工业机器人操作与应用（中级） 课件 第3、4章 KRC4系统自动化调试、机器人干涉区

工业机器人操作与应用（中级）KRC4自动化调试第三章工业和信息化工业机器人技术技能人才培养工程系列丛书01KRC4系统工作站调试KRC4自动化调试在实际的生产制造过程中，用户按照工艺要求完成指定的工作任务，一般需要配备PLC系统（外围控制系统）、工业机器人、工装夹具、传感器、安全控制单元、气动控制单元及必要的工艺控制设备等，特殊的工艺还需要配备变位机。1KRC4自动化调试我们把这样的一组设备称为机器人工作站。1KRC4自动化调试机器人工作站的组成1.PLC系统PLC系统主要负责采集现场执行设备的数据信息、信号状态，如现场的传感器检测信号、阀岛控制信号、线圈反馈信号、安全相关信号及KRC4系统与PLC系统之间的交互信号等，然后按照工艺要求及控制时序发送控制指令。1KRC4自动化调试机器人工作站的组成1.PLC系统在一些特殊的工艺中，PLC系统有时也要采集工艺设备的状态信号，以弧焊焊接工作站为例，PLC系统可以采集焊接故障信号、焊接设备状态信息、周边的焊接气体压力信号、清枪剪丝站信号等。1KRC4自动化调试机器人工作站的组成2.工业机器人工业机器人，主要包括机器人本体、KRC4系统及示教器。工业机器人主要用千接收PLC系统发出的程序指令，程序指令经过KRC4系统的处理后，机器人本体将按照工艺要求进行作业。1KRC4自动化调试机器人工作站的组成2.工业机器人同时，KRC4系统产生的故障信息、运行状态及数据信息将通过1/0接口发送给PLC系统。1KRC4自动化调试机器人工作站的组成3.辅助设备辅助设备包括工装夹具、传感器、安全控制单元、气动控制单元、工艺控制设备等。1KRC4自动化调试机器人工作站的组成3.辅助设备真实场景中的辅助设备示例，物料存储单元属于工艺控制单元，抓手属千气动控制单元，防碰撞的气动装置属千安全控制单元。辅助设备的设计要严格根据工艺要求进行，本书以搬运用途为例进行说明。1KRC4自动化调试机器人工作站的组成3.辅助设备1KRC4自动化调试机器人工作站的组成3.辅助设备在实际的生产制造过程中，要充分考虑现场阀岛的控制方式、抓手的规格尺寸及快换装置的使用情况等。1KRC4自动化调试机器人工作站的组成3.辅助设备1KRC4自动化调试KRC4系统配置流程下面以支持PROFINET工业网络通信的KRC4系统配置为例，说明配置流程。·通过WorkVisual软件建立项目，导入系统所需的GSD文件。·安装PROFINET驱动程序。·将KRC4系统作为1/0控制器，进行硬件组态及相关参数配置。·将KRC4系统作为1/0从属设备，进行1/0信号及相关参数配置。2KRC4自动化调试KRC4系统配置流程下面以支持PROFINET工业网络通信的KRC4系统配置为例，说明配置流程。·进行KRC4系统安全配置（如果支持PROFisafe安全通信协议）。·配置工业网络的IP地址、子网掩码、网关等参数。·将KRC4系统作为1/0从属设备，与PLC系统进行1/0逻辑连接。·将KRC4系统作为1/0控制器，与外围设备进行1/0逻辑连接。2KRC4自动化调试KRC4系统配置流程下面以支持PROFINET工业网络通信的KRC4系统配置为例，说明配置流程。·配置KRC4系统的外部自动运行接口，编写机器人主程序CELL.SRC。·利用WorkVisual软件将配置生成的代码下载至KRC4系统。·检查KRC4系统的1/0配置是否正确。·检查CELL.SRC程序的架构及嵌套语法是否正确。2KRC4自动化调试KRC4系统配置流程下面以支持PROFINET工业网络通信的KRC4系统配置为例，说明配置流程。·运行程序。·问题的排查、解决，程序的优化。2KRC4自动化调试PLC系统配置流程以西门子S7-300系列PLC系统为例，说明配置流程。新建一个STEP7（西门子PLC编程软件）项目，检查项目SD文件是否满足硬件配置。将KRC4系统的GSD文件导入STEP7软件。3KRC4自动化调试PLC系统配置流程在STEP7软件的系统硬件组态界面将KRC4系统组态至网络。设定KRC4系统的设备名称、设备编号和IP地址（这些参数需要与在KRC4系统中设定的参数一致）3KRC4自动化调试PLC系统配置流程在“PLC"—“Ethernet"菜单下，有3个选项，说明如下。•EditEthernetNode：编辑网络节点的地址，通过扫描MAC地址获得网络上的所有设备信息。•VerifyDeviceName:确认设备名称。•AssignDeviceName:定义设备名称。选择“VerifyDeviceName"选项，确认设备名称。进行PROFisafe安全配置。3KRC4自动化调试PLC系统配置流程机器人工作站与安全相关的配置，一般是指对外围设备中与安全相关的信号进行配置，如急停开关、安全门锁、区域安全信号、安全光栅等。