噴涂機器人控制系統(tǒng)及其組件全解析

1、職業(yè)教育機電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫新技術(shù)新工藝噴涂機器人控制系統(tǒng)及其組件全解 名 稱： 編制 人：郵 箱：電 話：編制時間:2014.11編制單位：遼寧省交通高等?？茖W(xué)校噴涂機器人控制系統(tǒng)及其組件全解析涂裝工藝中，噴漆機器人的使用可以說為實現(xiàn)高效、高質(zhì)量的涂裝提供了很好的幫助。 噴漆機器人在涂裝車間是比較復(fù)雜的設(shè)備之一，也是涂裝車間的關(guān)鍵設(shè)備，一般來 說占到涂 裝車間的設(shè)備總投資的16%30%左右。一流的涂裝設(shè)備可以有效地保證汽車涂裝的質(zhì)量和效果。作為優(yōu)秀的民族品牌，奇瑞汽 車公司從一開始就非常注重先進技術(shù)的學(xué)習(xí)和引進。杜爾RP6型噴漆機器人，讓奇瑞汽車更加的可靠和多姿多彩。汽車涂裝在普通眼中也

2、許只是讓汽車變得更美麗多彩，其實不然，由于汽車制造中， 大批量的使用金屬材料，而金屬材料的腐蝕會給汽車帶來很大的安全隱患，所以汽車涂裝的 本質(zhì)作用是要為汽車提供可靠的防腐蝕保護。而在涂裝工藝中，噴漆機器人的使用 可以說為 實現(xiàn)高效、高質(zhì)量的涂裝提供了很好的幫助。噴漆機器人在涂裝車間是比較復(fù) 雜的設(shè)備之也是涂裝車間的關(guān)鍵設(shè)備，一般來說占到涂裝車間的設(shè)備總投資的16%30%左右。因此，涂裝工藝是汽車制造過程中的重要一環(huán)，而對于這一壞節(jié)的考評，通常是基于性 能指標(biāo)和裝飾指標(biāo)：性能指標(biāo)是指汽車的油漆層具有的硬度、耐酸堿性等；裝飾指 標(biāo)是指汽 車油漆層的色澤均勻、光亮度、鮮艷度等。源自于世界一流涂裝設(shè)備

3、供應(yīng)商的杜爾RP6型 噴漆機器人，憑借其具有的先進自動控制系統(tǒng)，為奇瑞汽車實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效 地涂裝貢獻一臂 之力。機器人控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1、通過工業(yè)以太網(wǎng)連接的部件及功能站控制器（SIEMENS PLC S7 416F-2）用于整個工作站的控制，包括過程控制、安全控制、機器人系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（機械 化系 統(tǒng)、熱工系統(tǒng)、消防系統(tǒng)）互鎖、噴涂車身數(shù)據(jù)信息（車型、顏色等）管理等。監(jiān)控PC用于整個站的監(jiān)視和控制，可以顯示機器人噴涂仿行制作和管理、機器人以及整個 站的 運行狀態(tài)和位置、維護維修機器人界面等信息。機器人控制器ECORC2 （每臺機器人均有此控制器）用于機器人運動以及計量泵控制管理、高壓發(fā)生器的控制

4、、機器人氣動閥組控制等。圖1機器人控制系統(tǒng)圖2噴涂機器人控制系統(tǒng)中央控制室中央控制室可以監(jiān)視機器人站的運行狀態(tài)，同時在分布在車間現(xiàn)場的9臺EMOS(equipment monitor and operate system也有相同的功能，為生產(chǎn)人員以及設(shè)備人員提 供 相關(guān)信息，從而可以及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。編程和監(jiān)控PC在現(xiàn)場比較方便的監(jiān)視和控制機器人，可將機器人的相關(guān)程序下載到相應(yīng)的控制器內(nèi)，也可通過其他協(xié)議（PROFIBUS）連至相應(yīng)的控制器，進行監(jiān)控。2、PROFISAFE 連扌妾的咅M牛（控制器是 STATION PLC S7 416 F-2）控制器（STATION PLC S7 416

5、F-2）利用PROFISAFE協(xié)議將控制安全相關(guān)信息（例如消防互鎖信號、輸送互鎖信號、熱 工系統(tǒng)的噴漆室通風(fēng)等）的從站連接起來，在出現(xiàn)與安全有關(guān)的問題時，可保證機器 人進入 安全狀態(tài)或保持為安全模式。運動控制器（ECORC2）與PROFISAFE主站控制器保持通訊，并作為PROFISAFE從站。各PROFISAFE從站用于機器人站相關(guān)信息的輸入和輸出，如機器人站入口從站、機器人站出口從站和 操作 臺從站等。中繼器PROFISAFE信號由于距離較遠造成信號衰減，通過中繼器對信號進行放大，從而 可以 連接其后的從站。3、SERCOS連接的部件（控制器為ECORC2）控制器（ECORC2）由于機器人

