菲尼克斯电气无线技术在总装涂胶机器人上的应用

　　本文采用菲尼克斯电气无线模块和FIELD-LINE总线模块相结合的方案，对总装涂胶机器人的LOOP总线进行了更换，改造后不仅总线故障率为零，保证了后续备件的充足供应，还可节省每年更换备件的费用。

　　神龙汽车有限公司武汉一厂总装S1线涂胶机器人自投产以来，一直使用菲尼克斯电气的LOOP总线，该总线产品自2005年就已经停产，无法采购，库存备件也已经为零，一旦出现故障就面临停线的风险。针对机器人的工作特点，我们决定采用无线模块和FIELD-LINE总线模块相结合的方案，对机器人的总线进行更换，该项目由总装维修在高温假期间自改完成。 

　　改造目标 

　　此次改造的目的是淘汰老化已停产的LOOP总线模块，将其全部更换为菲尼克斯电气目前的主流产品。S1线的ABB涂胶机器人外围共有15个LOOP总线模块，其中有6个安装在机器人端拾器上，其余的9个分别安装在前、后风窗和涂胶泵站上；根据这个特点，我们的改造方案是将前风窗、后风窗和涂胶泵站上的9个LOOP总线模块更换为FIELD-LINE总线模块，将机器人端拾器上的6个LOOP总线模块更换为无线模块。图1是改造之前机器人总线的CMD程序截图，可以看出从"4.17模块"到"4.31模块"一共15个模块都是使用的LOOP总线，而从"4.0模块"到"4.16模块"使用的都是菲尼克斯电气的IN-LINE总线（该总线模块属于通用型，没有停产的风险）。 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1 改造之前的机器人总线CMD组态

　　方法和难点

　　先将机器人程序、PLC程序和CMD程序全部备份，再将前风窗、后风窗、机器人端拾器和胶站上的总线模块做好标记后拆除。

　　拆除旧模块后，按照之前设计的CMD组态来固定新模块，图2所示为新CMD组态，其中"4.0模块"到"4.16模块"没有更换，取消了原有的"4.17"到"4.31模块"，改成了3个站点，分别是前风窗、后风窗和胶站（机器人端拾器使用的是无线模块，受控于"7.2"和"7.6"这两个无线基站模块，并不单独组成一个站点）。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2 改造之后的机器人总线新CMD组态

　　安装完模块后，就开始进行电源接线。在原有的LOOP总线模式下，所有的模块被电源线串成一个环形（以机器人为例，LOOP环的电源线从电柜中的LOOP总线分支模块出来，经过前风窗－机器人端拾器－后风窗－胶站，最后再回到电柜中的LOOP总线分支模块），这样做的最大问题是当这个LOOP环断开时（比如电缆断路），很难立即判断出到底是哪一段出现断点（可能是电柜到前风窗，或者前风窗到机器人端拾器，又或者是机器人端拾器到后风窗，还有可能是后风窗到胶站，或是胶站到电柜），就像串联电路一样，很难判断故障的根源。在这次改造中，我们决定摒弃这种连接方式，而采用并联电路的方式，即以电柜为中心，同时分出四路电源，分别给前风窗、后风窗、胶站和机器人端拾器上的总线模块供电，四路电源互不干涉。这样做的好处是，如果某一个站点断电，可以很容易查到是哪一路电源线的问题。

　　完成了电源接线并通电测试后，就开始了最为繁琐的信号接线和对点工作。在前风窗和后风窗站点上各有一个模拟量输入模块，作用是将两个位移传感器发出的0～10V信号转化反应到程序中，在触摸屏上显示出来。完成接线后，手动测试时我们发现，实际测量值和以前有很大的不同，而且前后风窗都是如此，这样基本可以排除模块本身的故障。经过仔细比较，发现LOOP总线模块和FIELD-LINE总线模块的针脚定义不完全相同，这导致了测量值出现偏差，将位移传感器的进线更改为适应新模块的接法后，再进行测量，测量值和以前完全一样。

