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項(xiàng)目背景
傳統(tǒng)的拋光加工，一般采用手工打磨，不能適應(yīng)現(xiàn)代多品種、小批量的生產(chǎn)要求，一般手工作業(yè)不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力、工作效率低下，產(chǎn)品一致性差，且操作環(huán)境惡劣，粉塵也嚴(yán)重影響工人的健康亟待改進(jìn)。
隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，顧客對(duì)產(chǎn)品外形和表面質(zhì)量要求的不斷提高，拋光越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在工業(yè)及民用產(chǎn)品上。采用新型的機(jī)器人拋光系統(tǒng)要比普通手工拋光更能保證加工精度，使加工效率大大提高，工人工作環(huán)境得到改善，同時(shí)為復(fù)雜空間曲面的加工開(kāi)辟了一條更先進(jìn)的途徑。
行業(yè)工藝流程
行李架工藝流程拋光的加工工藝流程如下，其中手工拋光用于拋產(chǎn)品的兩端頭、機(jī)器人拋光用于拋產(chǎn)品的本體：
半成品→拋光前檢驗(yàn)→手工拋光→機(jī)器人自動(dòng)拋光→拋光后檢驗(yàn)
飾條類(lèi)工藝流程拋光的加工工藝流程如下，其中手工拋光用于拋產(chǎn)品的兩端頭、機(jī)器人拋光用于拋產(chǎn)品的本體：
半成品→拋光前檢驗(yàn)→手工拋光→機(jī)器人自動(dòng)拋光→拋光后檢驗(yàn)
設(shè)備布局：包括機(jī)械人拋光區(qū)、工位器具，工裝區(qū)，人工補(bǔ)拋區(qū)，產(chǎn)品暫存區(qū)，布置合理整體設(shè)備符合人機(jī)工程設(shè)計(jì)，詳見(jiàn)平面布局圖。
圖1：行李架拋光機(jī)器人示意圖
解決方案
機(jī)器人拋光機(jī)設(shè)備可采用西門(mén)子S7-1500安全型PLC、西門(mén)子觸摸屏12寸屏、G120系列變頻器、V90伺服驅(qū)動(dòng)裝置和KUKA機(jī)器人制造廠家重載機(jī)器人構(gòu)成，并且采用中央機(jī)架擴(kuò)展配置，該系統(tǒng)完全采用基于PROFINET網(wǎng)絡(luò)的分布式I/O系統(tǒng)，與機(jī)器人控制器也采用PROFINET通訊方式，克服了傳統(tǒng)方案的缺點(diǎn)。
PLC 控制系統(tǒng)中S7-1500產(chǎn)品主要特點(diǎn)
1) 西門(mén)子公司新一代S7-1500集成了運(yùn)動(dòng)控制、工業(yè)信息安全和故障安全功能， 強(qiáng)大的CPU模塊功能可供用戶(hù)使用的充足的資源。
2) 從硬件方面說(shuō)S7-1500PLC的處理速度更快，聯(lián)網(wǎng)能力更強(qiáng)，診斷能力和安全性更高，不僅可節(jié)省成本，提高生產(chǎn)效率，而且安全可靠，維護(hù)簡(jiǎn)單方便，真正成為工廠客戶(hù)和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的首選控制器。
3) S7-1500PLC的組態(tài)和編程效率更高，信息采集和查看更方便，這也是工程設(shè)計(jì)人員的福音。由于S7-1500PLC是無(wú)縫集成到TIA博途軟件中，無(wú)論是硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)連接和上位組態(tài)，還是軟件編程，其操作均簡(jiǎn)單快捷。
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
機(jī)器人拋光機(jī)設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)主要有S7-1500F作為主站，將ET200MP分布式I/O系統(tǒng)、編碼器、變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器V90、觸摸屏、機(jī)器人控制器集成到安全可靠地PROFINET網(wǎng)絡(luò)中下圖二 為網(wǎng)絡(luò)布置圖。
圖2：網(wǎng)絡(luò)布置圖
S7-1500通過(guò)PROFINET通訊控制旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)以及旋轉(zhuǎn)工裝的伺服驅(qū)動(dòng)器。
S7-1500運(yùn)動(dòng)控制功能支持旋轉(zhuǎn)軸、定位軸、同步軸和外部編碼器等工藝對(duì)象，并擁有軸控制面板以及全面的在線和診斷功能，有助于輕松完成驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)試和優(yōu)化工作。旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)以及工裝旋轉(zhuǎn)采用的是西門(mén)子V90伺服驅(qū)動(dòng)器，控制方式采用的是S7-1500通過(guò)PROFINET總線連接驅(qū)動(dòng)及編碼器，單個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置連接示意圖如下圖三，為連接示意圖。
圖3：S7-1500通過(guò)PROFINET總線連接驅(qū)動(dòng)器V90
S7-1500通過(guò)PROFINET通訊控制拋光機(jī)的變頻器
拋光機(jī)采用的是西門(mén)子G120系列變頻器，控制方式采用的是S7-1500通過(guò)PROFINET總線連接驅(qū)動(dòng)器。
S7-1500通過(guò)PROFINET通訊控制拋光機(jī)器人
拋光機(jī)器人采用的庫(kù)卡制造廠家重載機(jī)器人，該機(jī)為6軸關(guān)節(jié)式機(jī)器人。以西門(mén)子PLC為核心，結(jié)合KUKA機(jī)器人 KRC4控制柜設(shè)計(jì)了PROFINET通訊系統(tǒng)如圖六所示。在該系統(tǒng)中,采用西門(mén)子S7-1500PLC作為主站，KRC4控制柜作為從站用來(lái)控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)。KRC4控制柜通過(guò)KLI接口與西門(mén)子交換機(jī)（SCALANCE）相連接，系統(tǒng)總線采用RJ45插頭的雙絞線。系統(tǒng)工作時(shí)，上級(jí)控制器S7-1500PLC通過(guò)外部自動(dòng)運(yùn)行接口向機(jī)器人控制系統(tǒng)發(fā)送機(jī)器人進(jìn)程的相關(guān)信息：運(yùn)行許可，故障確認(rèn)，程序啟動(dòng)等。機(jī)器人控制系統(tǒng)向上級(jí)控制器S7-1500PLC發(fā)送運(yùn)行狀態(tài)與故障狀態(tài)的相關(guān)信息。PC作為組態(tài)和監(jiān)控的控制器對(duì)KRC4控制柜的PROFINET選項(xiàng)進(jìn)行配置，并對(duì)PLC進(jìn)行項(xiàng)目組態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。
圖4： 通訊系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
總結(jié)：基于PROFINET通訊協(xié)議的系統(tǒng)解決方案可以實(shí)現(xiàn)KUKA機(jī)器人、伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器以及觸摸屏與S7-1500PLC的通訊，其通訊速度快，抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)十分穩(wěn)定。通訊連接簡(jiǎn)單，不需要安裝通訊模塊，減少了硬件的配置。并且很好的解決了在實(shí)際工程中經(jīng)常出現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸慢、經(jīng)常斷網(wǎng)的問(wèn)題，優(yōu)化了生產(chǎn)線的通訊結(jié)構(gòu)，提高了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。
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