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菲尼克斯電氣無線技術在總裝涂膠機器人上的應用
本文采用菲尼克斯電氣無線模塊和FIELD-LINE總線模塊相結合的方案,對總裝涂膠機器人的LOOP總線進行了更換,改造后不僅總線故障率為零,保證了后續備件的充足供應,還可節省每年更換備件的費用。

活動鏈接:2013年控制網技術專題---中國工業迎來機器人時代

    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總線模塊相結合的方案,對總裝涂膠機器人的LOOP總線進行了更換,改造后不僅總線故障率為零,保證了后續備件的充足供應,還可節省每年更換備件的費用。

   神龍汽車有限公司武漢一廠總裝S1線涂膠機器人自投產以來,一直使用菲尼克斯電氣的LOOP總線,該總線產品自2005年就已經停產,無法采購,庫存備件也已經為零,一旦出現故障就面臨停線的風險。針對機器人的工作特點,我們決定采用無線模塊和FIELD-LINE總線模塊相結合的方案,對機器人的總線進行更換,該項目由總裝維修在高溫假期間自改完成。

    改造目標

   此次改造的目的是淘汰老化已停產的LOOP總線模塊,將其全部更換為菲尼克斯電氣目前的主流產品。S1線的ABB涂膠機器人外圍共有15個LOOP總線模塊,其中有6個安裝在機器人端拾器上,其余的9個分別安裝在前、后風窗和涂膠泵站上;根據這個特點,我們的改造方案是將前風窗、后風窗和涂膠泵站上的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,沒有停產的風險)。
  
                 
                                  圖1 改造之前的機器人總線CMD組態

   方法和難點

   先將機器人程序、PLC程序和CMD程序全部備份,再將前風窗、后風窗、機器人端拾器和膠站上的總線模塊做好標記后拆除。

   拆除舊模塊后,按照之前設計的CMD組態來固定新模塊,圖2所示為新CMD組態,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,分別是前風窗、后風窗和膠站(機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,并不單獨組成一個站點)。
  
                 
                                圖2 改造之后的機器人總線新CMD組態

    安裝完模塊后,就開始進行電源接線。在原有的LOOP總線模式下,所有的模塊被電源線串成一個環形(以機器人為例,LOOP環的電源線從電柜中的LOOP總線分支模塊出來,經過前風窗-機器人端拾器-后風窗-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這個LOOP環斷開時(比如電纜斷路),很難立即判斷出到底是哪一段出現斷點(可能是電柜到前風窗,或者前風窗到機器人端拾器,又或者是機器人端拾器到后風窗,還有可能是后風窗到膠站,或是膠站到電柜),就像串聯電路一樣,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,分別給前風窗、后風窗、膠站和機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。在前風窗和后風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出的0~10V信號轉化反應到程序中,在觸摸屏上顯示出來。完成接線后,手動測試時我們發現,實際測量值和以前有很大的不同,而且前后風窗都是如此,這樣基本可以排除模塊本身的故障。經過仔細比較,發現LOOP總線模塊和FIELD-LINE總線模塊的針腳定義不完全相同,這導致了測量值出現偏差,將位移傳感器的進線更改為適應新模塊的接法后,再進行測量,測量值和以前完全一樣。

   技術原理 

    1.無線總線的優點

   (1)由于涂膠機器人工作方式的限制,總線模塊必須固定在機器人的端拾器上,隨機器人一起運動,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,在護管中互相摩擦,幾乎每隔3個月就要進行整體更換;采用了無線技術后,護管中電纜的數量由原來的3根減少到1根,取消了信號電纜,實現了我們對設備自由移動和無損耗傳輸介質的需求。

   (2)機器人島中的現場情況、障礙以及狹小的空間決定了無線傳輸的可靠性、實用性要遠遠超過傳統的復雜布線。采用了無線技術以后,信號傳輸的可靠性、操作性、優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,在安裝調試過程中,無線模塊也能夠快速地接入已有控制系統。

   2.無線總線的傳輸

   (1)INTERBUS無線總線是靠藍牙傳輸的,最多可聯7個從站,對帶寬要求較低,傳輸的是小數據包,可以進行快速和穩定的傳輸。由于采用的是FHSS(跳頻擴頻)技術和免費頻段,所以可以與WLAN和手機藍牙等設備并行,不用擔心干擾源問題。

   (2)無線傳輸從根本上避免了機器人工作方式易產生的抖動、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,實現了系統信息的全采集,提高了可靠性和穩定性,也給操作和維護帶來了方便。

   (3)同時提供了系統無線接入點,解決了機器人端拾器與地面總線連接的問題。在對總線系統進行調試、參數變更、故障檢查和維護時無需采用以往空中操作或隨行方式,可以在無線系統覆蓋區域內的任意位置通過無線客戶端(如筆記本電腦)對系統全部被控點進行操作和監控。

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

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

    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組態中定義I/O點,將其與PLC程序中的I/O點一一對應起來。對點有兩種方法,第一種方法是在CMD組態的過程數據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~I48.7這8個輸入點,這樣做的話,在CMD組態時工作量很小,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組態時就一個一個定義模塊上的過程數據字(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組態時一一定義模塊上的過程數據字

    (2)無線模塊和無線基站的對地址方法:首先確認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(過程數據字長度)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模塊則過程數據字長度為2+1+1+1=5;一個無線基站帶了3個AIO模塊則過程數據字長度為2+3+3+3=11),然后再將Device number settings(設備數量設置)撥至1,表示現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。

   結語

   將菲尼克斯電氣無線總線模塊應用在涂膠機器人以及西門子S7型PLC中,這對我們來說是第一次嘗試,應用在涂膠機器人中能夠充分地發揮它的優勢,性價比很高。這在國內無線網絡用在涂膠機器人系統中,特別是機器人可以自動抓取、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,保證了后續備件的充足供應,每年還可節省更換備件費用超過5萬元。
 

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