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摘 要 本文主要介绍机器人应用于铸造企业泥芯搬运，机器人的组成以及控制，PLC与机器人之间的通讯，机器人安全，PLC之间通讯联络。通过消化吸收国外机器人与PLC技术，深入的了解设备，便于设备的维修与维护，保证企业正常的生产。
关键词 机器人；安全；PLC；DH+；DeviceNet
中图分类号：TP24 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）051-031-02
机器人在国内铸造企业的广泛应用，不但提高了生产效率，而且改善了工人工作环境，大大降低了人的劳动强度，尤其在产品质量上面去除了人为因素的干扰，内废和外废大幅降低，保证了铸件质量的稳定。本文机器人为意大利COMAU公司生产，属6轴关节型通用机器人，用于搬运等场合。该机器人采用交流伺服驱动技术以及高精度、高刚性的减速机，具有良好的低速稳定性和高速动态响应，并可实现免维护功能。该机器人特点是结构简单、故障率低、容易保养维修。机器人主要构成零件少、配件少、维修费用低、电源消耗低。机器人可以设置在狭窄的空间，场地使用效率高，应用灵活。全部控制可在控制柜屏幕上操作即可，操作简单。
1 生产工艺及流程
图1为机器人在制芯车间生产工艺布局，制芯机生产时每射次生产4组泥芯，生产完成后在P00处等待机器人抓取。机器人1#收到取芯信号后将P00处的4组芯抓取并放入旋转工作台的P01位置，放芯完毕后机器人2#在转盘上方等待并发出放芯完成、与转盘不干涉信号。旋转工作台顺时针旋转90度，机器人1#把P01位置已组装好的4组芯抓取到P08处去浸涂料，浸涂料完成后将4组泥芯放置到托盘输送线P07位置，摆放完毕托盘离开进入烘干炉烘干。机器人2#从旋转工作台的P02位置一次抓取2组泥芯，依次摆放到泥芯输送线P05位置2个泥芯输送托盘上，机器人2#回到准备位置，放好泥芯的托盘向前输送。当P06位置上有组装好的泥芯时，机器人2#移至泥芯输送线P06位置上依次抓取已组装好的泥芯，放至旋转工作台PO3位置，机器人2#再次回到准备位置，P06位置上空托盘向前输送。此时机器人2#再次抓取P02位置剩下的2组泥芯，放置到P05位置，然后抓取P06位置组装好的泥芯， 放至旋转工作台PO3剩下的位置，以上步骤完成了四组泥芯的搬运。
2 PLC及其通讯组成
泥芯搬运区域共有4个PLC进行电气自动化控制，PLC1控制射芯机区域，PLC2控制机器人1#、机器人2#、转盘、泥芯浸涂区域，PLC3控制泥芯托盘输送区域，PLC4控制泥芯输送组芯区域。PLC1、PLC2、PLC3使用Rockwell SLC5/04处理器，通过DH+通讯，DH+是一种支持控制设备远方编程和数据采集的工业控制网络。DH+可用于多个处理器之间的大量数据交换，其通讯速度比DH485网快2至11倍。SLC处理器、PLC5处理器和上位计算机都可以通过DH+直接联网。DH+支持菊花链和总线带分支的多种网络方式。SLC5/04提供内置的DH+通讯接口，通讯速率为（57.6K、115.2K、230.4K波特率），内置RS232接口，支持DF1全双工，SCADA主/从通讯的DF1半双工以及ASCⅡ串口设备通讯，还可以通过1747-CP3电缆和1761-NET-AIC接入DH485网，DH+网到DH485网的贯通功能（Passthrough），DF1全双工接口到DH+网的贯通功能（Passthrough）。通过DF1接口（通道0）或DH+接口（通道1），使用1747-SN或1747-BSN扫描器模块实现远程I/O现场总线扩展，使用1747-SDN扫描模块实现DeviceNet现场总线扩展。PLC4使用Rockwell 1769 CompactLogix L35E处理器，用户内存1.5MB，有1个EtherNet/IP端口和一个RS232串行端口，可进行EtherNet、ControlNet、DeviceNet、串行通讯。
3 机器人及其控制集成
