本文采用菲尼克斯電氣無(wú)線模塊和FIELD-LINE總線模塊相結(jié)合的方案，對(duì)總裝涂膠機(jī)器人的LOOP總線進(jìn)行了更換，改造后不僅總線故障率為零，保證了后續(xù)備件的充足供應(yīng)，還可節(jié)省每年更換備件的費(fèi)用。
□神龍汽車有限公司 顧 黎
神龍汽車有限公司武漢一廠總裝S1線涂膠機(jī)器人自投產(chǎn)以來(lái)，一直使用菲尼克斯電氣的LOOP總線，該總線產(chǎn)品自2005年就已經(jīng)停產(chǎn)，無(wú)法采購(gòu)，庫(kù)存?zhèn)浼惨呀?jīng)為零，一旦出現(xiàn)故障就面臨停線的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)機(jī)器人的工作特點(diǎn)，我們決定采用無(wú)線模塊和FIELD-LINE總線模塊相結(jié)合的方案，對(duì)機(jī)器人的總線進(jìn)行更換，該項(xiàng)目由總裝維修在高溫假期間自改完成。
改造目標(biāo)
此次改造的目的是淘汰老化已停產(chǎn)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(chǎn)品。S1線的ABB涂膠機(jī)器人外圍共有15個(gè)LOOP總線模塊，其中有6個(gè)安裝在機(jī)器人端拾器上，其余的9個(gè)分別安裝在前、后風(fēng)窗和涂膠泵站上；根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，我們的改造方案是將前風(fēng)窗、后風(fēng)窗和涂膠泵站上的9個(gè)LOOP總線模塊更換為FIELD-LINE總線模塊，將機(jī)器人端拾器上的6個(gè)LOOP總線模塊更換為無(wú)線模塊。圖1是改造之前機(jī)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(gè)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(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)）。
圖1 改造之前的機(jī)器人總線CMD組態(tài)
方法和難點(diǎn)
先將機(jī)器人程序、PLC程序和CMD程序全部備份，再將前風(fēng)窗、后風(fēng)窗、機(jī)器人端拾器和膠站上的總線模塊做好標(biāo)記后拆除。
拆除舊模塊后，按照之前設(shè)計(jì)的CMD組態(tài)來(lái)固定新模塊，圖2所示為新CMD組態(tài)，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(gè)站點(diǎn)，分別是前風(fēng)窗、后風(fēng)窗和膠站（機(jī)器人端拾器使用的是無(wú)線模塊，受控于“7.2”和“7.6”這兩個(gè)無(wú)線基站模塊，并不單獨(dú)組成一個(gè)站點(diǎn)）。
圖2 改造之后的機(jī)器人總線新CMD組態(tài)
安裝完模塊后，就開始進(jìn)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(gè)環(huán)形（以機(jī)器人為例，LOOP環(huán)的電源線從電柜中的LOOP總線分支模塊出來(lái)，經(jīng)過(guò)前風(fēng)窗－機(jī)器人端拾器－后風(fēng)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(wèn)題是當(dāng)這個(gè)LOOP環(huán)斷開時(shí)（比如電纜斷路），很難立即判斷出到底是哪一段出現(xiàn)斷點(diǎn)（可能是電柜到前風(fēng)窗，或者前風(fēng)窗到機(jī)器人端拾器，又或者是機(jī)器人端拾器到后風(fēng)窗，還有可能是后風(fēng)窗到膠站，或是膠站到電柜），就像串聯(lián)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(lián)電路的方式，即以電柜為中心，同時(shí)分出四路電源，分別給前風(fēng)窗、后風(fēng)窗、膠站和機(jī)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(gè)站點(diǎn)斷電，可以很容易查到是哪一路電源線的問(wèn)題。
完成了電源接線并通電測(cè)試后，就開始了最為繁瑣的信號(hào)接線和對(duì)點(diǎn)工作。在前風(fēng)窗和后風(fēng)窗站點(diǎn)上各有一個(gè)模擬量輸入模塊，作用是將兩個(gè)位移傳感器發(fā)出的0～10V信號(hào)轉(zhuǎn)化反應(yīng)到程序中，在觸摸屏上顯示出來(lái)。完成接線后，手動(dòng)測(cè)試時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)際測(cè)量值和以前有很大的不同，而且前后風(fēng)窗都是如此，這樣基本可以排除模塊本身的故障。經(jīng)過(guò)仔細(xì)比較，發(fā)現(xiàn)LOOP總線模塊和FIELD-LINE總線模塊的針腳定義不完全相同，這導(dǎo)致了測(cè)量值出現(xiàn)偏差，將位移傳感器的進(jìn)線更改為適應(yīng)新模塊的接法后，再進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量值和以前完全一樣。
技術(shù)原理
1.無(wú)線總線的優(yōu)點(diǎn)
（1）由于涂膠機(jī)器人工作方式的限制，總線模塊必須固定在機(jī)器人的端拾器上，隨機(jī)器人一起運(yùn)動(dòng)，原來(lái)采用LOOP總線方式時(shí)，連接總線模塊的既有電源電纜，又有信號(hào)電纜，在護(hù)管中互相摩擦，幾乎每隔3個(gè)月就要進(jìn)行整體更換；采用了無(wú)線技術(shù)后，護(hù)管中電纜的數(shù)量由原來(lái)的3根減少到1根，取消了信號(hào)電纜，實(shí)現(xiàn)了我們對(duì)設(shè)備自由移動(dòng)和無(wú)損耗傳輸介質(zhì)的需求。
