摘要本方案是基于 CHL-DS-II 应用平台的汽车轮毂仓储-分拣系统设计， CHL-DS-II 应用平台将南京华太远程通信模块、ABB IRB120、西门子 1200 PLC 进行结合，能较完整地再现实际汽车轮毂生产当中所需的工艺流程。 本方案通过上位机对轮毂品质仓储进行选择，PLC 与 ABB 机器人根据所选轮毂品质仓储结果对轮毂进行分拣，直至轮毂分拣至指定型号道口，分拣完成。关关键键词词：汽汽车车轮轮毂毂；I IR RB B1 12 20 0；P PL LC C；工工艺艺流流程程目目录录1 设设计计背背景景及及意意义义. 11.1 设计背景.11.2 设计意义.12 总总体体方方案案设设计计. 32.1 系统流程方案介绍.32.2 系统硬件介绍.42.2.1 ABB IRB120. 42.2.2 西门子 1200PLC. 42.2.3 华太 FR8210、FR8030.52.2.4 三菱 FR-D700 变频器.52.2.5 JACC 调速电机 .62.2.6 亚德客电磁阀、气缸、欧姆龙光电传感器 . 63 硬硬件件设设计计. 73.1 传送带电机主电路设计. 73.2 控制电路设计.83.3 扩展模块硬件接线设计. 93.4 ABB 硬件电路设计. 133.5 汽车轮毂仓储-分拣系统模拟布局设计.144 软软件件设设计计. 154.1 PLC 界面组态154.1.1 HMI 控制画面.154.1.2 PLC I/O 表.174.1.3 PLC 程序.184.1.4 ABB 程序.184.2 工艺流程. 184.3 系统调试步骤. 215 结结论论. 22参参考考文文献献. 2311 1 设设计计背背景景及及意意义义1.1设计背景当谈到中国汽车未来发展趋势时，首先看看中国汽车的总体市场方面，在未来几年内，伴随着中国的国内生产总值(GDP)持续增长所带来财富的增加，人们对汽车的需求也将水涨船高。随着新能源汽车的诞生以及道路上汽车的增多，轮毂生产行业的产量也在稳步提升，因此将会导致大量的轮毂需要分拣，所以利用机器人结合 PLC 进行分拣，不仅符合智能时代的发展趋势，也是工业产型升级的体现。图 1.1 汽车轮毂分拣图1.2设计意义传统的轮毂分拣都是通过人工来进行手动分拣，这样不仅大大增加了劳动力，效率也大打折扣，更有可能由于操作不当导致人为受伤。而通过机器人结合 PLC 进行分拣，这样不仅节省了劳动力，还大大提高了分拣效率。就基于本方案汽车轮毂仓储-分拣系统的发展方向来看，它提高了汽车轮毂生产行业的智能化、 高效化； 在资源节约上， 通过传感器检测有无轮毂从而实时控制电机运转，有效防止电力资源的浪费；在后期改进上，系统控制器预留 I/0，能够根据需求增加其他控制功能，大大提高了系统的可扩展性，更好的来满足汽车轮毂分拣的需求。2图 1.2汽车轮毂分拣图32 总体方案设计2.1系统流程方案此方案分别由 PLC、机器人作为控制核心，利用上位机对分拣目标轮毂仓储进行选择，（轮毂仓储共分为加工成品轮毂仓库、半成品轮毂仓库、次品轮毂仓库）运用机器人夹取目标仓储内轮毂放至传送带上，PLC 根据上位机目标轮毂选择结果输出控制远程FR2108 输出模块上的各执行气缸将轮毂分拣至对应道口 （道口共分为成品轮毂道口、 半成品轮毂道口、次品轮毂道口），因此达到轮毂仓储-分拣控制。系统传送带电机均由变频器输出电源控制，通过变频器可以实时频率设定，因此实现传送带可控速度运行。在硬件接线上，通过机器人控制柜远程 I/O 扩展模块 FR8030 与 PLC 远程 I/O 扩展模块FR8210 构成 PROFINET 通信硬件点对点连接，因此机器人可以接收到 PLC 所发送的分拣目标轮毂选择结果，从而调用并运行不同的抓取路径程序，由此实现系统目的。通过模拟实验测试，效果非常出色。系统方案设计功能图如图 2.1 所示：图 2.1 系统方案设计功能图PLC电磁阀、 传送带光电传感器触摸屏机器人42.2 系统硬件介绍2.2.1ABB IRB120ABB 工业机器人系统，包括 IRC5 Compact 控制柜、示教器于一体，具有六自由度，额定负载 3kg，工作范围 580mm，重复定位精度 0.01mm，本体重量 25kg ,工业机器人扩展 IO 适配器，支持 DEVICENET 通信，模块化结构可自由增加减少通信板卡，满足数字量输入输出和模拟量输入输出。