基于AB PLC与FANUC机器人的自动校验涂胶系统 毕业设计

第一章绪论1.1课题背景近年来，随着全球汽车生产向着多品种、小批量方向发展，工业机器人在汽车工业中的应用越来越普遍。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。随着社会的发展和科学技术的进步，人类对降低劳动强度，提高生产精度的要求也越来越高，相应的自动化在工业生产中的应用也越来越广泛，对自动化也提出了更高的要求。工业机器人对提高产品质量和生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。近20年来，由于计算机技术和大规模集成电路制造技术的飞速发展，使得工业机器人技术也有了长足的进展，不但外形体积和价格大为下降，而且机器人的性能和工作可靠性也有极大提高，特别适合于多品种、变批量的柔性化生产。使得工业机器人在汽车制造业中得到广泛应用。在汽车工业中，其主要应用领域包括：1）汽车装配作业及液体物质的填充2）点焊作业3）涂胶作业4）喷漆作业在汽车制造领域，风挡玻璃涂胶系统是一项关键技术，因为胶型的好坏直接影响玻璃的密封性，对提高生产效率和制造质量起着举足轻重的作用。风挡玻璃涂胶系统，具有人工无法比拟的优势，它行动灵巧，可以将玻璃的尺寸误差沿玻璃周边均匀分布，确保胶型沿玻璃周边涂布的均匀性，而且精度极高，可以对玻璃自动识别、自动拾取、一次性自动对中，大大提高了生产的效率和精度。机器人在汽车风挡玻璃涂胶系统中的应用使得涂胶质量大为提高，极大地降低了风挡玻璃漏水的可能，提高了汽车的整体质量。整理为word格式整理为word格式整理为word格式2002年上海通用东岳汽车有限公司采用首钢莫托曼机器人有限公司的输送线式汽车风挡玻璃机器人涂胶系统，后来随着生产线速的不断提高，为了保证生产效率和质量的同步提高，更换为上海FANUC机器人进行涂胶。近期由于公司将要推出新车型，现有的机器人涂胶系统不足以满足加入新车型后生产能力的要求，因此需要建立新的涂胶系统。该系统便是根据实际车型要求，在原有的涂胶系统设计的基础上进行改进设计，以满足新车型的需要并提高生产效率和制造质量。1.2国内外研究现状近年来，我国的汽车工业发展迅速，各种款式的轿车层出不穷，这就迫切需要生产能尽可能地满足柔性化生产的要求。由于轿车风挡玻璃的质量直接影响汽车的使用、用户满意度和企业形象等诸多因素，因此，轿车风挡玻璃涂胶系统便显得十分重要。发达国家在轿车风挡玻璃的涂胶作业上,均采用各种类型不同的自动化作业设备和生产线，而国内生产中,有些厂家还采用人工涂胶或自动化程度很低的涂胶设备，这与激烈的市场竞争和快速发展的科技水平很不相符，所以，采用自动涂胶系统在汽车生产中将是一种必然的趋势。1998年之前，国内汽车厂家的机器人涂胶系统均为随整条汽车生产线从国外引进。但随着国内生产线的技术改造要求，对风挡玻璃自动涂胶系统的需求也不断增加，1999年首钢莫托曼机器人有限公司研制开发了国内第一套机器人汽车风挡玻璃涂胶系统，并成功地应用于哈飞汽车制造有限公司，开创了国内自主机器人涂胶系统研制成功的先河。目前，国内自动涂胶系统的应用实例中，根据胶枪安装方式划分主要有两种。一种是玻璃定位后，以机器人握胶枪对玻璃进行涂胶的方式；另一种是将胶枪固定，机器人抓持玻璃进行涂胶的方式。首钢莫托曼机器人有限公司研制的涂胶机器人采用的便是第一种方式，涂完胶后由传送带将玻璃送走，已在哈飞汽车、广州本田、昌河汽车、重庆长安等汽车制造厂得到广泛应用。采用第二种涂胶方式的机器人如上海FANUC的，已在上海通用、上海大众、一汽大众等汽车制造厂得到广泛应用。整理为word格式整理为word格式整理为word格式从近几年汽车风挡玻璃涂胶系统的发展来看，自动涂胶的趋势已不容质疑，并且不断向着更高精度、更高自动化水平的方向发展，向着更多使用国产系统的方向发展，从这也能看出我国的自动化制造水平与发达国家的差距正在逐渐缩小。上海通用东岳汽车有限公司采用的是第二种方式，将胶枪固定，机器人抓持玻璃进行涂胶。第二章涂胶系统简介整理为word格式整理为word格式整理为word格式2.1系统组成该系统主要由控制系统、机器人、供胶系统、旋转台和翻转台等组成。控制系统主要由Logix5555、HMI、EtherNet及DeviceNet组成，完成数据的传递处理，控制整个系统；机器人负责从旋转台上抓取玻璃进行涂胶，涂完胶后将玻璃放到旋转台上，主要是利用了机器人能精确快速移动的特点；供胶系统主要负责供胶，根据控制信号实时改变胶量的大小；旋转台主要任务是放上玻璃后夹紧玻璃，根据玻璃形状和大小判断出玻璃类型后旋转，让待涂胶玻璃面向机器人，等待机器人抓取玻璃；翻转台主要是接收涂完胶的玻璃，然后翻转玻璃面向操作人员，等待人工取走玻璃。2.2工作原理操作人员将预处理好的风挡玻璃放到旋转台上，放好玻璃后按一下确认按钮，旋转台上的对中装置便将玻璃对中夹紧，夹紧之后通过玻璃的形状大小对玻璃进行识别，若识别不出，便重新夹紧识别，若再次识别不出便产生报警信号，一旦识别出玻璃型号，便将车型信息传送到主控制柜，主控器通过以太网将车型信息传给机器人，机器人按照传送过来的车型信息，选择相应需要执行的涂胶程序。在此期间，旋转台旋转180°面向机器人，等待机器人抓取玻璃。机器人通过自带的6个真空吸盘，吸取玻璃。如果6个吸盘真空值达到，则将对中装置打开，机器人抓取玻璃，走到涂胶位置后对准涂胶枪头，并将涂胶设备枪阀打开，根据不同玻璃型号、大小，选择相应的程序，控制涂胶轨迹和胶量，进行涂胶。涂胶完毕后将玻璃放到翻转台上，翻转台上的6个吸盘便吸住玻璃，同时机器人回到原点，然后翻转台翻转等待操作人员取玻璃。操作人员取完玻璃走出光栅区域后，翻转台翻转回原点，等待下一次玻璃的到来。然后，循环往复。