6、6個運動軸和1個計量泵的運動控制具有高度實時性、高精度同步性的要 求，因此采用SERCOS （串行實時通信協(xié)議）。這是一個專門用于在工業(yè)機械電氣設(shè) 備的 控制單元與數(shù)字伺服裝置及可編程控制器之間的串行實時通信的國際標(biāo)準(zhǔn)（IEC61491） o伺服電機控制器（包括6個軸和1個計量泵）SERCOS控制器發(fā)送相應(yīng)的指令至伺服電機控制器，通過伺服電機來實現(xiàn)運動。圖3噴涂機器人運動控制器件4、DDL連接的部件運動控制器為EC0RC2, DDL作為PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的下一級網(wǎng)絡(luò)，主要是用于氣動閥 組及比例閥的控制。輸入模塊和輸出模塊現(xiàn)場信息通過此模塊輸入至控制器，并可將控制器的輸出至相應(yīng)的元器件或設(shè)備比

7、例閥主要用于控制壓縮空氣的流量（整形空氣1和2、馬達空氣）,將計量功能集成在比例 閥內(nèi)，即可實現(xiàn)壓縮空氣流量的閉壞控制。控制系統(tǒng)使用協(xié)議1、工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)是指其在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)）兼容，但材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度和適用性方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要，具有以下優(yōu)點：應(yīng)用廣泛，支持多種編程語言；軟硬件資源豐富，方便實現(xiàn)各種配置；易與In ternet連接，實現(xiàn)辦公自動化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的連接。工業(yè)以太網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展的空間巨大。目前，工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的低成本、高實效、高 擴展性及高智能性的優(yōu)勢，得到了快速發(fā)展，并在發(fā)展中不斷完善。為了防止因眾多廠商研制和開發(fā)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)

8、，造成該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)眾多、兼容性差的問題，國際社會已經(jīng)開始制定工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。借助以太網(wǎng)和通信技術(shù)的突飛猛進，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)開始向?qū)崟r工業(yè)以太網(wǎng)和 無線工業(yè)以太網(wǎng)的方向發(fā)展，并將在未來成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的主流技術(shù)。2、現(xiàn)場總線PROFIBUS協(xié)議PROFIBUS是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN 19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)PREN 50170的現(xiàn)場總線， 以 ISO/OSI 模型為參考，由 PROFIBUS-DPx PROFIBUS-FMS、PROFIBUSPA組成。DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動化領(lǐng)域的應(yīng)用；FMS為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自 動化；PA

9、型則是用于過程自動化的總線類型，它遵從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS支持主一從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主 站 具有對總線的控制權(quán)，可主動發(fā)送信息。對多主站系統(tǒng)來說，主站之間采用“令牌方式傳 遞信息，得到令牌的站點可在一個事先規(guī)定的時間內(nèi)擁有總線控制權(quán)。按PROFIBUS的通信 規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站 在得到控制權(quán)時，可以 按主一從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實現(xiàn)點對點通信。PROFIBUS的傳輸速率為96-12kbps最大傳輸距離在12kbps時為1000m, 15Mbps 時為400m,可用中繼器延長至10km。其傳輸

10、介質(zhì)可以是雙絞線、光纜，最多可掛接127個站 點。3、現(xiàn)場總線PROFISAFE協(xié)議PROFIBUS因其擁PROFISAFE故障安全技術(shù)解決方案而成為唯一能夠滿足制造業(yè)（采用RS485和光纖傳輸技術(shù)）和過程工業(yè)自動化（采用u MBP-IS ,即曼徹斯特編碼 一總線供電和本質(zhì)安全傳輸技術(shù)，原名IEC61158-2）故障安全通信要求的現(xiàn)場總線。PROFISAFE使標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線技術(shù)和故障安全技術(shù)合為一個系統(tǒng)，即故障安全通信和標(biāo) 準(zhǔn)通信在同一根電纜上共存，節(jié)約了成本，也便于日后改建。過程工業(yè)自動化要求采用冗余來提高設(shè)備的使用率。PROFISAFE則采用單信道通 信 結(jié)構(gòu)的方法實現(xiàn)上述要求。單信道故障安

