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

1、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

2、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：导师签名：产线控制系统

3、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winccflexib

4、le 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5Design and Realization of Control System for Simulating Grinding Station of Production Line Control SystemAbstractWith the con

5、tinuous 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

6、 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 ABB's 6-DOF IRB-1410 industrial robot training system as the research object, uses Siem

7、ens 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 t

8、o 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

9、through ABB's special simulation software robstudio simulation screen, and then follow the simulation of the screen for the actual installation.Keywords: IndustrialRobot;PLC;Wincc;Monitor;Robstudio Simulation1. 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

10、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EMZ7773.2.1 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

11、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124.1.1 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25

12、6.1.2 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306.4.1 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）1. 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

13、，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

14、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

15、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

16、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ABBRobotics 、日本的FA

17、NU、C Yaskawa、德国的KUKAR oboter 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

18、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”的主体就是工业机器人。当前全球社会组织形式和经济发展正发生深刻变化，随着人口红利的逐渐衰减和4常熟理工学院毕业设计(论文)技术的飞速发展，机器人有望闪亮登场， “逆

19、袭”人类工业化进程。1.3 课题研究的主要内容本文针对实验室机器人产线，主要完成以下几个方面内容：(1) 对机器人产线所在工位的认识。(2) 该工位的硬件设计。(3) 通过 plc 控制机器人的动作流程。(4) 研究 winccflexible人机监控软件，利用其设计出上位机监控系统，实现该工位的自动监控，从而让他人能够实时掌控该工位的情况。(5) 通过 robtstudio 进行模拟仿真。(6) 示教编程机器人打磨所需要的动作。#常熟理工学院毕业设计（论文）2. 打磨去毛刺工站的系统设计方案2.1 打磨去毛刺工站的工作流程该单元设备由：ABB机器人IRB1410、机器人夹爪、中转台、打磨机、

20、砂轮机、 传送带组成。当中转台上传感器感应到工件时，机械手开始启动准备夹取工件，直到夹爪上的传感器感应到工件时，夹紧工件；当把工件从中转台夹出后，打磨机和砂轮机启动，之后开始在打磨机上打磨上一工站标定的交贯线，打磨完成后在抓取到砂轮机上将端面的毛刺去掉，完成打磨后，打磨机和砂轮机停止，然后机器人将工件放入传送带上, 传送带开启将工件运走。2.2 控制系统的总体方案任何一个典型的计算机控制系统，从系统总体而言，都要由硬件和软件两部分组成。本系统的硬件配置主要由CPU、外部扩展模块EM223、通信模块EM277、检测元件、人机操作界面、以及执行元件组成，而软件则是由PLC的梯形图及上位机的组态软件

21、构成，其设计框图如图2-1 所示：2-1 总体设计框图2.3 本章小结本章主要是简单描述了一下系统实现的功能，为实现此功能而选用的硬件软件，从而构思了一个控制系统的整体框架，这样从论文的结构上来看比较清晰，也会有一个明确的方向去完成系统的硬件和软件的设计。3. 打磨去毛刺工站系统的硬件电路设计3.1 PLC 的选型及外部接线图3.1.1 PLC 选型根据工作流程以及论文设计控制需求，本文选用的CPU模块为S7-200PLC的系列的CPU224C，NCPU224模块有14 输入点，10 输出点，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；而

22、且控制能力也很强。如图3-1 所示为CPU224CN模块：图 3-1 CPU224CN模块然而本设计共需25 个数字量输入点和16 个数字量输出点，因此还需要扩展一个 16 点数字量输入/输出扩展模块EM223，其连接方式如图3-2 所示：图 3-2 模块连接图3.1.2 PLC 的 I/O 分配表在主机CPU224模块中I/O 连接主要是模式的选择及三色灯的状态；16 点输入输出扩展模块中I/O 连接主要是机器人状态反馈及程序段号的发送和运行，及一个传感器信号和三个电机输出。其I/O 地址分配如下表所示：表 3.1 PLC 的 I/O 地址分配表输入输出CPU224地址名称地址名称I0.5手

23、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I1.4急停正常I1.5安全门正常16 点数字量输入/输出扩展模块EM223地址名称地址名称I3.0机器人自动Q3.0机器人停止I3.1机器人上电Q3.1机器人上电I3.2机器人系统 运行Q3.2启动机器人I3.3机器人故障Q3.3故障复位机器人I3.4机器人在原 点Q3.4备用I3.5备用Q3.5备用I3.6备用Q3.6备用I3.7机器人等待 程序号Q3.7程序确认I4.0机器人进行程序1Q4

