产线控制系统机器人模拟打磨工位的控制系统设计与实现

本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目 产线控制系统机器人模拟打磨工位的控制系统设计与实现-机器人与 HMI 部分 学 院 电气工程与自动化学院 年 级 2015 专 业 自动化 班 级 ZB02151 学 号 30 学生姓名 校内导师 职 称 正高 校外导师 职 称 论文提交日期 2017-5-15 常熟理工学院本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明： 所呈交的本科毕业设计(论文)，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人学号（9 位）：本人签名： 日期：常熟理工学院本科毕业设计(论文)使用授权说明本人完全了解常熟理工学院有关收集、保留和使用毕业设计(论文)的规定，即：本科生在校期间进行毕业设计(论文)工作的知识产权单位属常熟理工学院。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业设计(论文)被查阅和借阅；学校可以将毕业设计(论文)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计（论文） ，并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。保密的毕业设计(论文)在解密后遵守此规定。本人签名： 日期：导师签名： 日期：I产线控制系统机器人模拟打磨工位的控制系统设计与实现摘要随着现代科技的不断发展以及劳动力成本不断上涨，越来越多的企业都在摸索如何实现“机器换人” ，以此来提高生产效率和降低劳动生产成本。经过长时间的磨合，工业机器人市场与产业逐渐发展起来，相信在不久的将来，机器人将渗透各个领域。本课题就是利用机器人代替人工对工件进行重复性打磨，从而提高生产效率。本课题以 ABB 的 6 自由度 IRB-1410 工业机器人实训系统作为研究对象，利用西门子s7-200PLC 编程给机器人发送信号,再通过机器人示教编程来实现对工件的抓取、圆角打磨、表面打磨、放置四个动作完成该工站的任务。同时也运用西门子人机界面winccflexible smart v3 对机器人动作进行监控，画面包括主界面、电机运行画面、报警画面，最后通过 PLC 和上位机进行通讯连接，从而实现对该工位的实时监控。当然，在做这套系统之前也要事先通过 ABB 专门的仿真软件 robstudio 进行模拟仿真画面，然后按照仿真中的画面进行实际的安装。关键词：工业机器人 PLC wincc 监控 robstudio 仿真 IIDesign and Realization of Control System for Simulating Grinding Station of Production Line Control SystemAbstractWith the continuous development of modern technology and rising labor costs, more and more enterprises are groping how to achieve “machine substitutions“, in order to improve production efficiency and reduce labor costs. After a long run, the industrial robot market and industry gradually developed, I believe in the near future, the robot will penetrate all areas. This topic is the use of robots instead of artificial parts of the repetitive polished, thereby enhancing production efficiencyThis paper takes ABBs 6-DOF IRB-1410 industrial robot training system as the research object, uses Siemens s7-200PLC programming to send signals to the robot, and then through the robot teaching programming to achieve the workpiece crawling, fillet grinding, surface Polish, put four actions to complete the task of the station. But also the use of Siemens man-machine interface winccflexible smart v3 to monitor the robot, the screen, including the main interface, the motor running screen, alarm screen, and finally through the PLC and the host computer for communication connection, in order to achieve real-time monitoring of the station. Of course, before doing this system must also be in advance through ABBs special simulation software robstudio simulation screen, and then follow the simulation of the screen for the actual installation.Keywords: IndustrialRobot;PLC;Wincc;Monitor;Robstudio SimulationIII目 录1.绪论 .11.1 课题的目的和意义 .11.2 课题研究的现状与趋势 .11.2.1 国内外机器人发展状况 .11.2.2 未来的趋势 .21.3 课题研究的主要内容 .32.打磨去毛刺工站的系统设计方案 .42.1 打磨去毛刺工站的工作流程 .42.2 控制系统的总体方案 .42.3 本章小结 .43.