11、全可編程控制器可以達到SIL3O這種通信結(jié)構(gòu)原 則上也可以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)自動化任務(wù)，如診斷、參數(shù)設(shè)置服務(wù)器等。4、SERCOS 協(xié)、議SERCOS （串行實時通訊協(xié)議 Serial Real-time Communication Specification）是一種 專門用于在工業(yè)機械電氣設(shè)備的控制單元與數(shù)字伺服裝置及可編程控制器之間實現(xiàn)串 行實時通訊的國際標(biāo)準(zhǔn)目前，SERCOS是唯一的運動總線標(biāo)準(zhǔn)。對于具有高實時性和高性能要求的開放式控 制系統(tǒng)，控制器和驅(qū)動器間的運動控制接口是關(guān)鍵的部件。 而SERCOS接口包含了在 多供應(yīng)商環(huán)境下確保控制器兼容性和互操作性所必需的全部規(guī)定。SERCOS數(shù)字運動控制

12、接口提供了高度實時性，高精度同步，并且具有配置和訪問多 達400多個不同的驅(qū)動器參數(shù)的能力。SERCOS的主要特點：采用光纖作為通信介質(zhì)，強大的通信能力，極高的開放性，經(jīng) 濟、可靠的分布式控制，支持高速高分辨率的數(shù)據(jù)通信，支持輸入/輸出控制，具有高度的 靈活性。機器人控制器及其組件SIEMENS和機器人運動控制器ECORC2是兩個主要的控制器。1、站控制器（SIEMENS S7 416 F2）故障安全型系統(tǒng)，主要用于對人身、機器或環(huán)境必須保證安全的場合。當(dāng)發(fā)生錯誤 或故 障時，故障安全型控制器進入安全狀態(tài)或保持為安全模式，將標(biāo)準(zhǔn)的過程自動化和安全組合 在了一個單系統(tǒng)內(nèi)。中央控制器與安全有關(guān)的I

13、/O以及標(biāo)準(zhǔn)的I/O之間的有關(guān)安全的通信和標(biāo)準(zhǔn)的通信均通過PROFIBUS DP和PROFISAFE行規(guī)實現(xiàn)。2、機器人控制器ECORC2專為往復(fù)機、機器人等運動和控制研發(fā)的控制器。此控制器所控制的部件有機器人的各個軸、計量泵和高壓發(fā)生器等。其組成部件如 下：機架（CR092 Housing/Rack）CR092設(shè)計用于支持所有的插入式模塊。“背板總線安裝在機架背面的下半部分， 并帶有插入式模塊多極性插槽；IEB1 （擴展總線）總線安裝在上半部分，相對于背板總 線 具有三個多極性接口。機架上共有10個導(dǎo)軌和插槽，其中S0用于電源模塊，S9用于總線終端模塊，剩 余插 槽用于（S1S8）。電源模塊

14、（PS 244 Power Supply Module該輸入為直流24V，輸出為直流5V (用于給插入式模塊提供內(nèi)部工作電壓),并有土 15V和12V可選。模塊設(shè)有極性相反保護，過電壓和過電流保護，同時設(shè)有復(fù)位信號， 可以用于復(fù)位模塊。CPU (CU 313 CPU Module/Processo)用于控制所有連接的硬件。由于ECORC2不支持熱插拔功能，因此在從機架上將模塊 取下來時，一定要先將電源關(guān)閉。通信模塊(SC 102 Communication Module)通過擴展的總線連接CPU,這些增加的模塊需要比較長的插槽，因此不能安裝在CU 313模塊內(nèi)，而應(yīng)該分別安裝在現(xiàn)場總線主站模塊

15、(上部)，編碼器接口模塊(中部)，現(xiàn)場總 線從站模塊(下部)的三個插槽內(nèi)?，F(xiàn)場總線可以是Interbus, PROFIBUS或者DeviceNet 等。輸入模塊(DI 325 Digital In put Module )用于檢測外部電壓信號，檢測的范圍1830 V。必須設(shè)定硬件的地址，而且要特別注 意硬件地址是否和軟件地址相同，若兩者不同，則邏輯上認(rèn)為不存在。硬件地址的設(shè) 置是通 過在模塊后部的旋轉(zhuǎn)開關(guān)來實現(xiàn)的，可以設(shè)置的范圍為0-F,通過J1跳線，地址可以到0-1 Fo輸出模塊(DO 321 Digital Output Module )用于控制不同的外圍輸出，地址模塊設(shè)有短路、過流和斷線檢測保護，輸出模塊的地址 設(shè)置如上。示教儀用于機器人程序的生成和管理。示教盤必須與ECOSCREEN結(jié)合起來使用，操作模式的選擇，驅(qū)動的釋放，選擇和取消選擇單個軸的運動，連接和取消連接控制電壓等，都 是