机器人点焊系统的应用

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文章介绍了机器人点焊系统，对其系统的总体设计、通信网络结构和软件设计作了详细的分析，机器人点焊系统在汽车行业的生产中已经广泛使用，实践证明本系统具有典型的代表性和实用性。

一、前言

现代汽车工业正值进入一个高发展时期，工业机器人在汽车业的应用也日益重要，通过使用机器人可以提高产品质量降低产品成本，因此机器人的系统集成在汽车厂的应用已经是一种趋势，它通过安全可靠灵活的PLC对机器人进行程序选择控制，再配以高速安全的通信网络来实现PLC之间、机器人之间的信息交换和共享，从而实现整个系统安全有效的运行。

二、系统总体设计

点焊机器人控制系统多应用于汽车生产厂焊装车间流水线上，完成汽车地板、侧围、顶盖等整个车外壳的拼装焊接过程。现代汽车厂的焊装车间流水线上已经大量的用工业机器人来取代人工点焊，甚至整条流水线全部由工业机器人取代。系统硬件主要是由工业机器人(R-2000iA型)、焊机、电极打磨器、水气供应系统、PLC(CJ1系列)、触摸屏(NS系列)、DEVICENET模块、ETHERNET总线、服务器等组成。

服务器是整条流水线生产数据的管理器，它管理包括日产量、当前产量、每个工位的车型信号等数据，然后传给PLC。R-2000iA系列机器人是最新一代重型有效负载和高性能的工业机器人。它代表在S-430i系列领先工业机器人的先进发展。在继承S-430i系列机器人的许多特性的同时，R-2000iA机器人在已证明的性能、可靠性、可维护性方面具有更高的使用价值。该机器人主要以系统R-J3iB智能机器人控制系统为特色，其运动范围和最大作用范围都能够达到点焊车体的要求。PLC是控制的核心，它控制机器人的程序选择，包括不同车型的点焊程序、电极帽打磨程序和更换电极帽程序等。CJ1系列PLC是小巧、高速且较为灵活的，其基本系统构成有供电单元、CPU单元、I/0控制单元、存储卡、ETHERNET模块和DEVICENET模块，它对整个系统的整合极为重要。触摸屏是一个操作和信息反馈的平台，NS系列触摸屏具有高分辨率、大容量象数据、兼容USB接口打印机、响应速度快、支持存储卡等特点。

机器人点焊系统框如1所示。系统由服务器通过ETHERNET将工位车型等信息传送至PLCA，PLCA再通过ControllerLink通信网络实现PLCA至PLCG之间的信息交换，每个PLC控制2-5个工位不等，通过软件程序的编制实现对流水线上线体、夹具等的电气控制。PLC又通过DeviceNet网络完成对机器人的程序选择和信息交换。每个PLC又通过RS-485串行通信与1-2个触摸屏通信，操作人员可在通过触摸屏操作不同的工位，检查不同工位的生产信息。

