工业机器人生产实训-打磨工站

常熟理工学院 1 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 2 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生产线控制技术综合实训 报告报告 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 目录目录 一 产线控制系统介绍与调试 4 1 1 产线控制系统介绍 4 常熟理工学院 3 1 2 产线运行前的调试 5 1 2 1 消除 HMI 报警 5 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 7 2 1 2CPU 的选择 8 2 1 3 通讯模块 EM277 8 2 2 机器人打磨单元部分 8 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 11 三 PLC 程序设计 13 3 1 控制流程 13 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 15 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 16 四 机器人仿真与示教编程 16 4 1RobStudio 软件介绍 16 4 2robstudio 仿真案例 17 4 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 常熟理工学院 4 一一 产线控制系统介绍与调试产线控制系统介绍与调试 1 1 产线控制系统介绍产线控制系统介绍 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 常熟理工学院 5 图 1 2 网络分布 1 2 产线运行前的调试产线运行前的调试 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 常熟理工学院 6 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 常熟理工学院 7 二二 单元控制系统硬件介绍单元控制系统硬件介绍 2 1PLC 控制柜构成部分控制柜构成部分 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 常熟理工学院 8 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 2 QF16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 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 常熟理工学院 9 图 2 2 电容式传感器 2 3 电气接线电气接线 I O 分析分析 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 常熟理工学院 10 常熟理工学院 11 2 3 2plc 控制机器人的 I O 口接线图 常熟理工学院 12 常熟理工学院 13 三三 PLC 程序设计程序设计 3 1 控制流程控制流程 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 Segment1 ST03 RB 从中转台抓件 3RB 执行 Segment1 完成 打磨机 砂轮机运行 4RB 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 5RB 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 7RB 执行 Segment3 完成 回 HOME 位等待下一个程序号 常熟理工学院 14 3 2 系统系统 plc 和机器人的和机器人的 I O 分配分配 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 1Q3 0机器人停止XS12 1 I3 0机器人自动XS14 1Q3 1机器人上电XS12 2 I3 1机器人上电XS14 2Q3 2启动机器人XS12 3 I3 2机器人系统运行XS14 3Q3 3故障复位机器人XS12 4 I3 3机器人故障XS14 4Q3 7程序确认XS12 8 I3 4机器人在原点XS14 5Q4 0发送程序号 1XS13 1 I3 7机器人等待程序 号 XS14 8Q4 1发送程序号 2XS13 2 I4 0机器人进行程序 1 XS15 1Q4 2允许运行程序段 1XS13 3 I4 1机器人进行程序 2 XS15 2Q4 3允许运行程序段 2XS13 4 I4 2机器人不在程序 段 1 XS15 3Q4 4允许运行程序段 3XS13 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 常熟理工学院 15 3 3 程序分析程序分析 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 常熟理工学院 16 3 3 4 机器人在程序段三 四四 机器人仿真与示教编程机器人仿真与示教编程 4 1RobStudio 软件介绍软件介绍 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 常熟理工学院 17 图 4 1 仿真界面 4 2robstudio 仿真案例仿真案例 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 常熟理工学院 18 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 常熟理工学院 19 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 常熟理工学院 20 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 常熟理工学院 21 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 常熟理工学院 22 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 示教编程示教编程及运行过程及运行过程 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 常熟理工学院 23 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 常熟理工学院 24 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 五五 上位机人机界面监控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 常熟理工学院 25 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 常熟理工学院 26 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 常熟理工学院 27 六六 收获与体会收获与体会 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