泥芯搬運区域共有2台6轴关节式工业机器人组成，机器人型号分别为COMAU SMART NJ370-2.7和SMART H1L。SMART NJ370-2.7为COMAU公司第四代产品，腕关节最大负载370 Kg，1轴最大回转半径2.7 m、回转角度+/-180°，自重2100 Kg，定位精度+/-0.15mm。SMART H1L为COMAU公司第三代产品，腕关节最大负载125 Kg，1轴最大回转半径2.5 m、回转角度+/-180°，自重1500 Kg，定位精度+/-0.30 mm，两台机器人6个轴均使用AC伺服电机并带有绝对编码器。控制柜内有电源模块、控制系统CPU（负责运动轨迹运算和I/O、人机接口处理）、系统I/O模块、外接I/O模块、通讯模块、安全模块，伺服控制部分由伺服CPU（负责6个轴伺服控制运算）、整流模块、6个伺服轴模块。软件安装可以根据厂家提供的系统盘先安装系统软件，再安装伺服控制软件。用户程序使用PDL编程语言，在上述软件安装完毕后通过PC导入。
机器人1#采用DeviceNet与PLC2通讯，在PLC2机架第14、15槽分别有两块1747-SDN DeviceNet扫描模块，14槽1747-SDN模块作为主站与1#机器人作为从站通讯，15槽1747-SDN模块作为从站与PLC4 DeviceNet扫描模块（1769-SDN）为主站通讯。1#机器人端DeviceNet模块配置主要有通讯速率、网络地址有效地址范围为0.63、供应商ID、产品代码、与主站PLC交换的用户字节数、从站交换的输入数等于输出数、控制器序列号。
机器人2#采用Remoter I/O与PLC2通讯，在PLC2机架第1插槽装有1747-SN RIO通讯扫描模块，用RSLogix500软件在与PLC Online下使用Advanced I/O Configuration配置，扫描输入字和扫描输出字均为32，M0控制文件长度3300，M1状态文件长度3300，G文件长度4，通讯扫描模块硬件通讯速率为115.2K，机器人端RIO通讯链路需使用相同的通讯速率115.2K，PLC与机器人通过Belden 9463电缆硬件相连。 机器人在泥芯搬运区域运行时是非常危险的，在机器人活动半径内必须将其用围栏保护起来，以防止未经授权进入运动区，机器人控制柜内提供2种安全措施，急停按钮与安全门开关接入到Pilz安全继电器，当使用急停按钮和安全门时，机器人的运动立即停止，在急停按钮和门开关恢复后，机器人可以继续原来的运动轨迹。如果路径上无障碍物，可直接恢复，若有障碍物或其他情况，必须人工干预或手动将机器人移动到home安全位置，重新循环。
机器人在泥芯搬运时面对不同的设备，图1中机器人1#需在射芯机区域（P00）抓取泥芯，在转盘区域（P01）放置和抓取泥芯，在浸涂区（P08）放置和抓取泥芯，在泥芯托盘输送区（P07）放置泥芯，以上区域都必须在设备和机器人安全的情况下才能进行，即机器人在放置与抓取时设备时不能动作。以射芯机区域为例当机器人1轴角度小于102度高度小于1.53米时，则与射芯机干涉，此时机器人发出指令告诉PLC2，机器人已进入射芯机区域，设备禁止运行，当离开此区域时则解除干涉信号，见以下程序。
4 结论
本文所述泥芯生产搬运是经过设备改造后的全新系统，原系统只有一台机器人SMART H1L处在机器人1#位置，最大只能抓取120 Kg泥芯（包含夾具），在P06处原有一台螺钉机对P03处组装泥芯（螺钉机自使用以来故障率高，不能满足生产需要），因泥芯工艺改变，原射芯机每射次由2组泥芯变成4组泥芯，导致原机器人负载不够，因上述因素对该生产线进行改造，增加大负载机器人和泥芯输送组芯设备，本人全程参加该系统电气控制设计、安装、调试，设备运行以来生产线效率大幅提高，故障率远低于原有系统，达到设计目标，完全满足了生产需要。
参考文献
[1]COMAU.PDL2 rel.5.6X 00/0702[Z].2000.
[2]COMAU.Technical Specifications CR00757445-en_03/1207[Z].
2003.
[3]Rockwell Automation.远程I/O扫描器1747-SN[Z].2004.
[4]Rockwell Automation.SLC 500 DeviceNet Scanner Module[Z].
2000.