根据不同的安全等级要求，用户可采用不同的安全配置方式，可采用传统的硬接线方式，也可采用通信协议方式。3KRC4自动化调试PLC系统配置流程下面基于安全通信协议PROFisafe进行安全I/0模块(4/8F-DIDC24V)的配置。3KRC4自动化调试PLC系统配置流程以西门子S7-300系列PLC系统为例，说明配置流程。新建一个STEP7（西门子PLC编程软件）项目，检查项目SD文件是否满足硬件配置。将KRC4系统的GSD文件导入STEP7软件。3KRC4自动化调试PLC系统配置流程在STEP7软件的系统硬件组态界面将KRC4系统组态至网络。设定KRC4系统的设备名称、设备编号和IP地址（这些参数需要与在KRC4系统中设定的参数一致）3KRC4自动化调试PLC系统配置流程F参数(F-parameters)F参数用于设置本模块与CPU进行故障安全通信时所需要的参数。F源地址(F_source_address)和F目的地址(F_dest_address):F源地址为PROFisafe地址，用于唯识别CPU和F目的模块，此地址在工作站及整个网络中唯。3KRC4自动化调试PLC系统配置流程F参数(F-parameters)F目的地址为对应的安全1/0模块的地址，必须与DIP模块(PLC系统模拟量扩展模块）设置的地址一样，一般情况下，为避免地址分配错误，系统会自动分配此地址，且唯一。3KRC4自动化调试PLC系统配置流程F参数(F-parameters)DIP开关设置(DIPswitchsetting)：用二进制数表示F目的地址，在安装安全1/0模块前，必须先设置好DIP开关。F监控时间(Fmonitoringtime):CPU与本模块之间安全通信的PROFisafe监控时间，此时间应保证本模块能在规定的时间内收到CPU发来的有效安全消息帧。3KRC4自动化调试PLC系统配置流程模块参数(Moduleparameter)输入延时(Inputdelay)：保证模块不发生输入信号的抖动和脉冲跳变所需要的最小时间。短路测试(Short-c江cuittest)：特定的时间间隔内临时切断输入信号电源来检测输入通道内是否存在短路，激活此功能时必须禁用空闲通道且采用内部电源供电。3KRC4自动化调试PLC系统配置流程模块参数(Moduleparameter)通道发生故障之后的行为(Behaviorafterchannelfailure)：通道发生故障后可以选择钝化某个通道，也可以选择钝化整个模块。所谓钝化就是以“O"信号代替实际运算结果。其他通道参数与通道0,4参数的含义相同，可参考设置。所有参数设定完成后，保存、编译程序，将其下载至CPU。3KRC4自动化调试PLC程序块概览PLC系统主要用于与外围设备进行数据通信和信息状态采集，在PLC系统中需要编写相应的程序块。在完成项目建立、硬件组态后，用户需要在BLOCKS节点下建立相应的程序块，主要包括OB块、FB块、FC块及安全专用的FB块（黄色标识并加锁的程序块）和FC块等。下面主要介绍OB块、FB块、FC块。4KRC4自动化调试PLC程序块概览1.OB块OB块为组织块，是操作系统和用户程序之间的接口程序块，在CPU启动时／在一个循环或时钟执行时／在发生故障时／在发生硬件中断时用千执行具体的程序，OB块根据其优先级执行。不是所有的CPU都能处理STEP7中所有的OB块，要根据CPU类型手册查看其支持的OB块类型。4KRC4自动化调试PLC程序块概览1.OB块常用的OB块如下。OBl:程序循环组织块。OB35:循环中断组织块。OB82:诊断中断组织块。OB86:机架故障诊断块。OBlOO:启动类型块。OB121：编程故障诊断块。OB122:1/0访问故障诊断块。4KRC4自动化调试PLC程序块概览2.FB块、FC块FB块、FC块为功能块，主要作用是实现相同逻辑控制的重复调用，通过形参编写内部控制逻辑，调用时通过实参为形参赋值，完成控制。与FC块相比，FB块的功能更强大，FB块中带有一个存储区，也就是系统会为FB块分配一个局部数据块，该数据块称为背景数据块，当调用FB块时，指定背景数据块的编号，该数据块将自动打开。背景数据块用于存储静态变量，退出时数据仍能够保存。FC块中没有静态变量，因此数据无法保存。4KRC4自动化调试PLC程序调用架构PLC程序调用架构，用户可根据编程需要对架构进行修改，但要体现结构化编程思想。PLC程序调用架构主要包括两部分，一是标准程序的调用架构，由组织块0B1完成；二是安全程序的调用架构，由组织块OB35完成。5KRC4自动化调试PLC程序调用架构PLC程序调用架构，用户可根据编程需要对架构进行修改，但要体现结构化编程思想。标准程序和安全程序是在相同的编程环境下创建的，在CPU中独立运行，因为这两种程序在同一个CPU中共存，所以它们之间的通信可通过全局变量来实现。用户在标准程序中所做的更改不会影响安全程序。