1点焊系统框

三、通信网络的结构

机器人点焊系统的通信网络分为三个层，分别是计算机层、控制器层和设备层。系统的计算机层网络是ETHERNET，PLCA通过CJIW-ETN21模块接入以太网，使用TCP/IP协议从服务器上获取需生产的车体的生产数据信息。系统的控制器层网络是ControllerLink网络，PLCA通过CJIW-CLK21模块接入下一极的ControllerLink网络，www.zr-robot.com，使PLCA至PLCG七个PLC之间可以传送信息。ControllerLink是OMRON提供的一种工厂自动化网络，是OMRON的主要的FA级别的网络。它可以在合适的PLC和各种微型计算机之间方便地、灵活地发送和接收大容量数据包，支持能共享数据的数据链接和在需要时发送和接收数据的信息服务，可得到高容量、柔性数据链接及高容量的数据传送，网络采用屏蔽双绞线电缆或光纤连接，最大传输距离随波特率而变，在采用两层中继器的情况下，波特率在500kbit/s时，传输距离可达3km，最大支持62个节点。ControllerLink网络是一种使用令牌总线通信的网络，这种总线型拓扑结构具有最大的灵活性，易于扩充和维护，满足系统可扩展性的需求。由于采用了分布式控制技术，可确保ControllerLink网络不会因某个站点故障而崩溃，KUKA机器人维修，提高了系统的稳定性。它使用CX-Programmer软件设置通信参数，如2所示。系统的设备层网络是DeviceNet网络，在PLCB、PLCE和PLCF三个PLC所控制的12个工位上共计有24台机器人，PLCB.PLCE、PLCF和机器人之间是通过DEVICENET网络实现通信。DeviceNet是一个符合设备网的多主控总线，作为一种开放式的网络和多厂商环境得到人们的普遍认识。其界面已经无缝地组合进所有核心产品中，包括PLC、I/O单元、可编程终端等。DeviceNet通过DM区设定，能在任何区分配远程I/O通信，每个CPU单元能安装超过一个DeviceNet单元（固定分配时最多3个），在一个网络中，超过一个DeviceNet单元能被作为主站连接。使用配置器用DeviceNetConfigurator软件时，能以独立于节点地址的顺序分配。DeviceNet既能用作主站，又能用作从站，而且主站和从站功能能同时使用。当使用信息通信或CX-Programmer远程编程和监控时，DeviceNet单元允许用与ControllerLink，thernet或其它网络相同的无缝透明方式管理DeviceNet网络。

2ControllerLink通信参数设置

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文章介绍了机器人点焊系统，对其系统的总体设计、通信网络结构和软件设计作了详细的分析，机器人点焊系统在汽车行业的生产中已经广泛使用，实践证明本系统具有典型的代表性和实用性。

四、系统软件的设计

本系统的软件设计主要分为两个部分：PLC软件编制和触摸屏软件的编制。PLC程序主要用来实现对传送带的变频电机的控制、工位夹具的电磁阀的动作、控制机器人的点焊程序及生产数据的跟踪移动等等。触摸屏主要是一个操作平台和监视平台，通过它可以实现运行模式的切换、机器人修磨参数设置、故障状态的实时报告、机器人焊接程序状态显示、机器人修磨状态显示、各工位车型参数显示等等功能。友好的操作平台是一个系统应用过程中至关重要的。

1、PLC调用机器人程序

通过PLC的程序来调用机器人的程序是PLC在机器人系统中特有的应用。机器人的I/O信号分为SDI/SDO、UI/UO、GI/GO、AI/AO等。SDI/SDO是常规的I/O信号，它通过机器人程序来控制ON/OFF状态，可用来和PLC进行通信。UI/UO是机器人内部的I/O信号，各有20个，每一个都有特定的含义，用来表示机器人的当前状态和参数设定，它不能通过机器人的程序来控制信号的ON/OFF状态，PLC通过UO信号可以了解机器人的当前状态，通过控制UI信号可以控制机器人调用程序、暂停程序、重启动程序、停止程序等。AI/AO是模拟量信号。GI/GO是组信号，一般为机器人内部使用。PLC调用机器人的程序有两种方法，一种叫RSR程序调用，另一种叫PNS程序调用。PNS能调用的程序可达到63个，所以本系统采用的是PNS方法来调用机器人的程序，这样为以后增加生产车型留出了余量。PNS方法调用机器人的时续如3所示。当PLC收到机器人发出的CMDENBL(UO信号)表示机器人准备好接受程序调用，PLC发出PNSIPNS8(UI信号)8位二进制程序号，接着PLC发出PNSTROBE(UI信号)表示对所发出的程序号的确认，大约30ms后机器人内部自动读程序号，读完程序号后在130ms内发出SNOI-SN08(UO信号)8位程序号反馈和SNACK(UO信号)反馈确认，供PLC比较发出的程序号和反馈回来的程序号是否相同，确保调用的程序不会出错。然后PLC发出PRCO-START(UI信号，下降沿有效），启动调用的机器人程序，机器人运行后发出PROGRUN(UO信号)表示机器人已经运行。

3PNS方法调用机器人的时续

2、触摸屏程序