第1章 绪论
1.1 选题背景
我国作为农业大国，农业的发展状况一直引人担忧，在国家和政府的引导下，我国将逐渐从农业大国向工业大国过渡，在这个过程中，农业的机械化程度真实的反应了我国的工业水平，与此同时，自动化和机械化农业也成了当今的热议话题之一[1]。
自新中国建国以来，我国一直过于依赖于农业的发展，全国人民的温饱问题一直是党和人民最关注，也是最急于解决的问题。但是改革开放几十年来，我国的综合国力和经济实力不断提升，所取得的成就也让世界有目共睹，与此同时，我国也成为了世界上数一数二的农业大国，农民的生活水平和劳动方式也得到了极大的改变。因此，带动了我国的农业机械化和自动化的进程。农业的机械化和自动化的发展，解放了农民，也带动了各个行业的发展，其中最明显的就是农机装配行业，大部分农机代替农民，将生产力和生产效率低下、生产质量参差不齐的传统农业进行根本性改革，节省了劳动力、土地浪费，提高生产效率的同时，也促进部分工业的发展[2]。另外，随着我国的工业水平的不断提升，农业也越来越受到各方面的关注。农业的自动化和机械化离不开工业的支持，而在农业的自动化生产中，离不开各种农机的相互合作，如拖拉机、播种机、灌溉机、收割机等[3]。目前，越来越多的农业更加依赖于农机的配合，因其能够大大的提高生产效率、生产质量和生产节奏。因此，由于对农机的需求越来越大，所以，相对应农机的数量、质量便越来越引起人们的关注[4]。
目前，国内大部分的农用发动机装配都是采用简单的机械安装，环境恶劣、生产效率低下、质量无法保证，甚至于还有的仍在采用人工装配。根据当前的实际情形，如果采用工业机器人进行装配，不仅可以解决以上问题，还可兼具安全性、稳定性、高效率、成本回收迅速等多方面优点[5]。农机装配线是一个复杂、繁琐的生产系统，其中的农用发动机的装配最为重要，因为一个好的发动机决定了一辆拖拉机、一台收割机或者一台抽水机的质量、寿命以及作业效率，所以这就给农机的装配工艺提出了更高的要求，也为工业机器人在农用发动机装配中的应用创造了有力的条件。将工业机器人应用到农机装配中，不仅可以保证农机的装配精度，还可以提高装配生产效率、改善生产工人的工作环境，合理控制人工成本[6]。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
我国自改革开放30多年来，农机装配的总量不断增加，推动了农机自动化水平的不断提高，作业领域不断拓宽。但是，由于我国一部分区域还处于小农经济模式，生产力低下，农业机械化程度过低，农机的作用不明显，导致我国很多地方的农机使用率极低，在一定程度上限制了农机的发展。
伴随着需求结构的调整，国内农机市场和进出口业务呈现出双双增幅下滑，整体市场运行企稳放缓的态势。在农机制造企业竞争暗流涌动、不断加剧的背景下，农机制造的升级转型将为农机企业提供更大的发展机遇，同时也将推动整个农机制造行业进入更深层次的淘汰与整合。随着国家供给侧改革的深入，发展新常态成为人们耳熟能详的话题。今年前三季度我国GDP增速保持在6.7%左右，经济增速进一步放缓。农机行业也不外如此，在经历了10余年的高速发展后，农机市场的发展现状决定了未来无论正常扶持还是市场内生性需求都将进入再平衡的发展轨道，也决定了一些传统农机市场的衰落和新兴农机市场的崛起，发展速度放缓和市场竞争格局调整已是大势所趋，农机供给呈现出新形态。纵观今天的农机市场竞争，在经历了“全民大营销”竞争阶段后，更加回归到市场竞争本质，进入以品质为主要载体的全面产品化竞争阶段，农机制造企业生命周期长短和发展空间大小，越来越多的聚焦在“产品”这个环节上，制造专业化、高端化、智能化、高性价比、优质服务体验，诸多因素都必须植根于好的产品身上，才能迸发出强大的生命力。统计数据显示，自2012年开始，我国农机规模已位居世界第一，但“大而不强”的农机产业格局依然没有改变——传统粮食作物农机结构性产能过剩，质量可靠的经济作物机械少；传统农机产品重复产出，农机企业靠中低端产品及规模取胜，高端产品依靠进口；过于看重发展速度，“工匠精神”传承不足；国内品牌低价竞争充斥，高端竞争未进门槛等等，凡此种种表明，国内农机制造实现突围，不仅要做大，还要在做强上下够功夫 [10]。
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第2章 系统硬件设计及选型
2.1 系统的技术要求
系统主要针对农机装配生产线项目进行研究，并立足于理论基础，结合实际情况，针对农用发动机装配线生产技术的需求，提出了如下技术要求：1. 在农机装配线中增加农用发动机装配线，该农机装配线包括缸体线、缸盖线和主体线，并通过地下辊道和提升机等设备进行连接；
2. 整个农用发动机的装配节拍，必须满足整个农机装配线的节拍，不得高于或者低于整线的生产节拍；
3. 硬件设计上，必须保证所有的电源分开控制，避免电源混接导致设备故障无法追踪到具体线路；
4. PLC控制程序采用模块化编程，以便于在后续的设备升级中能够更加方便和快捷的编程，避免非标准化的程序导致耗费过多时间和精力；
5. 农用发动机的装配精度必须满足标准作业书（拧紧工位必须满足每颗螺栓的规定扭矩，涂胶工位必须保证所涂胶的胶量、宽度、厚度以及合盖后的间隙，打刻工位务必保证打刻清晰，搬运工位保证无磕碰损伤等），故务必选用工业机器人等标准设备作为执行单元，且搬运、涂胶、拧紧等工位，必须为工业机器人执行；