24、.0发送程序号1I4.1机器人进行程序2Q4.1发送程序号2I4.2机器人不在程序段1Q4.2允许运行程序段1I4.3机器人不在程序段2Q4.3允许运行程序段2I4.4机器人不在程序段3Q4.4允许运行程序段3I4.5备用Q4.5打磨机运行I4.6备用Q4.6砂轮机运行I4.7中转台传感器Q4.7输送带运行.3 PLC 的外部接线图3.1根据系统要求及PLCI/O 地址分配，其PLC外部接线图如图3-3 所示：13DC24V手动模式自动模式自动启动DC24V本地模式远程模式故障复位急停正常 安全门正常DC24V机器人自动机器人上电机器人系统运行机器人故障机器人在原点机器人等待程序DC24V机器

25、人进行程序1机器人进行程序2机器人不在程序段1机器人不在程序段2机器人不在程序段3备用备用 中转台传感器13M13MI0.5DC24V13LI0.6Q0.5I0.7Q0.613MQ0.7I1.013MI1.113LI1.2Q1.0指示柱灯（绿色）指示柱灯（黄色）指示柱灯（红色）DC24V自动启动指示4C故障指示 NI1.4S7-200PLC CPU22Q1.1I1.513M13MI3.013LI3.1Q3.0I3.2Q3.1DC24V机器人停止机器人上电启动机器人故障复位机器人程序确认DC24V发送程序号1发送程序号2允许运行程序段1允许运行程序段2允许运行程序段3打磨机运行砂轮机运行输送带运

26、行16I3.3Q3.2I3.4输Q3.3I3.7入Q3.713M输13MI4.0出13LI4.1展扩Q4.014.2 模Q4.114.3 块Q4.2I4.4Q4.3备用EM223Q4.4备用Q4.5I4.7Q4.6Q4.7图 3-3 PLC 外部接线图3.2 通讯模块EMZ77本条产线是将SIEMES 315 PN-DP PLC作为主站，224PLC作为从站, 主站300PLC通过Prfibus 线与扩展模块EM277进行连接，从站PLC则通过通信口与扩展模块EM277连接，从而实现S7-200 与 S7-300 进行通信。如图 3-4 通信连接图：图 3-4 通信连接图1.1.1 EM277

27、 模块地址设置本工站作为产线的一个从站，其通信地址是独立的，这样也能更加准确的达到通信的目的。而本工站的通信地址为13，所以只需将EM277模块的旋转按钮旋转到图3-5 箭头所示数字即可。3-5 通信模块地址设置1.1.2 EM277 模块的电路接线图这个模块是由空开QF13控制，所以只需将空开的24V电源连接线接到模块上即可，如图3-6 所示电路图：图 3-6 EM277 电路接线图3.3 传感器的电路设计3.3.1 传感器的选型传感器的选择很重要，在考虑到系统运行的实际工作环境以及成本等因素，我们选择了一款电容式接近开关。这种传感器的检测范围很广，因为电容式接近开关不单单可以检测金属类物品

28、，还可以检测非金属物品，如水、玻璃等。传感器本身的电容值不受电极材料的影响，而且稳定性较强，所以该传感器适合本系统的设计要求。其实物图如图3-7 所示：3-7 电容式传感器3.3.2 该传感器的工作原理下图 3-8 所示为传感器的工作原理图，本设计用的是PNP型传感器，其工作原理是当传感器不动作时，4 号端子的电压为0V， 当传感器动作时，由于外接电阻的存在，4 号端子电压为24V，即感应到工件时，输出高电平。图 3-8 PNP 传感器原理图3.3.3 中转台上的传感器电路设计当中转台上有工件时，此时传感器感应到工件并将信号传递给PLC。基于此我们选用了三线制接近开光传感器，棕色接24V， 蓝

29、色接0V， 信号线接PLC的输入点 I4.7 。其电路接线图如图3-9 所示：常熟理工学院毕业设计（论文）3-10 传感器及气缸电路设计15图 3-9 接近开关电路图3.3.4 抓手上的传感器及气缸电路设计当夹爪上的传感器感应到工件时，传感器将信号传给机器人，此时气阀进气，夹爪夹紧工件；当工件被放到传送带位置时，此时气阀放气，夹爪松开工件。其电路图如图3-10 所示：常熟理工学院毕业设计（论文）3.4 打磨机砂轮机传送带的电路设计当程序一完成后，机器人会给PLC发送信号，PLC接收到信号后会启动打磨PLC发送信号，PLC接收到信号3-11 所示：图 3-11 打磨机砂轮机传送带的电路接线图3.