作者简介
张军（1969-），男，江苏镇江人，工程师，主要从事电气设备、机器人、PLC及其通讯网络、变频器等日常检修、维护、设备电气改造、新设备安装等工作。
关键词 机器人；安全；PLC；DH+；DeviceNet
中图分类号：TP24 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）051-031-02
机器人在国内铸造企业的广泛应用，不但提高了生产效率，而且改善了工人工作环境，大大降低了人的劳动强度，尤其在产品质量上面去除了人为因素的干扰，内废和外废大幅降低，保证了铸件质量的稳定。本文机器人为意大利COMAU公司生产，属6轴关节型通用机器人，用于搬运等场合。该机器人采用交流伺服驱动技术以及高精度、高刚性的减速机，具有良好的低速稳定性和高速动态响应，并可实现免维护功能。该机器人特点是结构简单、故障率低、容易保养维修。机器人主要构成零件少、配件少、维修费用低、电源消耗低。机器人可以设置在狭窄的空间，场地使用效率高，应用灵活。全部控制可在控制柜屏幕上操作即可，操作简单。
1 生产工艺及流程
图1为机器人在制芯车间生产工艺布局，制芯机生产时每射次生产4组泥芯，生产完成后在P00处等待机器人抓取。机器人1#收到取芯信号后将P00处的4组芯抓取并放入旋转工作台的P01位置，放芯完毕后机器人2#在转盘上方等待并发出放芯完成、与转盘不干涉信号。旋转工作台顺时针旋转90度，机器人1#把P01位置已组装好的4组芯抓取到P08处去浸涂料，浸涂料完成后将4组泥芯放置到托盘输送线P07位置，摆放完毕托盘离开进入烘干炉烘干。机器人2#从旋转工作台的P02位置一次抓取2组泥芯，依次摆放到泥芯输送线P05位置2个泥芯输送托盘上，机器人2#回到准备位置，放好泥芯的托盘向前输送。当P06位置上有组装好的泥芯时，机器人2#移至泥芯输送线P06位置上依次抓取已组装好的泥芯，放至旋转工作台PO3位置，机器人2#再次回到准备位置，P06位置上空托盘向前输送。此时机器人2#再次抓取P02位置剩下的2组泥芯，放置到P05位置，然后抓取P06位置组装好的泥芯， 放至旋转工作台PO3剩下的位置，以上步骤完成了四组泥芯的搬运。
2 PLC及其通讯组成
泥芯搬运区域共有4个PLC进行电气自动化控制，PLC1控制射芯机区域，PLC2控制机器人1#、机器人2#、转盘、泥芯浸涂区域，PLC3控制泥芯托盘输送区域，PLC4控制泥芯输送组芯区域。PLC1、PLC2、PLC3使用Rockwell SLC5/04处理器，通过DH+通讯，DH+是一种支持控制设备远方编程和数据采集的工业控制网络。DH+可用于多个处理器之间的大量数据交换，其通讯速度比DH485网快2至11倍。SLC处理器、PLC5处理器和上位计算机都可以通过DH+直接联网。DH+支持菊花链和总线带分支的多种网络方式。SLC5/04提供内置的DH+通讯接口，通讯速率为（57.6K、115.2K、230.4K波特率），内置RS232接口，支持DF1全双工，SCADA主/从通讯的DF1半双工以及ASCⅡ串口设备通讯，还可以通过1747-CP3电缆和1761-NET-AIC接入DH485网，DH+网到DH485网的贯通功能（Passthrough），DF1全双工接口到DH+网的贯通功能（Passthrough）。通过DF1接口（通道0）或DH+接口（通道1），使用1747-SN或1747-BSN扫描器模块实现远程I/O现场总线扩展，使用1747-SDN扫描模块实现DeviceNet现场总线扩展。PLC4使用Rockwell 1769 CompactLogix L35E处理器，用户内存1.5MB，有1个EtherNet/IP端口和一个RS232串行端口，可进行EtherNet、ControlNet、DeviceNet、串行通讯。
3 机器人及其控制集成
