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活動鏈接：2013年控制網(wǎng)技術(shù)專題---中國工業(yè)迎來機(jī)器人時代

    作者：神龍汽車有限公司  顧黎 

    本文采用菲尼克斯電氣無線模塊和FIELD-LINE總線模塊相結(jié)合的方案，對總裝涂膠機(jī)器人的LOOP總線進(jìn)行了更換，改造后不僅總線故障率為零，保證了后續(xù)備件的充足供應(yīng)，還可節(jié)省每年更換備件的費(fèi)用。

   神龍汽車有限公司武漢一廠總裝S1線涂膠機(jī)器人自投產(chǎn)以來，一直使用菲尼克斯電氣的LOOP總線，該總線產(chǎn)品自2005年就已經(jīng)停產(chǎn)，無法采購，庫存?zhèn)浼惨呀?jīng)為零，一旦出現(xiàn)故障就面臨停線的風(fēng)險。針對機(jī)器人的工作特點，我們決定采用無線模塊和FIELD-LINE總線模塊相結(jié)合的方案，對機(jī)器人的總線進(jìn)行更換，該項目由總裝維修在高溫假期間自改完成。

    改造目標(biāo)

   此次改造的目的是淘汰老化已停產(chǎn)的LOOP總線模塊，將其全部更換為菲尼克斯電氣目前的主流產(chǎn)品。S1線的ABB涂膠機(jī)器人外圍共有15個LOOP總線模塊，其中有6個安裝在機(jī)器人端拾器上，其余的9個分別安裝在前、后風(fēng)窗和涂膠泵站上；根據(jù)這個特點，我們的改造方案是將前風(fēng)窗、后風(fēng)窗和涂膠泵站上的9個LOOP總線模塊更換為FIELD-LINE總線模塊，將機(jī)器人端拾器上的6個LOOP總線模塊更換為無線模塊。圖1是改造之前機(jī)器人總線的CMD程序截圖，可以看出從“4.17模塊”到“4.31模塊”一共15個模塊都是使用的LOOP總線，而從“4.0模塊”到“4.16模塊”使用的都是菲尼克斯電氣的IN-LINE總線（該總線模塊屬于通用型，沒有停產(chǎn)的風(fēng)險）。
  
                 
                                  圖1 改造之前的機(jī)器人總線CMD組態(tài)

   方法和難點

   先將機(jī)器人程序、PLC程序和CMD程序全部備份，再將前風(fēng)窗、后風(fēng)窗、機(jī)器人端拾器和膠站上的總線模塊做好標(biāo)記后拆除。

   拆除舊模塊后，按照之前設(shè)計的CMD組態(tài)來固定新模塊，圖2所示為新CMD組態(tài)，其中“4.0模塊”到“4.16模塊”沒有更換，取消了原有的“4.17”到“4.31模塊”，改成了3個站點，分別是前風(fēng)窗、后風(fēng)窗和膠站（機(jī)器人端拾器使用的是無線模塊，受控于“7.2”和“7.6”這兩個無線基站模塊，并不單獨(dú)組成一個站點）。
  
                 
                                圖2 改造之后的機(jī)器人總線新CMD組態(tài)

    安裝完模塊后，就開始進(jìn)行電源接線。在原有的LOOP總線模式下，所有的模塊被電源線串成一個環(huán)形（以機(jī)器人為例，LOOP環(huán)的電源線從電柜中的LOOP總線分支模塊出來，經(jīng)過前風(fēng)窗－機(jī)器人端拾器－后風(fēng)窗－膠站，最后再回到電柜中的LOOP總線分支模塊），這樣做的最大問題是當(dāng)這個LOOP環(huán)斷開時（比如電纜斷路），很難立即判斷出到底是哪一段出現(xiàn)斷點（可能是電柜到前風(fēng)窗，或者前風(fēng)窗到機(jī)器人端拾器，又或者是機(jī)器人端拾器到后風(fēng)窗，還有可能是后風(fēng)窗到膠站，或是膠站到電柜），就像串聯(lián)電路一樣，很難判斷故障的根源。在這次改造中，我們決定摒棄這種連接方式，而采用并聯(lián)電路的方式，即以電柜為中心，同時分出四路電源，分別給前風(fēng)窗、后風(fēng)窗、膠站和機(jī)器人端拾器上的總線模塊供電，四路電源互不干涉。這樣做的好處是，如果某一個站點斷電，可以很容易查到是哪一路電源線的問題。

    完成了電源接線并通電測試后，就開始了最為繁瑣的信號接線和對點工作。在前風(fēng)窗和后風(fēng)窗站點上各有一個模擬量輸入模塊，作用是將兩個位移傳感器發(fā)出的0～10V信號轉(zhuǎn)化反應(yīng)到程序中，在觸摸屏上顯示出來。完成接線后，手動測試時我們發(fā)現(xiàn)，實際測量值和以前有很大的不同，而且前后風(fēng)窗都是如此，這樣基本可以排除模塊本身的故障。經(jīng)過仔細(xì)比較，發(fā)現(xiàn)LOOP總線模塊和FIELD-LINE總線模塊的針腳定義不完全相同，這導(dǎo)致了測量值出現(xiàn)偏差，將位移傳感器的進(jìn)線更改為適應(yīng)新模塊的接法后，再進(jìn)行測量，測量值和以前完全一樣。

