳送帶程序段三完成后，機(jī)器人便回到原點(diǎn)。五.上位機(jī)人機(jī)界面監(jiān)控本站有一個(gè)打磨機(jī)，一個(gè)砂輪機(jī)，一個(gè)皮帶機(jī)。電機(jī)手動(dòng)操作畫面：操作：1） 操作模式選擇手動(dòng)，無一類故障，畫面選擇電機(jī)運(yùn)行，啟動(dòng)左上方小圓是綠色的。2） 電機(jī)默認(rèn)手動(dòng)方式是點(diǎn)動(dòng)模式，在此模式下，按啟動(dòng)按鈕，按鈕背景變成綠色，電機(jī)運(yùn)行。停止時(shí)，再次按點(diǎn)動(dòng)，取消電機(jī)運(yùn)行。3） 按點(diǎn)動(dòng)按鈕，電機(jī)運(yùn)行模式會(huì)變成連續(xù)，其背景會(huì)變成綠色，字體變成連續(xù)，按啟動(dòng)，啟運(yùn)按鈕背景長(zhǎng)綠，電機(jī)運(yùn)行。停止時(shí)，再次按點(diǎn)動(dòng)，

19、取消電機(jī)運(yùn)行。4） 主控信號(hào)： 本站和主PLC之間的交換信號(hào)；5） 機(jī)器人：6） 顯示本站的設(shè)備狀態(tài)，安全門，急停，中轉(zhuǎn)臺(tái)傳感器。7） 報(bào)警信息：六.收獲與體會(huì)在信息科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，隨著人力成本逐漸的上升，工業(yè)機(jī)器人逐漸取代人力成為流水線上行的“操作員”已成為必然趨勢(shì)。很幸運(yùn)能夠在畢業(yè)之前有這種機(jī)會(huì)上機(jī)器人實(shí)訓(xùn)課，雖然兩周的時(shí)間很短，但這已經(jīng)為我開啟了學(xué)習(xí)機(jī)器人的那扇門。兩周的時(shí)間雖然無法把這條生產(chǎn)線完全搞透，但對(duì)于運(yùn)行的流程已經(jīng)大致了解，這是一條有該產(chǎn)線系統(tǒng)由一個(gè)SIEMES 315 PN-DP PLC做主站，5個(gè)224 PLC 做從站，每一個(gè)224 PLC控制一個(gè)工作站，工作站與工

20、作站之間轉(zhuǎn)遞信號(hào)通過EM277通訊模塊與315 PN-DP PLC 連接，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)溝通。每個(gè)PLC從站控制與其相對(duì)應(yīng)地機(jī)器人單元，五個(gè)ABB機(jī)器人中，除了工站一機(jī)器人是IRB120，其余四個(gè)工站都是IRB1400，五個(gè)工位分別實(shí)現(xiàn)了上料的搬運(yùn)，工件的焊接，工件打磨以及去毛刺，利用相機(jī)對(duì)打磨后工件的瑕疵檢測(cè)，負(fù)責(zé)料件成次品的分揀。首先，我們對(duì)產(chǎn)線進(jìn)行了調(diào)試，雖說調(diào)試步驟很少，但真正上手起來并不是那么一氣呵成，其間的細(xì)節(jié)很容易就會(huì)遺漏。因?yàn)橛衟lc控制，所以自然少不了電氣接線圖和plc控制程序，作為電氣專業(yè)，雖然平時(shí)有接觸過圖紙以及編寫過plc程序，但當(dāng)看到這項(xiàng)大工程的圖紙時(shí)，整個(gè)人都不好了，密密麻麻地端口分布看的我們頭都大。Plc程序則更不用說了，想想在學(xué)校里學(xué)的那些，果然是基礎(chǔ)，入門，光憑老師上課教的那些知識(shí)可真遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，要先真正提高自己還是得多做項(xiàng)目，最好能接觸校外，公司里面的項(xiàng)目，者能夠擴(kuò)寬我們的眼界，讓自己了解到底該學(xué)什么。接下來我們簡(jiǎn)單練習(xí)了ABB公司的專門仿真軟件robstudio,并在示教器上簡(jiǎn)單的編寫程序操作機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)。最后還講了利用s7-300控制網(wǎng)絡(luò)通信，對(duì)于這一塊，我是比較陌生的，了解甚少，還有當(dāng)下也非常熱門的視覺處理