基于AB PLC与FANUC机器人的自动校验涂胶系统毕业设计Word格式.docx
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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。
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
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。
2.3DeviceNet
2.3.1DeviceNet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。
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。
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。
2.4EtherNet
2.4.1EtherNet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系列标准规范。
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网络支持协议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。
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：
1、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。
2、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℃。
3、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。
4、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。
5、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。
6、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。
7、提供丰富的维修报警和诊断功能。
FANCE维修手册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
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，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。
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。
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
1、编程简单，使用方便。
2、控制系统构成简单，通用性强。
3、抗干扰能力强，可靠性高。
4、体积小，维护方便。
5、缩短了设计、施工、投产调试的周期。
6、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。
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。
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
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）。
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
入
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
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）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
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。
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
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