2.3DeviceNet2.3.1DeviceNet简介DeviceNet是一种基于CAN（ControllerAreaNetwork）技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络，1994年由美国Rockwell公司开发应用。DeviceNet使用生产者/消费者（Producer/Consumer）通信模式，允许网络上的所有节点同时存取同一源数据，网络通信效率更高；采用多信道广播信息发送方式，各个消费者可在同一时间接收到生产者所发送的数据，网络利用率更高。整理为word格式整理为word格式整理为word格式DeviceNet每个网络最大节点数是64个，干线长度为100～500m，可用的通讯波特率分别为125kbps、250kbps和500kbps三种。设备可由DeviceNet总线供电（最大总电流8A）或使用独立电源供电。DeviceNet网络电缆传送网络通讯信号，并可以给网络设备供电。宽范围的应用导致规定了不同规格的电缆：粗电缆、细电缆和扁平电缆，以适用于各种工业环境。DeviceNet是一种低成本的通信连接，它将工业设备连接到网络，减少了配线和安装工业设备的时间和成本。直接互连性在改善设备间通讯的同时，提供了相当重要的设备级诊断功能，可以通过主单元的指示灯和数码管对常见的设备故障给出提示。线路的故障和通信电源的故障，也可以由主单元自动地进行检测，并且会给出提示或报警，从而可以判断故障，进行及时处理，这是通过硬接线I/O接口难以实现的。另外，DeviceNet提供了多个复杂设备间的互连性及不同供货商的同类部件间的可互换性：来自不同的厂家设备，只要按照DeviceNet的标准，即可进行互换，使用户不必局限于同一个供货商的产品，给用户带来了更多的灵活性。2.3.2DeviceNet在系统中的功能1)传输光栅信号，确保作业人员的安全。2)在旋转台/翻转台上，通过占位开关，感应玻璃放置与否。3)传递PLC控制信号，控制阀导，令对中装置夹紧玻璃。4)在转台的对中装置上，传递10个玻璃识别开关的判断信号到PLC，通知PLC当前玻璃类型。图2.1玻璃类型识别开关玻璃识别开关位于对中装置的两侧，每侧5个，根据不同玻璃的大小触发相应的开关，实现识别玻璃类型的作用。整理为word格式整理为word格式整理为word格式5)传输PLC控制信号，控制旋转台转向玻璃待取点。6)传输PLC控制信号，控制真空发生器对打开吸盘阀门，并监控吸盘真空度是否达到设定值。7)传输机器人的控制信号，控制涂胶枪头，实现对玻璃的涂胶。8)通过控制空气压盘，将玻璃胶输送到伺服控制器，机器人会根据不同的车型，将不同的涂胶量信号送到变频器，通过变频器控制伺服控制器，达到控制涂胶量大小的目的。2.4EtherNet2.4.1EtherNet简介EtherNet即以太网，是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网（10Mbps）、快速以太网（100Mbps）、千兆以太网（1000Mbps）和10G以太网，它们都符合IEEE802.3系列标准。以太网主要有两种传输介质，那就是双绞线和同轴电缆。一般情况下，EtherNet用连线或电缆将计算机和外围设备连接起来，使它们之间可以相互通讯。用于网络的实际连线称为网络“媒介”。除物理媒介之外，所有EtherNet网络支持都提供复杂的数据传输和网络管理功能。本设计采用传输控制协议/网际协议（TCP/IP），用于网络内部或网际间的通信。2.4.2EtherNet在系统中的功能在该系统中，主控PLCLogix5555与HMI和机器人之间的连接是通过EtherNet实现的。凡是具有记忆性内存模块的设备(如HMI和机器人)，在进行通信连接时，要求使用EtherNet。这种类型的通讯连接是GM经过对设备通讯的安全级别和稳定性方面综合评估考虑后制定的，在全球各个GM的制造工厂均采用这种标准化的通讯方式，即所谓的GM北美标准。运用EtherNet的优点在于：增加系统功能，将系统控制细化，点面结合。HMI能够如实记录系统运行的情况，如故障记录，现场设备的运行状态，相邻设备的运行情况，以太网的链接情况以及暗灯系统的指令控制等。2.5供胶系统2.5.1供胶系统的组成供胶系统主要由5部分组成：空气压盘、加热器、伺服控制器、伺服电机、中间继电器。整理为word格式整理为word格式整理为word格式2.5.2供胶系统各部分的功能1）空气压盘：给胶桶加压，使胶从胶桶沿管路流出，为系统供胶。2）加热器：通过不同的加热器给玻璃胶进行加热，防止由于温度低而造成玻璃胶过于稠密，给涂胶带来困难。3）伺服控制器：通过控制伺服电机准确无误地控制出胶量。4）伺服电机：作为执行机构控制出胶量。5）中间继电器：通过中间继电器完成对伺服电机的控制，对机器人枪阀启动、停止的控制，对各项加热器的控制。中间继电器相当于控制的纽带，完成对各种元器件的控制。2.6FANUC机器人采用FANUC系统不仅因为其高质量、高性能、全功能。还因为以下特点：设计中大量采用模块化结构，易于拆装，控制板高度集成，可靠性大大提高，而且便于维修、更换。具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为0～45℃，相对湿度为75℃。有较完善的保护措施。FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令，增加了编程的灵活性。具有很强的DNC功能。系统提供串行RS232C传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便。可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。提供丰富的维修报警和诊断功能。