打磨去毛刺工站系统的硬件电路设计 .53.1 PLC 的选型及外部接线图 .53.1.1 PLC 选型 .53.1.2 PLC 的 I/O 分配表 .53.1.3 PLC 的外部接线图 .63.2 通讯模块 EMZ77 .73.2.1 EM277 模块地址设置 .83.2.2 EM277 模块的电路接线图 .83.3 传感器的电路设计 .83.3.1 传感器的选型 .83.3.2 该传感器的工作原理 .93.3.3 中转台上的传感器电路设计 .93.3.4 抓手上的传感器及气缸电路设计 .103.4 打磨机砂轮机传送带的电路设计 .113.5 本章小结 .114.打磨去毛刺工站系统的软件设计 .124.1 S7-200 的通讯连接 .12IV4.1.1 通信方式选择 .124.1.2 通信参数设置 .124.2 PLC 控制的流程图设计 .144.3 主程序介绍 .144.4 本章小结 .185.上位机监控画面设计 .195.1 组态画面设计 .195.1.1 项目的创建 .195.1.2 变量连接 .205.1.3 建立变量 .205.1.4 模板画面设计 .205.1.5 主画面设计 .215.1.6 机器人信号状态画面设计 .225.1.7 报警画面 .235.2 PLC 与触摸屏的通信连接 .245.3 本章小结 .246.机器人仿真与示教编程 .256.1 创建工具 .256.1.1 设定本地原点 .256.1.2 创建工具 .266.2 创建仿真画面 .266.2.1 建立机器人系统 .266.2.2 创建画面 .276.3 用 smart 组件创建动态夹具 Gripper .276.3.1 建立 smart 组件 .276.3.2 创建属性与连结 .286.3.3 创建信号与连接 .286.3.4 工作站逻辑 I/O 信号设定 .306.4 示教编程及解析 .30V6.4.1 示教器常用指令 .306.4.2 程序解析 .326.5 本章小结 .327.系统调试运行分析 .358.结语 .35参考文献 .36致谢 .37附录 .38常熟理工学院毕业设计（论文）11.绪论1.1 课题的目的和意义首先，最近几年里我国机器人这个行业可谓是发展的非常快，不管是服务型机器人还是工业机器人，都将成为未来发展的大趋势，加上目前无人驾驶汽车的快速研发，相信在不久的将来汽车行业也将会有一个颠覆性的变化。然而生产汽车最终还是脱离不了工业机器人，无论是焊接、打磨、还是喷涂、装配等等，机器人产线都发挥着重大作用。不仅是汽车行业，还有手机等大量自动化行业都离不开工业机器人。再者德国工业 4.0 以及中国制造 2025 和十三五规划的相继出台，政府和资本的支持给机器人产业健康、稳定的发展带来了有利的条件。目 前 ， 工 业 机 器 人 已 经 在 各 种 自 动 化生产线上被广 泛 地 应 用 ,在机器人种类中有着举足轻重的作用 ,它由四部分构成，分别是操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置。工 业 机 器 人 包 括 模 仿 人 类 关 节 结 构 的 关 节型 工 业 型 机 器 人 ,直 角 坐 标 型 机 器 人 ,圆 柱 坐 标 型 机 器 人 、 球 坐 标 型 机 器 人 、喷 漆 机 器 人 、 焊 接 机 器 人 等 。 据 专 家 预 测 ， 工 业 机 器 人 的 研 究 工 作 已 向 仿人 化 特 种 化 智 能 化 发 展 我 们 着 手 设 计 的 门 架 机 器 人 属 特 种 化 机 器 人 ， 所 以 工业 机 器人的研究具有重大的意义。由 于 我 国 工 业 生 产 力 发 展 比 较 快 ， 自 动 化程 度 迅 速 提 高 ， 机 器 人 产 业 已 经 开 始 实 现 了 对 工 件 的 装 卸 、 转 向 、 输 送 、装 配 等 作 业 的 自 动 化 ， 并 减 轻 工 人的劳动强度，已愈来愈引起人们的重视。而研究该课题的意义就在于运用机器人生产线打磨产品，不仅可以提高生产率，降低成本，还能让人远离打磨机带来的噪音伤害，真正能够实现以人为本，最终达到“机器换人”这一趋势。1.2 课题研究的现状与趋势1.2.1 国内外机器人发展状况在我国，工业机器人的真正使用到现在已经接近 20 多年了，已经基本实现了试验、引进到自主开发的转变，促进了我国制造业、勘探业等行业的发展。随着我国门户的逐渐开放，国内的工业机器人产业将面对越来越大的竞争与冲常熟理工学院毕业设计（论文）2击，因此，掌握国内工业机器人市场的实际情况，把握我国工业机器人研究的相关进展，显得十分重要。我国的工业机器人从 80 年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五” “、八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有 130 多台套喷漆机器人在二十余家企业的近 30 条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。根据国内情况，工业机器人产业才开始发展，但增长的趋势非常快。像新松机器人公司，每年利润增长很快，但总来说，我国机器人行业和国外相比还是有一定差距的。例如：可靠性方面要比国外低，起步也比国外晚，应用领域相对较窄，生产线系统技术方面与国外比也有一些差距。在国外，工业机器人技术显得很成熟，已经成为一种标准设备，在工业界被广泛应用。因此逐渐出现了一批很有影响力的机器人公司。包括：瑞典的ABB Robotics、日本的 FANUC、Yaskawa、德国的 KUKA Roboter 等许多优秀公司，以上公司已经成为他们地区无可替代的产业。1.2.2 未来的趋势21 世纪制造业将进入一个新阶段，未来企业的主导模式将变为敏捷制造。企业能不能抓住市场机遇就要看企业能否快速开发出新产品了，这将是企业赢得竞争的主要手段之一。其次，工业机器人具有可编程、基于传感器控制、自主规划、可协调作业等特点，进一步发挥机器人这些高柔性和智能化特点，使它成为可重组的敏捷制造生产装备及系统的重要组成部分，为传统制造企业向敏捷制造企业跨跃发展提供重要的技术支持，是工业机器人的发展趋势。在制造工艺和装备方面，美国人也曾痛苦地认识到他们正在失去制造业，尤其是装备制造业的领袖地位。在对日、德装备制造业的兴旺进行认真分析后，美国人发现其原因在于日、德对制造工艺与装备研究的投入比例远大于美国。于是美国在进入 90 年代后，加强了对制造工艺和装备的研究。随着劳动力成本上升、生产成本等要素的提高，工业机器人在中国的发展日益迅猛，前景广阔。英国经济学家保罗麦基里认为，以互联网、新材料和新能源为基础，以“数字化智能制造”为核心理念的第三次工业革命浪潮已经到来，而“数字化智能制造”