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機器人點焊系統的應用

時間:2021-12-30 12:54:21 點擊:0 次 來源:行業資訊

  一、前言

 

  現代汽車工業正值進入一個高發展時期,工業機器人在汽車業的應用也日益重要,通過使用機器人可以提高產品質量降低產品成本,因此機器人的系統集成在汽車廠的應用已經是一種趨勢,它通過安全可靠靈活的PLC對機器人進行程序選擇控制,再配以高速安全的通信網絡來實現PLC之間、機器人之間的信息交換和共享,從而實現整個系統安全有效的運行。

 

  二、系統總體設計

 

  點焊機器人控制系統多應用于汽車生產廠焊裝車間流水線上,完成汽車地板、側圍、頂蓋等整個車外殼的拼裝焊接過程?,F代汽車廠的焊裝車間流水線上已經大量的用工業機器人來取代人工點焊,甚至整條流水線全部由工業機器人取代。系統硬件主要是由工業機器人(R-2000iA型)、焊機、電極打磨器、水氣供應系統、PLC(CJ1系列)、觸摸屏(NS系列)、DEVICENET模塊、ETHERNET總線、服務器等組成。

 

  服務器是整條流水線生產數據的管理器,它管理包括日產量、當前產量、每個工位的車型信號等數據,然后傳給PLC。R-2000iA系列機器人是最新一代重型有效負載和高性能的工業機器人。它代表在S-430i系列領先工業機器人的先進發展。在繼承S-430i系列機器人的許多特性的同時,R-2000iA機器人在已證明的性能、可靠性、可維護性方面具有更高的使用價值。該機器人主要以系統R-J3iB智能機器人控制系統為特色,其運動范圍和最大作用范圍都能夠達到點焊車體的要求。PLC是控制的核心,它控制機器人的程序選擇,包括不同車型的點焊程序、電極帽打磨程序和更換電極帽程序等。CJ1系列PLC是小巧、高速且較為靈活的,其基本系統構成有供電單元、CPU單元、I/0控制單元、存儲卡、ETHERNET模塊和DEVICENET模塊,它對整個系統的整合極為重要。觸摸屏是一個操作和信息反饋的平臺,NS系列觸摸屏具有高分辨率、大容量圖象數據、兼容USB接口打印機、響應速度快、支持存儲卡等特點。

 

  機器人點焊系統框圖如圖1所示。系統由服務器通過ETHERNET將工位車型等信息傳送至PLCA,PLCA再通過Controller Link通信網絡實現PLCA至PLCG之間的信息交換,每個PLC控制2-5個工位不等,通過軟件程序的編制實現對流水線上線體、夾具等的電氣控制。PLC又通過Device Net網絡完成對機器人的程序選擇和信息交換。每個PLC又通過RS-485串行通信與1-2個觸摸屏通信,操作人員可在通過觸摸屏操作不同的工位,檢查不同工位的生產信息。

 

  三、通信網絡的結構

 

  機器人點焊系統的通信網絡分為三個層,分別是計算機層、控制器層和設備層。系統的計算機層網絡是ETHERNET,PLCA通過CJIW-ETN21模塊接入以太網,使用TCP/IP協議從服務器上獲取需生產的車體的生產數據信息。系統的控制器層網絡是Controller Link網絡,PLCA通過CJIW-CLK21模塊接入下一極的Controller Link網絡,使PLCA至PLCG七個PLC之間可以傳送信息。Controller Link是OMRON提供的一種工廠自動化網絡,是OMRON的主要的FA級別的網絡。它可以在合適的PLC和各種微型計算機之間方便地、靈活地發送和接收大容量數據包,支持能共享數據的數據鏈接和在需要時發送和接收數據的信息服務,可得到高容量、柔性數據鏈接及高容量的數據傳送,網絡采用屏蔽雙絞線電纜或光纖連接,最大傳輸距離隨波特率而變,在采用兩層中繼器的情況下,波特率在500kbit/s時,傳輸距離可達3km,最大支持62個節點。Controller Link網絡是一種使用令牌總線通信的網絡,這種總線型拓撲結構具有最大的靈活性,易于擴充和維護,滿足系統可擴展性的需求。由于采用了分布式控制技術,可確保Controller Link網絡不會因某個站點故障而崩潰,提高了系統的穩定性。它使用CX-Programmer軟件設置通信參數,如圖2所示。系統的設備層網絡是Device Net網絡,在PLCB、PLCE和PLCF三個PLC所控制的12個工位上共計有24臺機器人,PLCB.PLCE、PLCF和機器人之間是通過DEVICENET網絡實現通信。Device Net是一個符合設備網的多主控總線,作為一種開放式的網絡和多廠商環境得到人們的普遍認識。其界面已經無縫地組合進所有核心產品中,包括PLC、I/O單元、可編程終端等。Device Net通過DM區設定,能在任何區分配遠程I/O通信,每個CPU單元能安裝超過一個Device Net單元(固定分配時最多3個),在一個網絡中,超過一個Device Net單元能被作為主站連接。使用配置器用Device Net Configurator軟件時,能以獨立于節點地址的順序分配。Device Net既能用作主站,又能用作從站,而且主站和從站功能能同時使用。當使用信息通信或CX-Programmer遠程編程和監控時,Device Net單元允許用與Controller Link,thernet或其它網絡相同的無縫透明方式管理Device Net網絡。