FANCE维修为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类。下面对机器人设备做一简单介绍：图2.2转台图2.3机器人上自带真空吸盘整理为word格式整理为word格式整理为word格式图2.4涂胶枪头图2.5翻转台图2.6机器人及控制柜图2.7机器人控制俯视图机器人是涂胶系统最为重要的组成部分，通过示教器精确地控制机器人的运动轨迹，达到人工无法实现的速度和精度。而且该机器人具有高性能碰撞检测机能，无须外加传感器，大大降低了因碰撞而造成的损害程度。注意：FANUC机器人和其它设备有很大的不同，不同点在于机器人可以以很高的速度移动很大的距离。2.7人机界面（HMI）HMI是HumanMachineInterface的缩写，人机界面又称用户界面或使用者界面，是系统和用户之间进行交流和信息交换的媒介，整理为word格式整理为word格式整理为word格式它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。2.7.1人机界面的定义连接可编程序控制器（PLC）、变频器、直流变频器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交换的数字设备，如图2.8所示。输出输入输入人机输出信息接受控制控制器人的决策机器本体显示器图2.8人机界面2.7.2人机界面在系统中的功能1）连接Logix5555和机器人，监控设备的工作状态。2）数据、文字的输入操作。3）生产配方存储，设备生产数据记录。4）简单的逻辑和数值运算。5）指示灯报警。第三章PLC简介3.1plc的基本概念20世纪60年代，计算机技术应用于工业控制。但由于计算机技术本身的复杂性，编程难度大等原因未能在工业控制中广泛使用。1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车制造公司（GM）,以适应汽车型号的不断更新，试图寻找一种新型的工业控制器，以尽可能的减少重新设计和更换控制系统的硬件及接线，减少时间降低成本。1969年美国数字设备公司（GEC）首先研制成功第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，从而开创了工业控制的新局面。可编程控制器经过发展完善，现已形成通用的、可编写程序的、专用于工业控制的计算机自动控制设备，并拥有编程简单使用方便，可靠性强，通用性强，体积小，维护方便，缩短了设计、施工投产调试的周期，功能非常齐全的特点。整理为word格式整理为word格式整理为word格式现在的可编程控制器还有强大的网络功能，可以通过各种通信接口将数据直接传送到上位机，以实现上位机的数据采集和监控。美国Rockwell的PLC可以组成如以太网（EntherNet）,控制网（ControlNet）,设备网（DeviceNet）及传统的DH+网，DH485，远程I/O等网络，大大加强了在工业企业中的广泛应用。3.2PLC的特点编程简单，使用方便。控制系统构成简单，通用性强。抗干扰能力强，可靠性高。体积小，维护方便。缩短了设计、施工、投产调试的周期。PLC功能齐全。具有逻辑控制、顺序控制、信号、数据处理等功能。3.3PLCI/O模块的选择步骤与原则PLC的I/O模块有开关量I/O模块、模拟量I/O模块及各种特殊功能模块等。不同的I/O模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。3.3.1开关量I/O模块的选择1、开关量输入模块的选择开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为PLC内部接受的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：1）输入信号的类型及电压等级开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流/直流输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。整理为word格式整理为word格式整理为word格式开关量输入模块的输入信号的电压等级有：直流5V、12V、24V、48V、60V等；交流110V、220V等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般5V、12V、24V用于传输距离较近场合，如5V输入模块最远不得超过10米。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。2）输入接线方式开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式，开关量输入模块的接线方式分为汇点式输入和分组式输入汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式的。3）注意同时接通的输入点数量对于选用高密度的输入模块(如32点、48点等)，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60％。4）输入门槛电平为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远。2、开关量输出模块的选择开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：1）输出方式开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1HZ）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。