　　技术原理

　　1.无线总线的优点

　　（1）由于涂胶机器人工作方式的限制，总线模块必须固定在机器人的端拾器上，随机器人一起运动，原来采用LOOP总线方式时，连接总线模块的既有电源电缆，又有信号电缆，在护管中互相摩擦，几乎每隔3个月就要进行整体更换；采用了无线技术后，护管中电缆的数量由原来的3根减少到1根，取消了信号电缆，实现了我们对设备自由移动和无损耗传输介质的需求。

　　（2）机器人岛中的现场情况、障碍以及狭小的空间决定了无线传输的可靠性、实用性要远远超过传统的复杂布线。采用了无线技术以后，信号传输的可靠性、操作性、优异的诊断功能以及快速简单的排障功能都得到了很好的验证，在安装调试过程中，无线模块也能够快速地接入已有控制系统。

　　2.无线总线的传输

　　（1）INTERBUS无线总线是靠蓝牙传输的，最多可联7个从站，对带宽要求较低，传输的是小数据包，可以进行快速和稳定的传输。由于采用的是FHSS（跳频扩频）技术和免费频段，所以可以与WLAN和手机蓝牙等设备并行，不用担心干扰源问题。

　　（2）无线传输从根本上避免了机器人工作方式易产生的抖动、干扰和丢失等弊端，特别是解决了信号传输量限制的根本问题，实现了系统信息的全采集，提高了可靠性和稳定性，也给操作和维护带来了方便。

　　（3）同时提供了系统无线接入点，解决了机器人端拾器与地面总线连接的问题。在对总线系统进行调试、参数变更、故障检查和维护时无需采用以往空中操作或随行方式，可以在无线系统覆盖区域内的任意位置通过无线客户端（如笔记本电脑）对系统全部被控点进行操作和监控。

　　（4）无线传输提高了系统的扩展性，将来要想增加I/O点，控制系统只需增加一套输入输出模块和一个无线基站即可。

　　（5）无线传输系统保证了无机械摩损，无需参考点，绝对位置测量，实时检测，最大限度地实现了机器人的智能化。

　　3.程序处理

　　（1）在改造过程中最重要的是程序的编辑，就是在CMD组态中定义I/O点，将其与PLC程序中的I/O点一一对应起来。对点有两种方法，第一种方法是在CMD组态的过程数据字中仅仅定义一个字（例如E48），这样在PLC程序中将会自动生成I48.0～I48.7这8个输入点，这样做的话，在CMD组态时工作量很小，但在PLC程序中将面临大量的程序更改，很容易出错；第二种方法是在CMD组态时就一个一个定义模块上的过程数据字（见图3），这样做的话，PLC程序部分就完全不需要做任何更改，本文采用了第二种方法。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3 在CMD组态时一一定义模块上的过程数据字

　　（2）无线模块和无线基站的对地址方法：首先确认一个无线基站需要带几个无线模块，是什么类型的，然后将无线基站上的Process data width settings（过程数据字长度）拨至几（具体算法是：无线基站本身占2个字，DIO模块每个占1个字，AIO模块每个占3个字，比如一个无线基站带了3个DIO模块则过程数据字长度为2＋1＋1＋1＝5；一个无线基站带了3个AIO模块则过程数据字长度为2＋3＋3＋3＝11），然后再将Device number settings（设备数量设置）拨至1，表示现在对第一个无线模块，再将第一个无线模块上的ID-PLUG插头插在无线基站的ID-PLUG上，当下面的指示灯由橙色变成绿色，就表示该无线模块的地址对完了。

　　结语

　　将菲尼克斯电气无线总线模块应用在涂胶机器人以及西门子S7型PLC中，这对我们来说是第一次尝试，应用在涂胶机器人中能够充分地发挥它的优势，性价比很高。这在国内无线网络用在涂胶机器人系统中，特别是机器人可以自动抓取、涂胶和安装项目中是一个全新的尝试。我们使用半年以来，不仅总线故障率为零，保证了后续备件的充足供应，每年还可节省更换备件费用超过5万元。