 

  四、系統軟件的設計

 

  本系統的軟件設計主要分為兩個部分:PLC軟件編制和觸摸屏軟件的編制。PLC程序主要用來實現對傳送帶的變頻電機的控制、工位夾具的電磁閥的動作、控制機器人的點焊程序及生產數據的跟蹤移動等等。觸摸屏主要是一個操作平臺和監視平臺,通過它可以實現運行模式的切換、機器人修磨參數設置、故障狀態的實時報告、機器人焊接程序狀態顯示、機器人修磨狀態顯示、各工位車型參數顯示等等功能。友好的操作平臺是一個系統應用過程中至關重要的。

 

  1、PLC調用機器人程序

 

  通過PLC的程序來調用機器人的程序是PLC在機器人系統中特有的應用。機器人的I/O信號分為SDI/SDO、UI/UO、GI/GO、AI/AO等。SDI/SDO是常規的I/O信號,它通過機器人程序來控制ON/OFF狀態,可用來和PLC進行通信。UI/UO是機器人內部的I/O信號,各有20個,每一個都有特定的含義,用來表示機器人的當前狀態和參數設定,它不能通過機器人的程序來控制信號的ON/OFF狀態,PLC通過UO信號可以了解機器人的當前狀態,通過控制UI信號可以控制機器人調用程序、暫停程序、重啟動程序、停止程序等。AI/AO是模擬量信號。GI/GO是組信號,一般為機器人內部使用。PLC調用機器人的程序有兩種方法,一種叫RSR程序調用,另一種叫PNS程序調用。PNS能調用的程序可達到63個,所以本系統采用的是PNS方法來調用機器人的程序,這樣為以后增加生產車型留出了余量。PNS方法調用機器人的時續圖如圖3所示。當PLC收到機器人發出的CMDENBL(UO信號)表示機器人準備好接受程序調用,PLC發出PNSIPNS8(UI信號)8位二進制程序號,接著PLC發出PNSTROBE(UI信號)表示對所發出的程序號的確認,大約30ms后機器人內部自動讀程序號,讀完程序號后在130ms內發出SNOI-SN08(UO信號)8位程序號反饋和SNACK(UO信號)反饋確認,供PLC比較發出的程序號和反饋回來的程序號是否相同,確保調用的程序不會出錯。然后PLC發出PRCO-START(UI信號,下降沿有效),啟動調用的機器人程序,機器人運行后發出PROGRUN(UO信號)表示機器人已經運行。

 

  2、觸摸屏程序

 

  觸摸屏程序使用NS-Designer軟件編制,整條線上共有II臺,分別監管不同的工位。其畫面主要有Line Layout、Line Control、Robot Monitor、Production Counter、Production Control、Production Change、Tip Dress Monitor、Auto Tip Dress Setup、Manual Tip Dress、Manual Tip Dress Setup、Alarm Monitor等。Line Layout監視整條線的急停、光柵、工位原點等狀態。Line Control實現手動、自動的切換、Robot Monitor主要監視機器人的電源、示教、原點、工作完成、啟動條件、是否焊接、有無故障等狀態。Production Counter、Production Control和Production Change是對生產數據的記數、顯示和在條件允許的情況下手動更改生產數據。Tip Dress Monitor、Auto Tip Dress Setup、Manual Tip Dress和Manual Tip Dress Setup都是和機器人修磨電極帽相關的,可實現修磨次數、修磨電機正反轉時間和轉動圈數、修磨電機停頓時間的參數設置,啟動手動修磨程序,同時還可監控修磨狀態。Alarm Monitor記錄了故障發生的時間和內容,為保全第一時間排除故障提供依據。

 

  五、結束語

 

  汽車制造從誕生到現在經歷了手工制作一機械化一自動化等幾個時代,其中每一次演變都代表了生產效率的一次飛躍。隨著汽車消費需求的增長,汽車行業需要不斷突破產量的瓶頸、降低生產成本,因此機器人點焊系統將大量的應用到汽車生產中,機器人點焊系統以其優越的性能、靈活的通訊網絡的可擴展性,必定會大量取代人工點焊,其應用領域也可擴展到其他點焊生產中。

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