2）输出接线方式整理为word格式整理为word格式整理为word格式开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式，开关量输出模块的接线方式分为分组式输出和分隔式输出。分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。3）驱动能力开关量输出模块的输出电流(驱动能力)必须大于PLC外接输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。4）注意同时接通的输出点数量选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个220V/2A的8点输出模块，每个输出点可承受2A的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16A(8×2A)，通常要比此值小得多。一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60％。5)输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。另外，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。3.3.2模拟量I/O模块的选择模拟量I/O模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。模拟量输入（A/D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟量输出(D/A)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。典型模拟量I/O模块的量程为-10V～+10V、0～+10V、4～20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如RTD、热电偶等信号）。整理为word格式整理为word格式整理为word格式3.3.3特殊功能模块的选择目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I/O模块，有的还推出了自带CPU的智能型I/O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。3.4PLC的基本结构接口部件输出输入接口部件中央处理器接受现场信号驱动受控元件存储器电源图3.1PLC的基本结构图3.5PLC编程语言梯形图这是PLC厂家采用最多的编程语言，最初是由继电器控制图演变过来的，比较简单。顺序功能图它提供了总的结构，并与状态定位处理相互协调。功能块图它提供了一个有效的开发环境，并且特别适用于过程控制应用。指令表它为优化编程性能提供了一个环境，与汇编语言非常相似。梯形图编程语言直观易懂。本设计采用此语言。开始3.6PLC控制系统设计分析控制要求绘制流程图现场施工连线设计安装控制柜分析I/O点确定用户I/O设备PLC硬件系统配置整理为word格式整理为word格式整理为word格式设计梯形图修改程序程序输入PLC软件测试测试正常N整体测试NYN是否满足要求编制技术文件交付使用图3.2PLC控制系统设计第四章系统设计在工业生产中安全是第一位的，在该系统设计中要重点注意的是安全及互锁问题。玻璃是人工放到旋转台上的，并且人工从翻转台上取下玻璃，在操作人员靠近旋转台时，旋转台不能旋转，以防伤到操作人员；同样，在操作人员从翻转台上取玻璃时翻转台不能动作，同时，机器人也不能进入翻转台区域放玻璃，防止翻转台翻转时或机器人持玻璃进入翻转台区域时伤到操作人员，这便要求有一定的安全措施。在旋转台和翻转台工作时，机器人是不允许靠近旋转台或翻转台的，这便要求有一定的互锁措施。4.1系统工作流程因为涂胶系统十分复杂，所以首先应设计该系统的主要控制流程图。该涂胶系统的工作流程如下图整理为word格式整理为word格式整理为word格式4.1所示。电机准备等待J面是否有玻璃N确认车型旋转台旋转向机器人Y机器人抓取玻璃喷胶将玻璃放置在翻转台F面处翻转台翻转结束图4.1系统工作流程图4.2PLC的选择及相关配置4.2.1PLC的选取所有的PLC类的设备按操作性可分为三类:一是基于机架或地址的系统；二是标签类系统；三是软PLC或是基于PC的控制。为了符合通用汽车的统一标准，采用AB公司的PLC，选择Logix5555作为主控制器。4.2.2Logix5555处理器的特点1）模块化、可扩展的结构。2）多处理器可以共享公共输入数据。3）多优先级多任务操作系统。4）高度集成的运动控制能力。5）丰富的指令集，其中包括文件处理、顺序器、诊断、移位寄存器、程序控制和运动控制指令。整理为word格式整理为word格式整理为word格式6）所有高级运动命令的执行以及运动轨迹规划功能都能在处理器上实现。7）可实现预定的I/O数据传送。8）任意组合时最多可提供128000个I/O（最大4000个模拟量I/O）。9）本地I/O（1756-I/O模块）。10）普通的RemoteI/O（1746-，1771-，1793-，1794-，1797-I/O模块以及1791-I/O模块）。11）DeviceNetI/O（1793-I/O、1794-I/O、1797-I/O模块以及1792-I/O模块）ControlNetI/O（1756-I/O模块）。