（2）機(jī)器人島中的現(xiàn)場(chǎng)情況、障礙以及狹小的空間決定了無(wú)線傳輸?shù)目煽啃?、?shí)用性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的復(fù)雜布線。采用了無(wú)線技術(shù)以后，信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?、操作性、?yōu)異的診斷功能以及快速簡(jiǎn)單的排障功能都得到了很好的驗(yàn)證，在安裝調(diào)試過(guò)程中，無(wú)線模塊也能夠快速地接入已有控制系統(tǒng)。
2.無(wú)線總線的傳輸
（1）INTERBUS無(wú)線總線是靠藍(lán)牙傳輸?shù)模疃嗫陕?lián)7個(gè)從站，對(duì)帶寬要求較低，傳輸?shù)氖切?shù)據(jù)包，可以進(jìn)行快速和穩(wěn)定的傳輸。由于采用的是FHSS（跳頻擴(kuò)頻）技術(shù)和免費(fèi)頻段，所以可以與WLAN和手機(jī)藍(lán)牙等設(shè)備并行，不用擔(dān)心干擾源問(wèn)題。
（2）無(wú)線傳輸從根本上避免了機(jī)器人工作方式易產(chǎn)生的抖動(dòng)、干擾和丟失等弊端，特別是解決了信號(hào)傳輸量限制的根本問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)信息的全采集，提高了可靠性和穩(wěn)定性，也給操作和維護(hù)帶來(lái)了方便。
（3）同時(shí)提供了系統(tǒng)無(wú)線接入點(diǎn)，解決了機(jī)器人端拾器與地面總線連接的問(wèn)題。在對(duì)總線系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、參數(shù)變更、故障檢查和維護(hù)時(shí)無(wú)需采用以往空中操作或隨行方式，可以在無(wú)線系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)的任意位置通過(guò)無(wú)線客戶端（如筆記本電腦）對(duì)系統(tǒng)全部被控點(diǎn)進(jìn)行操作和監(jiān)控。
（4）無(wú)線傳輸提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性，將來(lái)要想增加I/O點(diǎn)，控制系統(tǒng)只需增加一套輸入輸出模塊和一個(gè)無(wú)線基站即可。
（5）無(wú)線傳輸系統(tǒng)保證了無(wú)機(jī)械摩損，無(wú)需參考點(diǎn)，絕對(duì)位置測(cè)量，實(shí)時(shí)檢測(cè)，最大限度地實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的智能化。
3.程序處理
（1）在改造過(guò)程中最重要的是程序的編輯，就是在CMD組態(tài)中定義I/O點(diǎn)，將其與PLC程序中的I/O點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。對(duì)點(diǎn)有兩種方法，第一種方法是在CMD組態(tài)的過(guò)程數(shù)據(jù)字中僅僅定義一個(gè)字（例如E48），這樣在PLC程序中將會(huì)自動(dòng)生成I48.0～I(xiàn)48.7這8個(gè)輸入點(diǎn)，這樣做的話，在CMD組態(tài)時(shí)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(cuò)；第二種方法是在CMD組態(tài)時(shí)就一個(gè)一個(gè)定義模塊上的過(guò)程數(shù)據(jù)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(tài)時(shí)一一定義模塊上的過(guò)程數(shù)據(jù)字
（2）無(wú)線模塊和無(wú)線基站的對(duì)地址方法：首先確認(rèn)一個(gè)無(wú)線基站需要帶幾個(gè)無(wú)線模塊，是什么類型的，然后將無(wú)線基站上的Process data width settings（過(guò)程數(shù)據(jù)字長(zhǎng)度）撥至幾（具體算法是：無(wú)線基站本身占2個(gè)字，DIO模塊每個(gè)占1個(gè)字，AIO模塊每個(gè)占3個(gè)字，比如一個(gè)無(wú)線基站帶了3個(gè)DIO模塊則過(guò)程數(shù)據(jù)字長(zhǎng)度為2＋1＋1＋1＝5；一個(gè)無(wú)線基站帶了3個(gè)AIO模塊則過(guò)程數(shù)據(jù)字長(zhǎng)度為2＋3＋3＋3＝11），然后再將Device number settings（設(shè)備數(shù)量設(shè)置）撥至1，表示現(xiàn)在對(duì)第一個(gè)無(wú)線模塊，再將第一個(gè)無(wú)線模塊上的ID-PLUG插頭插在無(wú)線基站的ID-PLUG上，當(dāng)下面的指示燈由橙色變成綠色，就表示該無(wú)線模塊的地址對(duì)完了。
結(jié)語(yǔ)
將菲尼克斯電氣無(wú)線總線模塊應(yīng)用在涂膠機(jī)器人以及西門子S7型PLC中，這對(duì)我們來(lái)說(shuō)是第一次嘗試，應(yīng)用在涂膠機(jī)器人中能夠充分地發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)，性價(jià)比很高。這在國(guó)內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用在涂膠機(jī)器人系統(tǒng)中，特別是機(jī)器人可以自動(dòng)抓取、涂膠和安裝項(xiàng)目中是一個(gè)全新的嘗試。我們使用半年以來(lái)，不僅總線故障率為零，保證了后續(xù)備件的充足供應(yīng)，每年還可節(jié)省更換備件費(fèi)用超過(guò)5萬(wàn)元。