30、5 本章小结本章主要介绍了PLC的选型以及根据根据点的多少选用什么类型的扩展模最终绘制I/O 分配图。 其次又介绍了通信模块EM277及电路接线图， 最后介工作原理、电路图设计及三个电机的电路设计。以上即为本4. 打磨去毛刺工站系统的软件设计本系统采用的是西门子公司S7-200系列PLC的编程软件STEP7-Micro/WIN，S7-200 系列 PLC的用户程序，以及检查排除系统故障，管理用户程序文档等。以下对如何使用编程4-1 所示：20图 4-1 编程软件STEP7-Wicro/WIN主界面4.1 S7-200 的通讯连接4.1.1 通信方式选择STEP7-Micro支持 PPI 通信协

31、议，可用 PC/PPI 电缆将电脑与PLC进行通讯，4-2 所示：4-2 PLC 与 PC机的通信连接4.1.2 通信参数设置1）接下来需要在编程软件中进行通信的参数设置，首先选择PLCl 类型CPU224C，如图 N4-3 所示：图 4-3 PLC 类型2） 设置PG/PC接口，选择 PC/PPIcable（PPI）, 双击然后点击本地连接到USB端口，如图4-4 所示：4-4 PG/PC 设置3） 在 PPI 中设置参数，即地址 （A）:0、 超时 （T）：1s、传输率 （R）： 9.6kbps 、最高站地址（H） ： 31，最后选择通信，点击刷新，找到地址，单击“确定”。如4-5 所示：

32、4-5 PPI 参数设置及计算机接口设置4）最后点击工具栏上的下载键，便可将程序下进PLC中。4.2 PLC 控制的流程图设计该工站可以分为机器人抓件、工件打磨抛光、机器人放件三个动作1. 当中转台上有工件时，传感器将感应到的信号传送给PLC（ I2.2 ） ， PLC给机器人发送程序号1，然后机器人进入程序1，并将信号反馈给PLC，直到机器人接收到允许运行1 信号后机器人才能运行程序段1, 开始到中转台上抓件。2. 当程序段1 完成后，机器人给PLC发送信号，PLC接到信号后启动打磨机和砂轮机, 机器人开始运行程序段2, 对工件进行圆角打磨以及对平面抛光处理。3. 当程序段2 完成后， 打磨

33、机和砂轮机停止运行，机器人开始运行程序段3，将工件放到传送带上，当程序段3 完成后，传送带启动，机器人返回原点。根据以上控制要求，设计的流程图如图4-6 所示：常熟理工学院毕业设计（论文）4-6 PLC 控制流程图22开始上电打磨机和砂轮机开始运行传送带启动，RB 返回HOME位，等待下一信号常熟理工学院毕业设计（论文）4.3 主程序介绍1、当中转台有工件时，PLC 给机器人发送程序号一522、机器人运行程序段一功能：机器人开始到中转台上抓件3、当程序段一完成后，打磨机和砂轮机启动，机器人开始执行程序段二功能：对工件进行圆角打磨及表面抛光1）打磨机运行2）砂轮机运行3）机器人运行程序段三4、当

34、程序段二完成后，打磨机和砂轮机停止，机器人开始运行程序段三功能：机器人将打磨好的工件放在传送带上4.4 本章小结本章主要是用s7-200 作为下位机软件进行程序的编写，然后通过PC/PPI电缆进行通信，在s7-200 中进行通信参数设置，最后画出控制功能流程图，根据流程图编写相应的程序5. 上位机监控画面设计由于下位机我们用的是STEP7，这里上位机也就同样用西门子公司的软件wincc, wincc 本身提供S7-200 的驱动软件，因此使PLC与上位机的联结可以变得非常容易。在工业过程监控系统中采用wincc 监控组态软件，根据实际需要设置监控对象，通过监控界面只管动态显示，控制过程清晰明确

35、，能够准确把握当前的各种运行状况，可以简化操作，大大提高系统监控能力。基于此，我们决定选用 wincc 作为组态软件。5.1 组态画面设计根据工站的整体结构设计，这里将创建四个画面，其中模板画面用于其它三个画面中，其余画面分别为主画面、机器人状态画面、报警画面，其设计框图如下 5-1 所示：模板画面主画面机器人信号状态画面报警画面5-1 组态画面结构框图5.1.1 项目的创建打开 Wincc Flexible Smart 软件，单击“创建一个空项目”，选择设备类型Smart 700 IE V3 ” , 单击确定。如图5-2 所示：5-2 Wincc Flexible Smart 界面5.1.2