泥芯搬運区域共有2台6轴关节式工业机器人组成，机器人型号分别为COMAU SMART NJ370-2.7和SMART H1L。SMART NJ370-2.7为COMAU公司第四代产品，腕关节最大负载370 Kg，1轴最大回转半径2.7 m、回转角度+/-180°，自重2100 Kg，定位精度+/-0.15mm。SMART H1L为COMAU公司第三代产品，腕关节最大负载125 Kg，1轴最大回转半径2.5 m、回转角度+/-180°，自重1500 Kg，定位精度+/-0.30 mm，两台机器人6个轴均使用AC伺服电机并带有绝对编码器。控制柜内有电源模块、控制系统CPU（负责运动轨迹运算和I/O、人机接口处理）、系统I/O模块、外接I/O模块、通讯模块、安全模块，伺服控制部分由伺服CPU（负责6个轴伺服控制运算）、整流模块、6个伺服轴模块。软件安装可以根据厂家提供的系统盘先安装系统软件，再安装伺服控制软件。用户程序使用PDL编程语言，在上述软件安装完毕后通过PC导入。
机器人1#采用DeviceNet与PLC2通讯，在PLC2机架第14、15槽分别有两块1747-SDN DeviceNet扫描模块，14槽1747-SDN模块作为主站与1#机器人作为从站通讯，15槽1747-SDN模块作为从站与PLC4 DeviceNet扫描模块（1769-SDN）为主站通讯。1#机器人端DeviceNet模块配置主要有通讯速率、网络地址有效地址范围为0.63、供应商ID、产品代码、与主站PLC交换的用户字节数、从站交换的输入数等于输出数、控制器序列号。
机器人2#采用Remoter I/O与PLC2通讯，在PLC2机架第1插槽装有1747-SN RIO通讯扫描模块，用RSLogix500软件在与PLC Online下使用Advanced I/O Configuration配置，扫描输入字和扫描输出字均为32，M0控制文件长度3300，M1状态文件长度3300，G文件长度4，通讯扫描模块硬件通讯速率为115.2K，机器人端RIO通讯链路需使用相同的通讯速率115.2K，PLC与机器人通过Belden 9463电缆硬件相连。 机器人在泥芯搬运区域运行时是非常危险的，在机器人活动半径内必须将其用围栏保护起来，以防止未经授权进入运动区，机器人控制柜内提供2种安全措施，急停按钮与安全门开关接入到Pilz安全继电器，当使用急停按钮和安全门时，机器人的运动立即停止，在急停按钮和门开关恢复后，机器人可以继续原来的运动轨迹。如果路径上无障碍物，可直接恢复，若有障碍物或其他情况，必须人工干预或手动将机器人移动到home安全位置，重新循环。
机器人在泥芯搬运时面对不同的设备，图1中机器人1#需在射芯机区域（P00）抓取泥芯，在转盘区域（P01）放置和抓取泥芯，在浸涂区（P08）放置和抓取泥芯，在泥芯托盘输送区（P07）放置泥芯，以上区域都必须在设备和机器人安全的情况下才能进行，即机器人在放置与抓取时设备时不能动作。以射芯机区域为例当机器人1轴角度小于102度高度小于1.53米时，则与射芯机干涉，此时机器人发出指令告诉PLC2，机器人已进入射芯机区域，设备禁止运行，当离开此区域时则解除干涉信号，见以下程序。
4 结论
本文所述泥芯生产搬运是经过设备改造后的全新系统，原系统只有一台机器人SMART H1L处在机器人1#位置，最大只能抓取120 Kg泥芯（包含夾具），在P06处原有一台螺钉机对P03处组装泥芯（螺钉机自使用以来故障率高，不能满足生产需要），因泥芯工艺改变，原射芯机每射次由2组泥芯变成4组泥芯，导致原机器人负载不够，因上述因素对该生产线进行改造，增加大负载机器人和泥芯输送组芯设备，本人全程参加该系统电气控制设计、安装、调试，设备运行以来生产线效率大幅提高，故障率远低于原有系统，达到设计目标，完全满足了生产需要。
参考文献
[1]COMAU.PDL2 rel.5.6X 00/0702[Z].2000.
[2]COMAU.Technical Specifications CR00757445-en_03/1207[Z].
2003.
[3]Rockwell Automation.远程I/O扫描器1747-SN[Z].2004.
[4]Rockwell Automation.SLC 500 DeviceNet Scanner Module[Z].
2000.
作者简介
张军（1969-），男，江苏镇江人，工程师，主要从事电气设备、机器人、PLC及其通讯网络、变频器等日常检修、维护、设备电气改造、新设备安装等工作。