   技術(shù)原理 

    1.無線總線的優(yōu)點

   （1）由于涂膠機(jī)器人工作方式的限制，總線模塊必須固定在機(jī)器人的端拾器上，隨機(jī)器人一起運(yùn)動，原來采用LOOP總線方式時，連接總線模塊的既有電源電纜，又有信號電纜，在護(hù)管中互相摩擦，幾乎每隔3個月就要進(jìn)行整體更換；采用了無線技術(shù)后，護(hù)管中電纜的數(shù)量由原來的3根減少到1根，取消了信號電纜，實現(xiàn)了我們對設(shè)備自由移動和無損耗傳輸介質(zhì)的需求。

   （2）機(jī)器人島中的現(xiàn)場情況、障礙以及狹小的空間決定了無線傳輸?shù)目煽啃浴嵱眯砸h(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的復(fù)雜布線。采用了無線技術(shù)以后，信號傳輸?shù)目煽啃?、操作性、?yōu)異的診斷功能以及快速簡單的排障功能都得到了很好的驗證，在安裝調(diào)試過程中，無線模塊也能夠快速地接入已有控制系統(tǒng)。

   2.無線總線的傳輸

   （1）INTERBUS無線總線是靠藍(lán)牙傳輸?shù)?，最多可?lián)7個從站，對帶寬要求較低，傳輸?shù)氖切?shù)據(jù)包，可以進(jìn)行快速和穩(wěn)定的傳輸。由于采用的是FHSS（跳頻擴(kuò)頻）技術(shù)和免費(fèi)頻段，所以可以與WLAN和手機(jī)藍(lán)牙等設(shè)備并行，不用擔(dān)心干擾源問題。

   （2）無線傳輸從根本上避免了機(jī)器人工作方式易產(chǎn)生的抖動、干擾和丟失等弊端，特別是解決了信號傳輸量限制的根本問題，實現(xiàn)了系統(tǒng)信息的全采集，提高了可靠性和穩(wěn)定性，也給操作和維護(hù)帶來了方便。

   （3）同時提供了系統(tǒng)無線接入點，解決了機(jī)器人端拾器與地面總線連接的問題。在對總線系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、參數(shù)變更、故障檢查和維護(hù)時無需采用以往空中操作或隨行方式，可以在無線系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)的任意位置通過無線客戶端（如筆記本電腦）對系統(tǒng)全部被控點進(jìn)行操作和監(jiān)控。

   （4）無線傳輸提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性，將來要想增加I/O點，控制系統(tǒng)只需增加一套輸入輸出模塊和一個無線基站即可。

   （5）無線傳輸系統(tǒng)保證了無機(jī)械摩損，無需參考點，絕對位置測量，實時檢測，最大限度地實現(xiàn)了機(jī)器人的智能化。

    3.程序處理

   （1）在改造過程中最重要的是程序的編輯，就是在CMD組態(tài)中定義I/O點，將其與PLC程序中的I/O點一一對應(yīng)起來。對點有兩種方法，第一種方法是在CMD組態(tài)的過程數(shù)據(jù)字中僅僅定義一個字（例如E48），這樣在PLC程序中將會自動生成I48.0～I(xiàn)48.7這8個輸入點，這樣做的話，在CMD組態(tài)時工作量很小，但在PLC程序中將面臨大量的程序更改，很容易出錯；第二種方法是在CMD組態(tài)時就一個一個定義模塊上的過程數(shù)據(jù)字（見圖3），這樣做的話，PLC程序部分就完全不需要做任何更改，本文采用了第二種方法。
  
         
                            圖3 在CMD組態(tài)時一一定義模塊上的過程數(shù)據(jù)字

    （2）無線模塊和無線基站的對地址方法：首先確認(rèn)一個無線基站需要帶幾個無線模塊，是什么類型的，然后將無線基站上的Process data width settings（過程數(shù)據(jù)字長度）撥至幾（具體算法是：無線基站本身占2個字，DIO模塊每個占1個字，AIO模塊每個占3個字，比如一個無線基站帶了3個DIO模塊則過程數(shù)據(jù)字長度為2＋1＋1＋1＝5；一個無線基站帶了3個AIO模塊則過程數(shù)據(jù)字長度為2＋3＋3＋3＝11），然后再將Device number settings（設(shè)備數(shù)量設(shè)置）撥至1，表示現(xiàn)在對第一個無線模塊，再將第一個無線模塊上的ID-PLUG插頭插在無線基站的ID-PLUG上，當(dāng)下面的指示燈由橙色變成綠色，就表示該無線模塊的地址對完了。

   結(jié)語

   將菲尼克斯電氣無線總線模塊應(yīng)用在涂膠機(jī)器人以及西門子S7型PLC中，這對我們來說是第一次嘗試，應(yīng)用在涂膠機(jī)器人中能夠充分地發(fā)揮它的優(yōu)勢，性價比很高。這在國內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)用在涂膠機(jī)器人系統(tǒng)中，特別是機(jī)器人可以自動抓取、涂膠和安裝項目中是一個全新的嘗試。我們使用半年以來，不僅總線故障率為零，保證了后續(xù)備件的充足供應(yīng)，每年還可節(jié)省更換備件費(fèi)用超過5萬元。