4.2.3I/O分配本次模拟设计中有22个输入，14个输出，因为每个I/O模块有32个输入或输出口，因此采用一个数字量输入模块DCinput1756-IB16,一个数字量输出模块DCoutput1756-OB16E，一个以太网模块1756ENET/B，因为条件有限，不能进行实际程序的调试，只能模拟，通过网线实现计算机与PLC的连接。所选用的PLC系统为标签类系统，对于标签型系统，在控制程序的设计中，输入和输出是用变量来表示，随后这些变量会被分配到相应的输入输出端子。元件I/O分配表4.1如下所示：表4.1I/O分配表输入输出符号功能符号功能Local4:I.Date.0确认玻璃放置按钮Local5:O.Date.0夹具夹紧Local4:I.Date.1急停按钮Local5:O.Date.0夹具松开Local4:I.Date.2光栅检测Local4:I.Date.3J处玻璃传感器Local4:I.Date.4K处玻璃传感器Local4:I.Date.5机器人位置J检测Local4:I.Date.6车型1接近开关Local4:I.Date.7车型2接近开关整理为word格式整理为word格式整理为word格式Local4:I.Date.8车型3接近开关Local4:I.Date.9机器人位置D检测Local4:I.Date.10对中夹紧确认Local4:I.Date.11机器人吸盘Local4:I.Date.13机器人C处检测Local5:O.Date.3机器人取玻璃Local4:I.Date.14机器人D处检测Local5:O.Date.4机器人吸盘吸气Local4:I.Date.15机器人B处检测Local5:O.Date.5机器人运动到B处Local4:I.Date.16机器人A处检测Local5:O.Date.6机器人运动到A处Local4:I.Date.17翻转台F处检测Local5:O.Date.7夹具松开Local4:I.Date.18翻转台玻璃检测Local5:O.Date.8机器人放玻璃Local5:O.Date.9机器人回到HOME点Local4:I.Date.20枪头A处检测Local5:O.Date.10枪头低头Local4:I.Date.21枪头I处检测Local5:O.Date.11空气泵工作Local5:O.Date.12枪头抬头Local4:I.Date.22机器人不在E处检测Local5:O.Date.13翻转台转向G处Local4:I.Date.23翻转确认按钮Local5:O.Date.14翻转台转向F处4.3控制线路设计4.3.1设备布局按照玻璃涂胶的路径，系统设备的布置从右到左依次为旋转台、机器人、涂胶枪头装置（在机器人对面）、翻转台。机器人后面是主控制柜，内有ABPLCLogix5555，通过EtherNet与HMI、机器人进行通信。涂胶枪头装置在机器人对面，主控器和机器人通过DeviceNet对涂胶枪头装置进行控制，通过变频器控制电机来控制胶量大小。旋转台和翻转台通过DeviceNet与主控器Logix5555相连接。整理为word格式整理为word格式整理为word格式图4.2系统硬件结构图1）机器人:抓取玻璃并持玻璃移动涂胶。2）旋转台（包括对中装置）：放上玻璃夹紧后转向机器人。3）涂胶枪头装置：喷胶和清洗胶枪头。4）翻转台：被机器人放上玻璃后翻转面向操作人员。5）主控制柜：各种各样的控制设备，包括Logix5555和各种继电器。6）机器人控制柜:机器人的控制设备。7）供胶空气马达：给胶桶加压，使胶从胶桶沿管路流出。8）供胶系统控制柜：控制胶量的大小，包括PowerFlex700变频器。9）齿轮泵：提供空气动力，如真空吸盘负压的产生。10）HMI监控系统：运行状态监控和系统控制。11）操作台：一些基本的操作按钮，如急停、确认等。12）安全操作门：只要安全操作门打开，系统便停止工作。13）真空吸盘标定设置：用于标定机器人头部的6个真空吸盘的位置。14）光栅：起安全作用，只要光栅检测到障碍物，机器人便不会进入光栅区域，相对应的旋转台或翻转台不动作。4.3.2电控网络整个系统的设备控制网络主要由EtherNet和DeviceNet以及硬接线组成。网络结构如下图4.3所示：FANUC机器人HMI供胶系统ABPLC远程I/O急停远程I/O翻转台翻转台电动机翻转台处光栅旋转台电动机旋转台处光栅旋转台整理为word格式整理为word格式整理为word格式以太网DeviceNet硬接线图4.3电控网络布置图ABPLC基于DeviceNet网络，通过硬接线控制现场所有的I/0信号，完成PLC和所有终端设备之间的数据通讯和指令传输。HMI通过EtherNet与主控器和机器人进行通讯，完成对涂胶系统的可视化操控，同时用于报警信息的显示等。FANUC机器人与供胶系统通过DeviceNet相连接，可以用机器人自带的示教器对胶量的大小进行控制。光栅和翻转台则直接连接到远程I/O上，然后通过分接器连到DeviceNet，再到ABPLCLogix5555。旋转台、翻转台与远程I/O通过DeviceNet连接，是因为旋转台上还有阀组和占位开关、限位开关等，需要的I/O点比较多且较为分散，需继续用DeviceNet传输信号。FANUC机器人头部带有真空吸盘、真空发生器、真空值实时显示器等，需要用主PLC控制，而主PLC离机器人的距离不是很远，故选择直接从PLCI/O模块连线到机器人上的某些设备。供胶系统的部分设备，例如供胶系统中驱动空气压盘电机的变频器在主控柜中，可以采用硬线直接连接。4.3.3控制柜设计1、发热量最大的器件放在控制柜的上部。一般控制柜内的变频器的发热量最大，为确保冷却风道畅通，对于非水冷却的变频器，如果需要在临近并排安装两台或多台时，安装空间除按使用说明书要求之外，变频器之间要留有足够的距离。如果竖排安装时，两个变频器之间加隔板以增加上部调速器的散热效果。控制柜所处的位置要便于变频器的定期维护。2、易损部件下方不能放置控制器件。