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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。