内江职业技术学院 四川省内江市 641000
摘要：工业机器人的出现转变了传统工业制造的局限性，其具有高效、安全、自动化等多方面优势，工业机器人在智能制造中的应用为制造业发展开辟了又一崭新方向。相比于发达国家我国在工业机器人方面的研究和技术水平还有很大差距，国家方面还需要在这方面加强人才培养与工艺机器人自主研发的投入，这样才能为智能制造发展创造更好的条件。冲压生产作为当代机械制造与加工过程中的一种重要的产品成型技术，工业机器人技术的发展一定程度上推动了各个行业的全面发展。在电气控制中应用工业机器人技术，不仅可以提升电气系统的智能性，还能为电气自动化控制提供安全保障。基于此，笔者结合自身工作实践，以某车身覆盖件自动冲压生产线为工程背景，对该生产线电气控制中工业机器人技术的应用进行分析。
关键词：电气控制；工业机器人；技术；应用研究
1工业机器人技术特点
（1）技术先进工业机器人集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造技术于一体，通过对过程实施检测、控制、优化、调度、管理和决策，实现增加产量、提高质量、降低成本、减少资源消耗和环境污染，是工业自动化水平的最高体现。
（2）技术升级工业机器人与自动化成套装备具备精细制造、精细加工以及柔性生产等技术特点，是继动力机械、计算机之后，出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具，是实现生产数字化、自动化、网络化以及智能化的重要手段。
2工业机器人技术在电气控制应用中的功能
（1）实现数据的采集和处理。在电气控制中进行应用的时候，可以实现对设备中的一些数据进行采集，根据功能的不断完善，还能对一些数据进行存储。
（2）监视运行系统，并及时发出报警。可以对电气设备在使用过程中出现的一些问题进行有效地监控，而且还能对电气系统进行有效地模拟，对设备的开关量进行监视，防止出现异常情况，一旦出现了异常情况，要自动启动报警装置，同时还能对一些电气设备进行切断，从而使得电气设备处于安全状态。
（3）对电气设备的操作进行控制。可以使得电气设备的操作过程变得更加简单，通过鼠标和键盘可以实现对断路器和电动隔离开关的控制，还可以对励磁电流进行调整。通过这种技术的应用，就可以极大地减少工作人员的工作量，降低劳动强度。
3工业机器人结构分析
在生产线设计中，工业机器人是电气控制系统的核心技术之一，按功能其由机械手总成、控制器以及示教器三部分构成，其中机械手是机器人的主体部分，机械手总成是由驱动器、传动机构、机械手机构及末端执行器等构成。控制器主要负责机器人的电气控制，作为该机器人控制核心，主要由计算机硬件、软件和一些特制电路组成。示教器是一种人机交互界面，实现操作人员与机器人交互的桥梁，主要由显示器和触摸屏等构成，用于机器人的动作控制，并将信息全部载入内存中。
4机器人自动冲压系统总体布局设计
根据车身覆盖件自动冲压成型工艺流程，合理对自动冲压线上的压机、工业机器人及拆垛系统等单元模块进行选型，并设计出符合生产任务的冲压节拍冲压电气控制系统。
4.1机器人自动冲压线总体设计
冲压生产在配合模具的基础上，是利用冲压相关的电气设备对板件的冲压加工，具有生产效率高、柔性高等加工特点。本生产线主要由压机、工业机器人、拆垛系统、端拾器和真空装置等电气设备组成，根据车身覆盖件生产工艺流程，该机器人自动冲压线总体设计由7个IRB6660130/3.1的工业机器人、5台压机（用1台1800T带数控气垫单动压机、4台800T双点闭式压力机）组成。
4.2车身覆盖件工作流程
首先，操作工人将板件放入线首处的小车内，由线首机器人抓取工件，进行双料检测通过后，进入涂油清洗机进行板件的涂油清洗，使得板料的柔韧性增加，完成后进行对中对中处理;然后2号机器人抓取对中完成的板件进行上料，送入工作台执行各个工序，工件在压机之间传递，板料的运输由3至6号机器人完成，完成加工的板料由线末机器人拾出下料;最后由现场操作人员取下加工完成的板料并堆垛，至此，单一板料的冲压生产已完成，生产不同的车身板料仅需要更换相应模具即可。
5机器人自动冲压线系统控制方案设计
5.1双层控制系统方案
根据以上对系统的总体布局和工作流程的介绍，进而设计适合本系统的控制系统，经过多方案比较分析，笔者决定选用双层网络控制系统，将1#～5#压机PLC、人机界面等从总线系统中独立开来，数据通信通过使用DP-DP耦合器将压机与自动线主站完成，另外通过以太网，实现监控层和设备层两层的控制，人机交互界面直接和各从站进行通讯，计算机也可以实现对生产线任意节点全面监控，该方案从整体上看，通过分层控制，不但可以设置不同的通信速率，另外一旦一侧网段出问题，另一侧网段仍可正常运作，整体提高系统控制可靠性和柔性化、也方便现场维护。
5.2安全防护系统方案
安全防护系统能够有效保证现场人员和电气设备的安全，是除控制系统以外最核心的部分。本文的安全防护系统方案在硬件设计上，将自动线上如急停、安全门等电气设备的I/O模块通过安全总线直接与安全PLC相连;软件方面，通过Win-Pro软件分别对故障安全部分及标准部分完成程序设计，实现对安全回路的控制。
5.3机器人电控系统硬件设计
在综合考虑控制器可靠性及其配件功能等因素后，本设计用西门子的S7-400作为主控制器，同时考虑到主要为生产线PLC供电，电源模块选型S7-400标准模块PS-4074A;以太网模块选择CP443标准模块，用于生产线PLC主站与从站间通过现场总线进行數据通信。
5.4机器人控制系统软件设计
该机器人控制软件部分采用西门子配套编程软件Step7作为开发环境，主要要实现如下几个功能：
（1）实现现场电气设备的组态，分配模块地址、设置相关参数;
（2）对通信模块进行硬件组态，定义其协议特质;
（3）运行维护、文档整理、故障诊断、性能测试。①电子设备数据库文件更新。在现场总线中，为达即插即用的要求，通常使用电子设备数据库文件来进行描述，通过配置电子设备数据库文件，配合使用组态软件，将不同的电气设备集合到同一系统中，同时，针对标准库中不含的设备，也可以人为添加相关的配置文件。②工作站地址分配。为实现各从站设备通过总线与生产线PLC主站的通信，先要分配自动冲压系统各工作站的地址。本文以1#～5#压机、1#～7#机器人等电气设备为例，其中压机部分为降低总线负荷采用DP耦合器与主站进行通信，机器人则采用DSQC667模块与PLC通信。
结语
总而言之，工业机器人是对传统人工模式的一种转变，在未来制造业发展中工业机器人的应用将会更加广泛。为了促进工业生产活动，在机器人设计方面还应该不断创新，在功能上、精度上加强控制，结合时代背景遵循新的设计原则，让工业机器人的应用更加广泛。
参考文献
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