对于易损部件如接触器、快速熔断器等元件的下方不能放置PLC、变频器之类的控制器件。避免这些易损部件的零件，掉入控制器内部，使得故障范围加大。3、发热量较小并且重量最大的器件放在控制柜的下部。像电抗器这类器件，重量大、发热量又相对比较小，所以一般放置在控制柜的下部。4.4主要设备程序流程4.4.1旋转台控制程序流程旋转台流程图如下图4.4所示，分为A面和B面，两个面的结构相同，以A面作介绍。整理为word格式整理为word格式整理为word格式A面上有5个占位开关，用于检测有没有玻璃放到旋转台上以及玻璃的大小；当玻璃被放到旋转台上后，占位开关被压下，通过被压下的占位开关便可以判断玻璃的大小和类型（只能判断是前后风挡玻璃还是三角窗玻璃，因为三角窗玻璃比较小，压不到图4.5中的（1）号占位开关）。对中装置两边有夹臂，用来夹紧玻璃，由阀导驱动，实现夹紧和松开。当放好玻璃按下确认按钮后，对中装置便夹紧玻璃，然后根据对中装置压下的玻璃识别开关判断出玻璃的类型，并将玻璃类型信号通过DeviceNet传送给PLC，玻璃类型判断完成之后，若旋转台光栅区域没有障碍物，旋转台便逆时针旋转，达到180°时，旋转台下面的接近开关被触发，旋转台便停止旋转，此时旋转台A面面向机器人，等待机器人过来取玻璃。旋转台旋转到位后，通过DeviceNet将信号传送给Logix5555，Logix5555再通过Ethernet将信号传给机器人，通知机器人可以取玻璃了。旋转台的工作流程如图4.4所示。电机准备J面有无玻璃YN光栅处安全否？YN给出旋转信号YN夹紧并输送车型机器人处于安全位置？Y等待N整理为word格式整理为word格式整理为word格式旋转台旋转图4.4旋转台流程图图4.5中标号（9）是一排光栅，在下图旋转台的左边旋转台旋转能碰到的地方设置了一个光栅区域，该光栅区域主要起安全保护的作用，当操作人员持预处理好的玻璃，进入光栅区域，此时光栅感应到障碍物，将信号送到PLC，PLC将不允许机器人进入光栅区域和旋转台动作，以防止误伤操作人员。如果机器人正在旋转台区域运动，一旦光栅区域检测到障碍物，机器人便立即停止动作，避免造成进入光栅区域人员的伤害。3752641图4.5旋转台1）占位开关：检测前后风挡玻璃。2）占位开关：检测大三角窗。3）占位开关：检测小三角窗。4）对中装置上的夹臂：用于夹紧玻璃。5）玻璃识别开关：判断玻璃的类型。6）阀导：驱动对中装置上的夹臂。整理为word格式整理为word格式整理为word格式7）光栅：障碍物的检测。注意：从外面进入旋转台和翻转台区域时光栅起到保护作用，但如果有人进入机器人工作区域，外面的光栅将不会起到保护作用。因此在机器人的两边也设置光栅区域，当机器人工作时，如果出现突发事件导致有人进入到了机器人工作区域，这时内部光栅便会检测到障碍物，机器人便停止运动，防止造成人员伤害。不过在调试机器人运动轨迹时，保证机器人不会进入内部光栅区域，以防误检测。控制程序如下所示：整理为word格式整理为word格式整理为word格式整理为word格式整理为word格式整理为word格式4.4.2ROBOT控制程序流程机器人在该系统中的主要工作是从旋转台上抓取玻璃后涂胶，涂胶完成后将玻璃放到翻转台上，然后返回原点，等待下一次抓取玻璃。主要是利用了机器人高精度、高速度、高可靠性的特点，其工作流程如下图4.6所示。机器位于HOME处旋转台已夹紧？NK面有玻璃？YNY抓取玻璃Y运动到B处并喷胶Y运动到A处等待翻转台是否准备好？YNY放玻璃机器人运动到HOME点图4.6机器人流程图132如图4.7所示，机器人上共有6个真空吸盘，每个吸盘最大可承载8.8kg的重量，整理为word格式整理为word格式整理为word格式6个吸盘最大可承载52.8kg。当旋转台上的玻璃准备好后，机器人便去抓取玻璃，当吸盘接触玻璃时，ABPLCLogix5555控制真空发生器打开阀门，真空吸盘内产生负压，开始吸取玻璃，真空值实时显示器实时显示6个真空吸盘的真空度，且每个真空吸盘都有一个指示灯与之对应，真空度达到设定值时指示灯便亮，当6个真空吸盘都达到设定真空值-6.0时，6个真空吸盘真空度指示灯全亮，此时吸盘将玻璃牢固的吸住，对中装置的夹臂便松开玻璃，机器人吸着玻璃走到涂胶枪头前进行涂胶，涂胶轨迹、速度与胶量大小的配合是根据玻璃类型确定的。在ABPLCLogix5555收到对中装置送来的玻璃类型信号后，通过EtherNet通知机器人，在涂胶的时候，机器人只要调用相应的程序即可。图4.7机器人和涂胶枪头装置1）机器人2）涂胶枪头装置3）真空吸盘控制程序如下所示整理为word格式整理为word格式整理为word格式4.4.3喷胶头控制程序流程涂胶枪头装置主要任务是涂胶，但玻璃胶很容易变干凝固，一旦凝固在枪头上，便不容易清除，给下次涂胶带来麻烦，因此每次涂胶完成后都要清洗枪头。涂胶枪头的工作流程如下图整理为word格式整理为word格式整理为word格式4.8所示。胶头准备ROBOT运动到B点？机器人运动到HOME点低头吹风喷胶车型信号确认NYNY图4.8胶枪流程图控制程序如下所示：喷胶：整理为word格式整理为word格式整理为word格式喷胶过程：4.4.4翻转台控制程序流程翻转台的主要任务是在机器人将涂完胶的玻璃放到翻转台上后翻转，使玻璃面向操作人员，待操作人员取走玻璃后再翻转回原点，等待下一次机器人将玻璃放上。翻转台的工作流程如图整理为word格式整理为word格式整理为word格式4.9所示。翻转台位于HOME处并无玻璃玻璃放上翻转台NROBOT处于安全位置NY光栅处无人位置YY等待翻转到G处ROBOT处于安全位置YN光栅处无人YN翻转台运动到F点图4.9翻转台流程图翻转台上有4个真空吸盘和4个占位开关，它们一一对应，在机器人将玻璃放到翻转台上时，玻璃压动占位开关，哪个占位开关被压下，相对应的真空吸盘便打开，去吸住玻璃，当放上的玻璃是前后风挡玻璃时4个吸盘都打开，是三角窗玻璃时只打开上方的2个真空吸盘。