36、 变量连接选择左边的通讯，单击“连接”，由于这里我们选择的是PLC编程，所以通讯也是和PLC通讯。在出现的框图中名称填写“ PLC”、 通讯驱动程序选择“ SIMATICS7-200”，在线选择“开”，如图 5-3 所示图 5-3 通讯设置5.1.3 建立变量选择左边的通讯，单击“变量”，连接一栏中选择PLC连接，数据类型和地址则根据要求设定，其所有变量设置如图5-4 所示：5-4 变量设置5.1.4 模板画面设计顾名思义模板画面就是将画面嵌入在其它画面中。在左上方添加“灯测试”和“系统退出”两个按钮。在下方添加“主画面”、 “机器人信号状态”、 “报警信 息”三个按钮。在右上方添加一个报警指

37、示器，如图 5-5 所示：图 5-5 模板画面双击按钮，在“事件”中点开“单击”，添加相应的函数。在“灯测试”按SetBit ”和“ ResetBit ”两个函数；在“系统退出”按钮中设置StopRuntime”函数；在下面三个按钮中设置“Activatescreen ”函数；而在ShowAlarmWindow”函数。5.1.5 主画面设计主画面是监控系统的核心画面。实现的功能最多，主要包括画面运行图以及机器人抓件，打磨， 放件指示灯运行状态以及急停安启动时左上方小圆是绿色的；电机默认手动方式是点动模式，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，5-6 所示：图 5-6 主

38、画面在每个电机下都有一个 “启动” 和 “点动” 以及一个小圆圈指示灯，而在 “启按钮中单击时函数为“ SetBitInTag ” , 释放时函数设置为“ ResetBitInTag ” ,InvertBitInTag ”。5.1.6 机器人信号状态画面设计机器人的信号状态画面，主要是机器人与PLC之间的信号传递。当机器人在PLC。当PLC接收到信息后，便开始向机器人发送程序号，机器人接等到PLC再向机器人发送启动信号时，机器人5-7 所示：5-7 机器人信号状态画面5.1.7 报警画面当出现一类故障和二类故障时，报警画面将会出现报警，其画面如图5-8所示：5-8 报警画面其两类故障分类如表5

39、.1 所示 ：表 5.1 报警表类别故障触发变量触发器地址一类 故障系统急停Alarm1V1500.0安全门打开Alarm1V1500.1二类 故障机器人运行程序段一故障Alarm2V1503.0机器人运行程序段二故障Alarm2V1503.1机器人运行程序段三故障Alarm2V1503.2机器人在手动模式Alarm2V1502.0机器人未上电Alarm2V1502.1机器人系统未运行Alarm2V1502.2机器人故障Alarm2V1502.3与主控通讯中断Alarm2V1504.05.2 PLC 与触摸屏的通信连接这里采用的是PPI 电缆线将PLC通讯口与触摸屏通讯口连接起来，从而实现两边

40、的信息交互。其结构如图5-9 所示：图 5-9 PLC 与触摸屏通信连接5.3 本章小结本章主要介绍的是下位机wincc 组态软件，利用组态软件对PLC进行实时监控。 这里创建了三个主要画面，分别为主画面、机器人信号状态画面、报警画面。最后利用PPI 电缆将两个通讯口连接起来，实现两边信息交互6. 机器人仿真与示教编程由于本系统所采用的是ABB工业机器人，所以这里也就直接用了ABB公司配套 的 软 件 RobotStudio ， 这 个 软 件 是 机 器 人 本 体 商 中 做 的 最 好 的 一 款 。 RobotStudio 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

41、来创建机器人的运行，并模拟优化现有的机器人程序，然而这款软件仅支持ABB 机器人使用，局限性较大。打开软件创建一个空工作站，如图6-1 所示为robtstudio 仿真软件的界面。图 6-1 robtstudio 界面6.1 创建工具因为刚导入进来的夹爪仅仅是一个3D模型，并无法装在机器人法兰盘上，因此我们需要将夹爪创建成夹爪工具，这样才能安装在机械臂上，随着机械臂的运动而运动。6.1.2 设定本地原点现将 3D夹爪模型导入robtstudio 中， 然后右击该夹爪，选择 “位置” “放置”“三点法”，依次设置图6-2 所示的三个点位置。6-2 三点位置在位置设定好以后，接下来就要设置夹爪的本