通过机械手对轮毂实现抓取动作，在本系统中作为执行部件与 PLC 进行数据交互。ABB IRB120 如图 2.2 所示：图 2.2 ABB IRB1202.2.2 西门子 1200PLC本系统选用西门子 1200 系列的 1212 DC/DC/DC PLC 作为控制器，PLC 自带 6 路 DI输入、8 路 DI 数字输出并提供工业以太网 PROFINET 通信支持，通过外部开关的闭合来控制 PLC 扩展模块 FR8210 输出，从而在本系统中用于控制电磁阀、电动机以及与 ABB机器人之间进行数字信号数据交互。 西门子 1200PLC 如图 2.3 所示：图 2.3西门子 1200PLC52.2.3 华太 FR8210、FR8030本系统选用南京华太远程通信模块 FR8210、 FR8030 作为 PLC 和机器人控制柜的扩展模块，扩展模块由输入模块 FR1108 和输出模块 FR2108 组成。在本系统中，作为 PLC 与机器人信号交互模块，并且输入模块用来实时检测轮毂位置信号，输出模块用来控制电磁阀使气缸动作。华太远程模块图如图 2.4 所示：图 2.4 华太远程模块图2.2.4 三菱 FR-D700 变频器三菱 FR-D700 变频器属于 FR-D700 系列，它是一款紧凑型多功能变频器，带有内部运行模式 PU 和外部运行模式 EXT 可供选择， 内置 Modbus-RTU 协议， 扩充 PID,三角波功能。在本系统中通过 PLC 扩展模块 FR8210 控制该变频器引导驱动装置单相调速电机进行运转。三菱变频器图如图 2.5 所示：图 2.5 三菱变频器图62.2.5 JACC 调速电机本系统选用JSCC型号为90YR120GV22 的YR系列阻尼电机,组合搭配型号为90GF18H的减速箱。电压为 220V，最大输出功率为 120W，减速比为 18。在本系统中，作为输送轮毂的动力元件，带动道口传送带进行运转。JACC 电机图如图 2.6 所示：图 2.6 JACC 调速电机图2.2.6 亚德客单控电磁阀、气缸、欧姆龙光电传感器本系统选用的电磁阀型号为亚德客4V110-M5单控二位五口电磁阀,是用来控制流体的自动化基础元件。系统选用的气缸型号为亚德客 TACE16X50S,在气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件，所以，在该系统中电磁阀用于控制气缸的升降及伸缩， 从而对轮毂进行出仓、 分拣控制。 系统选用的光电传感器型号为 OMRON3Z-LS81回归反射型传感器， 通过将输入电流转换为光信号进行发射， 遇到障碍物反射回接收端，接收端接收到反射回来的光信号由此导通，形成开关信号。电磁阀、气缸均作为下位机PLC 输出的执行电器，光电传感器作为 PLC 输入的开关电器。电器如图 2.7-2.9 所示：图 2.7 亚德客电磁阀图 2.8 亚德客气缸图 2.9 欧姆龙传感器73 硬件设计3.1 传送带电机主电路设计主电路是一个系统的执行机构，本系统传送带的主电路由三菱 D700 变频器所驱动的单相调速电机所组成， 通过在变频器操作面板中设定适合频率数值来驱动传送带电机进行可控速度运行。变频器在外部运行控制模式下，通过 PLC 扩展输入模块 FR1108 上的传感器是否检测到轮毂来控制 KA1 输出，由此实现变频器启停控制，从而实现传送带电机可控运行与停止。传送带电机主电路如图 3.1 所示：图 3.1 传送带电机主电路83.2 PLC 控制电路设计控制电路是由控制器和外部控制电器组成，当系统启动按钮 I0.0 按下时，PLC 通过扩展模块 FR8210 向 ABB 机器人扩展模块 FR8030 传输启动信号，ABB 机器人正常运作，三色灯绿灯点亮，系统开始。