在真空吸盘的真空度达到设定值之后，翻转台便向前翻转，使玻璃面向操作人员，等待操作人员用手动吸盘抓取玻璃。整理为word格式整理为word格式整理为word格式翻转台下面有左右两个脚踏开关，控制翻转台上真空吸盘的放气。玻璃也是由两个操作人员抓取，因为玻璃比较大，如果让一个人抓取，劳动强度会比较大，也不易操作，而且易碰到涂好的胶型，严重时会造成风挡玻璃的漏水现象。而设置两个脚踏开关的原因是如果只有一个脚踏开关，控制脚踏开关的操作人员准备好，而另一个操作人员没准备好，这时一旦踩下脚踏开关，就有可能因为一边的操作人员没抓住玻璃而让玻璃滑到地上，造成不必要的损失。操作人员拿走玻璃后按一下确认按钮，如果翻转台区域的光栅没有检测到障碍物，则翻转台后翻回原点，等待机器人下次放玻璃。翻转台区域的光栅也是起保护操作人员的作用的。当翻转台区域的光栅检测到障碍物时，翻转台不会动作，同时禁止机器人进入翻转台区域，如果机器人已经进入翻转台区域，则机器人停止运动，进入静止状态。控制程序如下所示：4.5软硬件的连接该系统采用AB公司的Logix5555作为控制器，以RSlogix5000作为编程软件，通过RSLinx配置驱动器设置参数，实现Logix5555控制器与各种RockwellSoftware及AB应用软件建立通信联系，更改计算机IP地址为以太网连接的地址，便能实现网线的连接。计算机IP地址的设置如下图4.10所示。整理为word格式整理为word格式整理为word格式在程序编写完成并配置好驱动程序将要下载工程的时候，控制器必须处于编程或者远程编程的状态（通过旋转处理器上的钥匙来选择控制器处于Run、Rem还是Test，处于Run和Test的时候不能下载工程）。下载完成后，工程的控制器状态栏便处于在线状态，显示控制器的状态信息。图4.10计算机IP地址设置软件RSLinx在硬件设备连接完毕后，设置RSLogix5000与PLC的通讯，工具栏第二个用于显示通讯时网络上所有有用的/活动的站点，第三个用于设置RSLinx与处理器之间的通信格式。如下图所示。图4.11计算机软硬件的连接第五章系统调试过程中遇到的问题及解决5.1胶型的调试在此系统中，胶型的调试似乎是最简单但又最麻烦一件事情。机器人是六轴联动的，其运行轨迹用示教器便可以方便控制，但需要一步一步的调试，需要做大量的工作。运动轨迹调好之后便是胶量大小的调试，用示教器很方便设定，但是胶量的大小与速度的配合便成了最大的困难，需要丰富的经验，在调试过程中，也会出现一些意想不到的问题。整理为word格式整理为word格式整理为word格式最近在涂胶的时候，胶型总是断断续续的，即使速度胶量设为定值也是不均匀。结果发现是因为胶枪抬头到位的接近传感器检测效果不佳，信号时有时无，造成了喷胶的断续，经过分析之后，因为已经有限位开关来判断胶枪是否抬头到位，所以把接近开关给屏蔽了，胶型断续的问题便消失了。问题分析：接近传感器的设置本来是为了防止胶枪没有抬头到位而出现喷胶的现象，目的是防止因胶枪头位置不对而将胶型涂坏，想法是好的，但实际效果并不是很好，甚至起到了负作用，只好在程序中将其屏蔽。有些情况，并不是防护措施越多越可靠，有时过多的防护措施反而会造成他们之间的相互影响而导致效果不佳，甚至出现意想不到的问题。因此，在防护措施的设计时不要过多。5.2机器人取玻璃与旋转台的互锁该系统中，在旋转台旋转的时候，机器人是不允许进入旋转台区域取玻璃的，要求他们之间有互锁。一次系统运行中，旋转台上放上玻璃正在旋转时，机器人却进入旋转台区域取玻璃，结果造成机器人撞到了旋转台上，玻璃当场损坏，机器人的六个真空吸盘也撞歪，需要重新标定。造成事故的主要原因是在修改程序的过程中，不经意间把机器人取玻璃与旋转台旋转的互锁程序给屏蔽了，所以造成了设备间的打架现象。问题分析：在控制系统中，互锁和自锁是经常遇到的，在程序修改时一定要注意这些互锁和自锁程序，修改完程序后一定要检查这些互锁和自锁程序是否被改变，以防出现重大事故。5.3夹臂夹紧不到位机器人抓取玻璃后突然停止动作，并且旋转台出现报警，导致系统运行处于报警暂停状态。问题分析：机器人报警是因为旋转台出现报警，导致机器人因条件保护而停止。旋转台出现报警，说明是旋转台出现了问题，结果发现气缸传动齿条固定螺栓松动卡在齿条与支架之间，导致夹紧动作不到位，所以出现了报警现象。调查发现，原螺栓是反向安装的，螺栓稍有松动便会串出卡住，因此要想问题以后不再出现，需要更换螺栓安装方向，并加装紧固螺母。整理为word格式整理为word格式整理为word格式总结针对我国汽车生产企业风挡玻璃的自动校验涂胶系统发展的现状，以及世界汽车生产企业风挡玻璃的自动校验涂胶系统的发展趋势，从经济性、适用性和合理性等角度出发，设计并实现了基于ABPLC与FANUC机器人的自动校验涂胶系统。本论文对风挡玻璃涂胶系统进行了初步的设计，主要内容如下：1）PLC的选取及配置。2）控制线路的设计。整理为word格式整理为word格式整理为word格式3）主要设备间线路的连接。4）机器人控制程序的设计。5）PLC程序的编写。6）计算机与PLC之间的通信连接。7）系统调试遇到的问题及解决。由于我们水平有限，加之时间仓促，本设计只是涂胶系统的初步设计，虽然不能应用于实际工业生产，但可以作为风挡玻璃涂胶系统设计的参考方案。该设计还需进一步的细化工作，等条件具备，一定对该涂胶系统进行具体实施改进。参考文献[1]薛迎成﹒罗克韦尔PLC技术基础及应用[M]﹒北京：中国电力出版社，2009﹒52[2]孙同景﹒PLC原理及工程应用[M]﹒北京：机械工业出版社，2008﹒36[3]张凤珊﹒电气控制及可编程控制器[M]﹒第2版.天津：中国轻工业出版社，2006﹒101[4]郗安民,刘颖,狄春良等.