42、地原点，右击夹爪工件 “修 改”“设定本地原点”出现的框架中所有数据都填 06.1.3 创建工具先创建一个工具坐标，然后在点击建模功能选项卡中单击“创建工具”，点击“使用已有部件”，单击下一个，然后单击箭头所示方向，点击完成，到这我们要用的工具就创建好了。此时之前的3D模型夹爪已经变成机械装置了，如图6-3 所示。接下来我们就可以把夹爪装置安装在机器人上了。6-3 创建夹爪的机械装置6.2 创建仿真画面为了能进行画面的模拟，需要先将画面导入robtstudio 中。6.2.2 建立机器人系统在完成上面的操作后，要为机器人进行加载系统从而建立虚拟控制器，使其拥有电器的特性完成相关的仿真动作。在基

43、本选项单击“机器人系统”里的“从布局”来 创建系统如图6-4（左）所示，单击后知道右下角控制器颜色变绿才算成功，如图6-4（右）所示6-4 创建机器人系统6.2.3 创建画面在系统创建完成之后，便可以把需要的3D模型转换成stp 格式，然后导入6-5 仿真布局这个软件中，经布局和修饰最终以如图6-5 所示， 其圆圈部分就是机器人工作的6.3 用 smart 组件创建动态夹具Gripper当按钮启动，机械手臂去抓工件直到传感器感应到工件时，这时夹爪便抓住工件，当把工件放到传送带上时，夹爪便松开。因此这两个动作便要做个组件，以此来实现上面的动作。6.3.2 建立 smart 组件设定夹具属性过程如

44、图6-6 所示， 单击 “建模” 功能选项卡中的smart 组件，然后将其命名为Gripper 。在单击添加组件，添加下图6-6 几个组件，并设定相关参数。6-6 相关组件设置6.3.3 创建属性与连结在“属性与连结”选项卡中单击“添加连结”，如图 6-7 所示： LineSensor的属性 SensedPart 指的是线传感器所检测到的与其发生接触的物体，此处连结的意思是将线传感器所检测到的物体作为拾取的子对象；而Attacher 连结的意思是将拾取的子对象作为释放的子对象。图 6-7 属性连接6.3.4 创建信号与连接在“信号和连接”选项卡中单击“添加 I/O signals ” , 首先

45、创建一个数字输入信号digrip ，用于控制夹具夹取、松开动作，置 1 为气缸充气夹取，置0为放气松开，属性如图6-8 所示。同理在创建一个数字输出信号dorelease ，用于反馈信号，置1 为气缸充气，置0 为气缸放气。6-8 创建信号接下来就开始建立信号连接，在“信号和连接”选项卡中单击“添加 I/OConnection ”依次添加几个 I/O 连接。开启气缸动作信号digrip 触发传感器开始执行检测，如图6-9 所示：图 6-9 信号连接当传感器检测到物体之后触发拾取动作执行时，设置信号连接为 LineSensor_SensorOut_Attacher_Execute ； 然后利用非

46、门的中间连接，实现的是当气缸放气后触发松开动作执行，其信号连接设置为 MyNewTool_digrip_LogiGateNOT_InputALogiGateNOT_Output_Detac her_Excute ；当夹取动作完成后触发置位/复位组件执行“置位”动作，其信号连接设置为Attacher_Executed_LogicSRLatch_Set ； 当松开动作完成后触发置位 /复 位组 件 执 行 “ 复 位 ” 动 作 时 ， 其 信 号 连 接 设 置 为Detacher_Executed_LogicSRLatch_Reset ； 置位 / 复位组件的动作触发气缸反馈信号置位/ 复位动

47、作，实现的最终效果为当夹取动作完成后dorelease 置 1，当 夹 爪 松 开 后 doqigang 置 0 ， 其 信 号 连 接 为 LogicSRLatch_Output_MyNewTool_dorelease ；6.3.5 工作站逻辑I/O 信号设定在本工作站中，机器人的程序以及I/O 信号已经提前设定完成，我们无需再做编辑。 通过前面的任务，我们已经基本设定完成Smart 组件的动态效果，接下来需要设定smart 组件与机器人端的信号通信，从而完成整个工作站的仿真动画。工作站逻辑设定即：将smart 组件的输入/输出信号与机器人端的输入输出信号作一个关联。Smart 组件的输出信号作为机器人端的输入信号，机器人端的输出信号作为smart 组件的输入信号，此处就可以将smart 组件当做一个与机器人进行 I/O 通信的 plc 来看待。首先对机器人进行I/O 信号设定，在“控制器”功能选项卡下，单击“配置编辑器”选择“I/O system”双击“ signal ”定义两个 I/O 信号，如表6.1 所示：表 6.1I/O 信号说明NameTypeofSigna l作用DireleaseDigitalInput数字输入信号，作气缸反馈信号DogripDigitalOutput数字输出信号，用作控制气缸动作然后设定