当系统停止按钮 I0.1 被按下时，PLC 将通过扩展模块发送停止信号至 ABB 机器人，ABB 机器人立即停止当前动作状态且三色灯红灯点亮，绿灯熄灭，PLC 控制输出的传送带电机以及扩展输出模块 FR2108 输出控制的所以电磁阀都停止动作，系统停止。系统控制电路如图 3.2 所示：图 3.2 系统控制电路93.3 扩展模块硬件接线设计本系统通过 PLC 远程扩展 I/O 模块 FR8210 通过硬件接线 IO 信号实现与 ABB 机器人扩展 I/O 模块 FR8030 进行数据交互，实时下达命令以及接受信号。PLC 扩展输入模块FR1108 的输入端安装了轮毂传感器检测开关，通过它反馈信号至 PLC 来控制输出模块FR2108 对各仓库的电磁阀、气缸进行动作，对轮毂进行实时的，有效的分拣控制。系统扩展模块硬件接线如图 3.3 所示：101112图 3.3 系统扩展模块硬件接133.4 ABB 硬件电路设计ABB IRB120 总线通讯协议为 DEVICE NET，其中机器人控制器 ROBOT XS17 接口作为 CAN 的通讯模块与 FR8030 输入模块 FR1108、 输出模块 FR2108 构成连接， FR8030的输入输出模块又与 PLC 扩展输入模块 FR1108、输出模块 FR2108 相连接。通过依次连接，实现机器人与 PLC 交互信息的准确输送。XS17 与 FR8030 电气连接图如图 3.4所示。图 3.4 XS17 与 FR8030 电气连接图14143.5 汽车轮毂仓储-分拣系统模拟布局设计本系统共由 ABB 机器人、PLC 构成，该系统的上位机、华太 FR8210 模块与 PLC 通过交换机构成 PROFINET 通讯协议现场总线连接，机器人控制器 ROBOT XS17 接口作为CFR8030 构成 DEVICENET 通讯协议连接。系统布局设计如图 3.5 所示。图 3.5 系统模拟布局设计154 软件设计4.1 界面组态设计本次设计使用西门子TIA软件编程调试， 在组态界面需要添加PLC 1212C/DC/DC/DC、KTP900 触摸屏与华太远程 FR8210 通信模块。使用华太模块 FR8210 时，需要在软件内的项目视图中进行相应添加， 然后在网络视图中把FR8210和PLC对应的网口连接起来，然后配置好相应的 IP，应保证扩展模块 FR8210 的 IP、触摸屏的 IP 以及 PLC 的 IP 在同一网段内，这样就能够实现华太模块、触摸屏与西门子 PLC 的通讯。同时，FR8210要进行 MAC 物理地址的分配，确立好是否分配正确。组态拓扑连接图如图 4.1 所示。图 4.1 组态拓扑连接图4.1.1 HMI 控制画面本系统利用西门子 KTP900 触摸屏做 HMI 控制画面，可以直接在 TIA 软件中编写对应程序，利用软件内的按钮控制，做汽车轮毂分拣品质轮毂选择的启动按钮；利用指示灯控制能够显示系统的运行状态，以及各仓储各道口的轮毂信息。方便使用者判断系统的工作情况，利于操作。系统 HMI 监控画面如图 4.2 所示。16图 4.2 HMI 控制画面174.1.2 PLC I/O 表I/O 表是对控制器硬件输入输出口配置的说明，并且分配相应的地址，在 PLC 编程时可以进行寻址，方便编程。系统 I.O 表如表 4.1 所示：表 4.1I/O 分配表184.1.3 PLC 程序程序是一个控制系统的核心部分，它是整个系统控制思路的体现，系统执行怎样的操作流程，取决于 PLC 程序的编写。本系统的 PLC 编程采用 SCL 语言编写，程序段 1 是系统运行启动与停止信号，程序段 3 是 PLC 与机器人交互信号；程序段 8-48 用来控制扩展输出模块 FR2108 对电磁阀进行升降、定位等动作，用于轮毂分拣入道口流程动作，轮毂分拣至道口蜂鸣器鸣笛 3 秒，分拣流程结束（程序如附录页所示）。4.1.4 ABB 程序ABB 程序通过编程软件 RobotStudio 6.07 进行编写，其中主程序分别由子程序：初始化、仓储取轮毂、道口传送带放轮毂构成。