汽车玻璃涂胶机器人工作站RobotStationofSprayGlueforCarGlass[J]整理为word格式整理为word格式整理为word格式﹒机电产品开发与创新机器人技术与应用，2004,17(05):39～42[5]曹铁林，姜涛，郭志恒等.机器人在风挡玻璃涂胶系统中的成功应用[J]﹒机器人技术与应用，2006,(2):12～15[6]李天伟，刘仁学.汽车风挡玻璃机器人自动涂胶系统的设计[J]﹒南京工程学院学报(自然科学版)，2006,(04):23～27[7]曹利，姜涛，曾孔庚等.机器人风挡玻璃涂胶的成功应用范例[J]﹒机器人技术与应用，2001,(03):7～9[8]方谔声.汽车工业用粘合剂的现况及需求展望[J]﹒中国粘合剂，1990,(01):19～20[9]韩基先.现代制造“新壮丁”—记机器人汽车风挡玻璃涂胶系统[OL]﹒http://www.shougang.com.cn/shougangdaily/3874/2003-12-15_1517.html，2003-12-15[10]刘蕾;王健强;张克林;张天华.风挡玻璃机器人涂胶系统玻璃自动识别方法[P]﹒中国专利：CN200710025182.8，2007-07-10.[11]王健强,张克林,张天华,刘蕾,王淑旺.涂胶系统玻璃翻转机构[P]﹒中国专利：CN200720131862.3，2007-01-01.[12]陈根生.基于双目视觉的风挡玻璃智能涂装系统研究[D]﹒硕士学位论文.北京：中国科学院,2003[14]余雷声﹒电气控制与PLC应用[M]﹒北京：机械工业出版社，1996﹒64[15]　王慧锋，何衍庆．现场总线控制系统原理及应用[M]．北京：化学工业出版社，2005，9：1～70[16]　DeviceNet电缆系统：罗克韦尔自动化公司：9～14[17]Morse,MichaelS..Designingforelectricalsafetythatcanwithstandlegalscrutiny，2009，201:2～5[18]H.LandisFloydII.Thenoish“preventiontheoughdesign’initiativeappliedtoecectricalhazardsinconstruction,2008,147:3～6[19]　张浩，谭克勤，朱守云．现场总线与工业以太网络应用技术手册[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2005，5：179～198整理为word格式整理为word格式整理为word格式[20]　ControlLogix以太网模块用户手册：罗克韦尔自动化公司：19～22[21]　机器人培训教材：上海发那科机器人有限公司：6～9[22]　丁学文．电气控制与工程实习[M]．北京：机械工业出版社，2008，11：17～21[23]NiittymakiJ,KononenV,trafficsignalcontrollerbasedonfuzzylogic.Systems,Man,andCybernetics,IEEEInternationalConferenceon.2000.10(5).3578～3581[24]　陈在平．可编程序控制器（PLC）系统设计[M]．北京：电子工业出版社，2007，8：25～26[25]　林锦国．过程控制[M]．第2版．南京：东南大学出版社，2006，3：240～268[26]　Logix5550控制器使用手册：罗克韦尔自动化公司：15～26[27]　Logix5000控制器通用程序：罗克韦尔自动化公司：13～25[28]NiittymakiTrabiaB,KasekoS,Ande.Atwo-stagefuzzylogiccontrollerfortrafficsignals.TransportationResearchPartC.1999.7(3).353～367[29]Jee-HyongLee.Distributedandcooperativefuzzycontrollersfortrafficintersectionsgroup.IEEETransonSystemandCybernetics.1999.29(2).263～271附录(PLC控制程序)主程序:整理为word格式整理为word格式整理为word格式致谢在论文完成之际，谨向我的导师李世伟老师致以最诚挚的谢意。虽然本次毕业设计的大部分时间在我的实习单位度过,但在论文写作的过程中李世伟老师还是给予了很大帮助，特别是论文的最后定稿时期整理为word格式整理为word格式整理为word格式,李世伟老师逐字逐句的为我修改,倾注了老师大量的心血和辛苦。李世伟老师学识渊博、视野开阔、思维活跃、治学严谨、言传身教，使我明白了许多做人、做事的道理。他具有学者风范的做人原则永远是我学习的楷模。同时也非常感谢给我提供课题的上海通用东岳汽车有限公司。特别是给我指导的工程师--于磊。他们在我学习和工作上给予了极大的方便和帮助。为我们做设计创造了很多便利条件，遇到学习难题时，于工他们总能够给与我尽心尽力的指导，工程师们严谨的作风，踏实的处事方式，以及对工作的热爱和负责的态度都给我留下了深刻的印象，是我以后工作和学习的榜样。最后感谢和我并肩做设计的山东大学高宁、王立业同学，山东大学威海校区的王伏健、王曼同学,合肥工业大学刘晓龙同学。我们良好积极的合作态度，积极为对方着想意识，使我们建立了深厚的友谊，相信我们以后在工作中一定会做的更好。衷心感谢培养我成才的中北大学。衷心感谢所有关心，帮助过我的老师和同学们。衷心感谢参与此项目、为之奋斗的所有的人。友情提示：本资料代表个人观点，如有帮助请下载，谢谢您的浏览！整理为word格式整理为word格式整理为word格式