技术应用科学大众·Popular Science2019年3月KUKA机器人在自动灌装包装生产线上的应用 天津市职业技能公共实训中心 刘宾
摘 要：文章论述了KUKA KR180机器人在自动灌装包装生产线上的具体应用，对库卡公司KRC 2机器人控制系统、西门子人机界面TP177B触摸屏、西门子高性价比可编程控制器S7-200以及工业现场总线Profibus、百兆工业以太网通信等在自动化系统集成中的具体使用进行了详细探讨。 关键词：KUKA机器人；KRC2控制系统；S7-200 PLC
液体产品的灌装和包装在现代流程工业生产中十分普遍，实现完全自动化的灌装、包装以及码垛等作业有助于提高产品质量，降低工人劳动强度，提升企业的竞争力。越来越多的企业将原来由多人手工完成的工作，由机器人替代，实现了高效、柔性、清洁的自动化作业[1]。 德国库卡机器人公司生产KUKA KR180是的一款串列式六轴多关节机器人。该型号机器人适应领域较广，可调整能力强，可根据不同的需求搭配不同的机械式手抓或者吸盘式抓具等配件，在诸如搬运、码垛、雕刻、切割等许多领域都可以采用。另外，它的工作效率非常高，具备7×24 h 不间断运行的工作能力，平均故障间隔时间（Mean Time Between Failure，MTBF）超过75 000 h，机器人的平均寿命延长到10~15年[2]。
1 生产线工艺
自动包装灌装生产线的主要工艺过程是把前道工序生产的合格液体灌装到250 mL标准的PP塑料瓶内，并且按照出厂物流需求打包成指定规格包装箱并码垛成指定垛形。主要工艺包括6道生产工序，分别是理瓶—灌装加塞—喷码—贴标—裹包—码垛。主要工艺设备包括全自动重心式理瓶机、灌塞一体机（主要功能包括精确灌装液位控制、PP瓶加装内密封塞）、喷墨式喷码机（瓶身特定位置喷印生产日期和生产时刻、来自管理计算机系统的生产（Left Occipito Transverse，LOT）编码等信息）、浆糊贴标机（瓶身浆糊标签）、全自动一片式纸箱裹包系统（例如：4×5瓶/箱，规格可选）和自动码垛机等。
2 KUKA KR180机器人
在灌装包装生产线的自动码垛工序，引入一台库卡机器人公司的KUKA KR180机器人负责成品包装箱的搬运工作，机器人负责把一片式裹包机打包完成的标准箱按照指定的码垛策略堆放到托盘上。该机器人由机械本体系统，控制系统、示教器3部分构成。该型号机器人载荷范围是130~180 kg，工作范围3 100~3 500 mm，机械轴数为6，重复定位精度 0.15 mm，机身重量1 267~1 285 kg，应用分为焊接版和码垛版，应用领域包括多种方式焊接、物料搬运、金属切割等。
KUKA KR180机器人控制柜型号是KRC2，主要技术数据如表1所示[3]。
除了机器人以外，码垛搬运工序还配置了一套机械式气动抓具、一套垛箱输出传送线，一套空垛拍放置架，一套纸箱定位调整装置，一套安全防护栅栏和一套可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制系统。
3 控制系统的软硬件设计
整个生产线的控制系统硬件网络拓扑结构如图1
结经机所示。
图1 生产线控制系统网络拓扑
表1 KR C2控制柜主要技术数据
技术指标名称技术参数
控制柜型号
KR C2-控制柜最大可以支持8个轴控
传送侦测制器
允许的环境条件/℃
最高45（无冷却装置）
最高55（有冷却装置）
美容喷雾器
重量/kg约185
电源线路/V3×400
单向排水阀微处理器/MHz赛扬433
主存储器/MB64
通信接口Ethernet/CP5613/COM防老剂rd
本着降低后期生产维护成本这一目标，生产线控制系统选型尽可能保持一致。所以生产线6个工序的工艺装备的控制器全部选用西门子公司的高性价比产品S7-200系列PLC进行控制，通过构建覆盖整体生产流水线的PROFIBUS-DP现场总线网络实现全部控制器的连网，确保工序设备之间的信息协同。此外，为了满足管理网数据监视及控制构建管控一体化的生产需求，在生产线末端安装了一套西门子公司的S7-300可编程控制器作为灌装包装流水线的实时数据监控中心，S7-300通过Profibus和工序多台套S7-200 PLC交互数据，通过Profinet和生产网相连。实时监控中心负责收集实时生产实际数据并上传到管理网计算机，同时把管理网下达的生产指令（手动模式、自
作者简介：刘宾（1977—），男，河北新乐人，高级工程师，国家二级
实物卡企业培训师，硕士；研究方向：机器人，自动化实训教学等。
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