5KRC4自动化调试PLC程序调用架构PROFisafe安全通信协议用千安全通信，通过PROFisafe可将用于标准通信的现有网络基础设施同时用千与安全相关（故障安全）的通信。由于安全数据与标准数据通过PROFisafe在同一条总线上传输，因此可以使用现有的标准总线协议(PROFIBUSDP或PROFINET)，并将安全数据作为附加数据传输(PROFisafe层）。5KRC4自动化调试PLC程序调用架构通过PROFisafe安全通信协议可以完成采用常规解决方案（如急停的硬接线）或专用总线才能完成的安全通信任务，并且不需要增加额外的附加硬件组件，同时还可以将具有PROFisafe安全功能的1/0标准设备集成到安全系统中。5KRC4自动化调试机器人功能块用于PLC系统与KRC4系统进行信号交互的程序块为FB3,用户可根据实际需要自行设计。示例中，DB40为FB3的背景数据块，用户可根据需要进行设计和更改，其在机器人程序块中唯一。6KRC4自动化调试机器人安全相关程序块PLC系统通过PROFisafe安全通信协议进行安全信号处理，通过调用西门子系统的安全程序块FB217完成，D8217块为FB217块的背景数据块，存储相关安全数据，用户可根据需要进行设计和更改。机器人工作站中的所有急停信号都需要通过PROFisafe安全通信协议进行安全信号处理，通过调用西门子系统的安全程序块FB215完成，DB215块为FB215块的背景数据块，存储相关安全信息，用户可根据需要进行设计和更改。702KRC4系统线体调试KRC4自动化调试LC系统作为整条生产线的控制单元，负责各工位或线体间的数据传输和信号采栠，实时监控故障的发生状况及设备的工作状态，并通过硬件配置及软件程序进行相应的故障及状态分析。本节主要介绍两个机器人工作站（两个PLC系统）之间的硬件配置及数据通信配置，模拟生产现场的上下游生产线。1KRC4自动化调试PLC项目架构线体联动是通过PLC系统之间的数据传输完成的，下面用两个PLC系统之间的通信实现线体联动。1KRC4自动化调试PLC硬件组态在项目line187中分别完成MS_pLC4系统和MS_PLC5系统的硬件组态，本例中将MS_PLC4系统作为VO控制器，MS_PLC5系统作为VO从属设备。2KRC4自动化调试PLC硬件组态1.MS_PLC4系统硬件组态2.MS_PLC4系统与MS_PLCS系统之间的1/0映射3.MS_PLCS系统作为1/0从屈设备4.MS_PLC4系统与MS_PLCS系统的标准通信2感谢观看，再见！工业机器人操作与应用（中级）工业和信息化工业机器人技术技能人才培养工程系列丛书工业机器人操作与应用（中级）机器人干涉区第四章工业和信息化工业机器人技术技能人才培养工程系列丛书01机器人干涉区概述机器人干涉区概述在焊装生产线上，同工位的机器人在运行过程中需要进入同区域工作，从而在空间上产生重叠（重叠区域称为机器人干涉区），但对进入的先后次序无严格要求。在实际生产过程中，一般采用提高机器人运动速度的方式来缩短生产节拍，如果不能很好地设定干涉区的大小，将会出现没必要的等待，从而造成时间的浪费。机器人干涉区概述因而在保证安全的清况下，应尽可能将干涉区设定得小一些，避免由于等待而出现的时间延迟现象，这就需要设备之间能很好地进行时空上的协调。在定义干涉区时，只能从空间角度去考虑干涉问题，不能考虑工作时间的先后性，因为时间上的避让是不可靠的。机器人干涉区概述为了保障安全，我们设定每次最多只允许1个设备进入干涉区，而干涉区尽可能小，可以保障设备在更大空间内的运动不受制约，便于实现生产节拍的优化。02机器人干涉区控制逻辑机器人干涉区控制逻辑在实际生产过程中，干涉区的控制是由上位控制系统PLC统一进行的，PLC系统会根据各机器人当前的状态判断是否允许机器人进入干涉区，干涉区的进入是随机的，不存在先后问题，因此需要通过KRC4系统与PLC系统之间的信号交互完成，相关信号包括：机器人是否在干涉区外、机器人是否请求进入干涉区、是否允许机器人进入干涉区。PLC系统收到上述信号后决定是否允许机器入进入干涉区。机器人干涉区控制逻辑机器人干涉区控制逻辑KRC4系统信号PLC系统信号R1输出信号OUT[368]RI在干涉区外IN[368)PLC系统接收RI的信号输出信号OUT[352]RI诮求进入干涉区IN[352]PLC系统接收RI的信号输入信号IN[368]允许Rl进入干涉区OUT[368]PLC系统发送给Rl的信号R2输出信号OUT[468]R2在于涉区外IN[468]PLC系统接收R2的信号输出倍号OUT[452]R2诮求进入干涉区IN[452]PLC系统接收R2的信号输入信号IN[468]允许R2进入干涉区OUT[468]PLC系统发送给R2的信号机器人干涉区控制逻辑根据干涉区控制时序图编写机器人程序，由于Rl与R2的机器人程序只在信号上有所不同，程序架构完全相同，因此下面仅以Rl为例进行说明。机器人干涉区控制逻辑OUT368'R