程序顺序为 ABB 根据 PLC 所发送的轮毂品质选择结果去轮毂仓储夹取对应品质轮毂，夹取完轮毂之后机器人将轮毂夹取移动至道口传送带，机器人回安全点，程序流程结束。（程序如附录页所示）。4.2 工艺流程第一步首先在单元格选择合适的工具，如图 4.3 所示。图 4.3 选择合适工具第二步抓取轮毂，PLC 传输一个信号，PLC 控制仓储 1 推出，然后机器人去指定的19位置，抓取轮毂，如图 4.4 所示。图 4.4 抓取轮毂第三步是检测，主要检测轮毂上的二维码区域，轮毂分拣依据，如图 4.5 所示。图 4.5 检测系统第四步进行分拣，根据检测结果进行分类，轮毂放置传送带，如图 4.6 所示，传送带带电运转，PLC 根据上位机所选品质轮毂控制电磁阀，将轮毂分拣至对应品质道口，如图 4.7 所示。20图 4.6 将轮毂放置传送带图 4.7 将轮毂分拣至对应道口4.4 系统调试步骤1、通过 TIA 编程软件对 PLC 程序进行下载上电。2、机器人通过示教器对程序单步运行启动。系统调试流程图如图 4.8 所示：21图 4.8 系统调试步骤图225 结论本系统在硬件选型上选用稳定性、安全系数较高的硬件，提高系统功能的稳定性和可靠性；在功能实现上，通过变频器调节电机形成可控速度，可根据现场轮毂分拣任务量实时调节传送带速度，通过 PLC 和华太模块控制各硬件执行电器构成了任务鲜明、执行独立的自动分拣入道口系统。由于现实条件和自身专业技能等因素，汽车轮毂仓储-分拣系统存在不足之处，主要体现在整个系统的全面性、多样化较弱，只有仓储-分拣功能，后期可以增加机器视觉检测功能，可以自动识别轮毂品质，还可以在分拣道口里面增加计数功能，方便实时统计轮毂分拣个数。23参考文献1 陈东青.基于 PLC 与触摸屏的码垛工业机器人操作系统设计J.包装工程. 2014(23)1 .2 沈阳.PLC 在工业机器人中的应用研究J.工业控制计算机. 2010(09).3 柳鹏.我国工业机器人发展及趋势J.机器人技术与应用. 2012(05).4 韩桂荣,陈绪兵.基于 PLC 机器人和视觉系统的汽车轮毂全自动搬运系统设计J.现代制造工程,2017(09):52-58.5 钱晖, 基于智能机器人的汽车轮毂成套自动化生产线的集成与示范应用. 上海市,上海发那科机器人有限公司,2015-06-23.25附录PLC 程序：26ABB 程序：PROC Main()Chushihua;Qlg;Flg;ENDPROCPROC Chushihua()Wait DI QD,1;MoveAbsj anqdNoEOffs, v1000,fine,tool0;IDelete intno1;CONNECT intno1 WITHABBtzh;ISIgnaIDI TZ ,1,intno1;ENDPROCTRAPABBtzhStopMove;StorePath;ENDTRAPPROC QLG()IF GETROB1 =1 THENSet jz;IF GETROB2= 1 THENSet pin17;MoveL Offs(BCPLG,0,0,40),v50,fine,tool0;MoveLBCPLG,v50,fine,tool0;Set jz;IF GETROB3= 1 THENSet pin18;MoveL Offs(CCPLG,0,0,40),v50,fine,tool0;MoveLCCPLG,v50,fine,tool0;Set jz;ENDIF27WaitTime 1;Reset pin16;Reset pin17;Reset pin18;ENDPROCPROC Flg()MoveAbsj anqdNoEOffs, v1000,fine,tool0;MoveL Offs(CSD,0,0,40),v200,fine,tool0;MoveL CSD,v50,fine,tool0;WaitTime 1;Reset jz;MoveL Offs(CSD,0,0,40),v200,fine,tool0;MoveAbsj anqdNoEOffs, v1000,fine,tool0;ENDPROC