6. 对于不确定性工位，如工件上线、加工效果检测等，需采用视觉系统进行识别和判断；
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2.2 系统方案的架构
2.2.1 系统总体架构
根据上述农机装配线项目中农用发动机装配线的相关技术要求，对系统方案进行了总体规划，归纳如下总体布局框架图：该农用发动机装配线项目采用缸盖线，缸体线、地下辊道、空中桁架、提升机和主体线六个主要区域组成，其主要作用如下：
1. 缸盖线：主要将农用发动机的缸盖进行流水线式的加工和处理，其中有缸盖上线、双头螺栓拧紧、吹尘等作业；
2. 缸体线：主要功能是对缸体进行固定螺栓拧紧、打刻、涂胶等工作；
3. 地下辊道：当缸体的加工内容完成后，由搬运机器人将缸体送至升降机，通过地下辊道输送至空中桁架；
4. 空中桁架：该机构的功能是，将地下辊道的缸体和缸盖线的缸盖通过空中桁架机器人进行结合，同时放至主体线；
5. 提升机：主要作用是连接缸体线和地下辊道；
6. 主体线：该生产线的作用是进行农用发动机的最后组装生产线，将加工完成的缸体和缸盖进行最后的组合、测试，其中有机油加注、缸盖拧紧、氦气测漏等工位。
............................ 第3章 控制系统设计....................................23
3.1 PLC控制器的程序设计 ......................................23
3.1.1 功能块语言（FBD）原理 .......................................23
3.1.2 FBD用户库设计 ....................................23
第4章 工业机器人应用的关键技术..................................28
4.1 机器人I/O定义及设计 ..............................28
4.2 PROFIBUS网络总线配置.....................................30
第5章 衔接程序的设计与分析................................48
5.1 PLC与各站之间的程序衔接设计 ..........................................48
5.1.1 与工业机器人连接程序设计...............................48
5.1.2 与阿特拉斯（ATLAS）拧紧枪连接程序及调试 ...................................49
第6章 系统的调试与分析
6.1 PLC调试内容
调试PLC控制器之前，必须对PLC的参数进行设置。PLC的参数设置中，最为主要的参数是I/O分配设置、软元件设置、程序设置和内置以太网端口设置，下面将分别对这几个参数进行解析。
6.1.1 PLC I/O分配设置
通过该参数的设置，对PLC基板的每个插槽和点数进行定义，插槽中的模块类型、型号、点数和起始XY都需要设置，其设置根据PLC基板的实际安装情况进行设置，其设置界面如图6.1所示：
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第7章 总结
7.1 工作总结
本课题立足于理论基础，结合实际项目经验，将理论和实际进行有机结合，利用PLC控制器和工业机器人，开发出一套完整、有效、合理的农机装配生产系统。在该农机装配生产线中，尤其以农用发动机装配线最为复杂，所以，本论文的核心就是农用发动机装配生产线的设计与研究。在该农用发动机装配线的设计与研究中，并且在后续的调试及验证时，对于本系统的优点，做出了如下总结：
1. 工艺模块化：在设备的初期设计中，针对不同机型、不同功能进行了规划，不同的工位执行相对应的功能。通过对PLC控制程序的FBD模块化编程，使每个工位具有标准化和结构化的特点，可以针对不同的机型，进行快速编程和调试，从而，使得工艺能够以模块化的方式在各个工位乃至不同的生产线之间进行借鉴和调用；
2. 设备的灵活性：不同的设备拥有自己的机械设计和电气设计，而本课题在最初的设计时，便提出将所有的电气元件、机械部件进行统一部署，因此，每个工位之间都可以进行零部件的交换使用，避免了因特殊部件导致设备无法运转产生不必要的人力、物力和财力的浪费；
3. 系统的总体性：通过CC-link IE现场网络总线，将该农机装配线的所有生产系统进行实时在线连接，从而使得整个系统都处于监控状态，将系统配置成为一个整体，展现了系统的总体性；
4. 工业机器人应用的示范性：在农机装配线中，特别是农用发动机的装配线，由于成本和技术等种种原因，工业机器人在农业的应用方面少之又少。在本课题中，主要是针对工业机器人在农用发动机装配线中的应用进行设计和研究，所以，本系统对于工业机器人在农业领域的应用，提供了理论基础和实践参考，为其他类似行业以及领域应用与农业，起到了一定的示范作用。
参考文献（略）