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柔性制造實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
0訓(xùn)系統(tǒng)模擬了現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,自動(dòng)生產(chǎn)線在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。本文設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化柔性制造實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)模擬了現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)過程,演示了從原材料出庫(kù)、經(jīng)歷多道生產(chǎn)工序成為成品入庫(kù)的整個(gè)流程,融合了PLC控制技術(shù)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、電氣控制技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床以及網(wǎng)絡(luò)總線等多方面自動(dòng)控制技術(shù),展現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)控制模式,為學(xué)習(xí)者掌握自動(dòng)化生產(chǎn)線提供了良好的平臺(tái)1模擬生產(chǎn)設(shè)備實(shí)訓(xùn)單元圖1為典型機(jī)電一體化設(shè)備,由機(jī)械部件、電氣元件、氣動(dòng)元件、PLC模塊、觸摸屏模塊以及模擬生產(chǎn)設(shè)備實(shí)訓(xùn)單元(包含立體倉(cāng)庫(kù)單元、CCD檢測(cè)單元、材質(zhì)檢測(cè)單元、噴涂單元、孔深檢測(cè)單元、條碼掃描單元、總控單元和環(huán)形傳輸系統(tǒng))等組成1.1典型的cd檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)單元主要包括固定式皮帶輸送帶、可旋轉(zhuǎn)皮帶輸送帶、滾子輸送帶、CCD檢測(cè)攝像頭及圖像處理電腦、搬運(yùn)機(jī)器人以及電氣控制柜等部分(圖2),可實(shí)現(xiàn)對(duì)托盤中的大、小工件進(jìn)行CCD檢測(cè)的功能。1.2材料試驗(yàn)單元結(jié)構(gòu)材質(zhì)檢測(cè)單元主要包括材質(zhì)檢測(cè)裝置以及電氣控制柜等部分,可實(shí)現(xiàn)對(duì)大工件進(jìn)行材質(zhì)檢測(cè)的功能(圖3)。1.3噴漆單元結(jié)構(gòu)噴涂單元主要包括擋板裝置、搬運(yùn)裝置、噴涂裝置以及電氣控制柜等部分,可實(shí)現(xiàn)對(duì)小工件進(jìn)行噴涂的功能(圖4)。1.4孔深檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)孔深檢測(cè)單元主要包括搬運(yùn)機(jī)器人、數(shù)控車床、加工中心、孔深檢測(cè)裝置以及電氣控制柜等部分,可實(shí)現(xiàn)對(duì)大工件進(jìn)行孔深檢測(cè)的功能(圖5)。1.5盤問系統(tǒng)設(shè)計(jì)掃碼單元主要包括滾子輸送帶、可旋轉(zhuǎn)皮帶輸送帶、固定式皮帶輸送帶、掃碼裝置及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電腦以及電氣控制柜等部分,可實(shí)現(xiàn)對(duì)托盤進(jìn)行掃碼的功能(圖6)。1.6自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)控制部分總控單元主要包括總控計(jì)算機(jī)、總控PLC、觸摸屏以及電控柜等部分,可實(shí)現(xiàn)對(duì)整套自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)控制的功能(圖7)。每個(gè)單元模塊既可自成系統(tǒng)進(jìn)行單元訓(xùn)練(手動(dòng)方式),也可與其他模塊相互組合,進(jìn)行系統(tǒng)訓(xùn)練(自動(dòng)方式)。2柔性系統(tǒng)的核心內(nèi)容2.1材料和傳感器的選用系統(tǒng)采用了多種傳感器,用于實(shí)現(xiàn)工作中的各項(xiàng)檢測(cè)反饋功能型號(hào)為BR100-DDT-P的Autonics漫反射型光電傳感器,用于檢測(cè)當(dāng)前工位有無工件。型號(hào)為BR100-TDT-P的Autonics對(duì)射式光電傳感器,用于檢測(cè)工件是否到達(dá)。USB工業(yè)相機(jī),用于拍照并將圖片傳輸給計(jì)算機(jī),以此判斷托盤上是大工件還是小工件。型號(hào)為CS1M020S20的AirTAC氣缸感應(yīng)開關(guān),用于判斷氣缸是否到位。型號(hào)為BESM08MG-UOC20B-BV03的BALLUFF電感式傳感器,用于區(qū)分工件的材質(zhì)是鐵還是鋁。型號(hào)為PT-30V的愛寶條碼掃描器,可以通過條碼掃描識(shí)別當(dāng)前托盤的信息。2.2機(jī)械和伺服問題系統(tǒng)采用電氣控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)部分運(yùn)動(dòng)控制功能。整套設(shè)備中需要精確定位的運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn),如立體倉(cāng)庫(kù)單元中搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的X軸運(yùn)動(dòng)和Z軸運(yùn)動(dòng)、孔深檢測(cè)單元中機(jī)器人的直線運(yùn)動(dòng)。其余由變頻電動(dòng)機(jī)和調(diào)速器實(shí)現(xiàn),如立體倉(cāng)庫(kù)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的Y軸運(yùn)動(dòng)、各單元輸送帶的運(yùn)動(dòng)。以搬運(yùn)機(jī)構(gòu)X軸運(yùn)動(dòng)為例,給出電氣控制接線圖,如圖8所示。2.3氣壓的單元除了電氣控制技術(shù),系統(tǒng)還采用氣動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)部分控制功能。比如CCD檢測(cè)單元、掃碼單元借助于氣動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)工件托盤的傳輸,主要元件包括氣泵、氣動(dòng)三聯(lián)件、氣動(dòng)閥、氣缸等;材質(zhì)檢測(cè)單元借助于氣動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)工件的材質(zhì)檢測(cè);噴涂單元借助于氣動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)工件的搬運(yùn)和噴涂,主要元件包括氣動(dòng)手指、夾緊氣缸、氣動(dòng)噴槍等;孔深檢測(cè)單元借助于氣動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)工件的孔深檢測(cè),主要元件包括行程可讀氣缸和多輸出計(jì)數(shù)器。以噴涂單元為例,給出氣動(dòng)回路圖,如圖9所示。2.4指令編程功能系統(tǒng)采用GR-C工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)功能。該機(jī)器人可在本機(jī)基礎(chǔ)上增加機(jī)械元件和電氣元件,通過指令編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作功能。比如CCD檢測(cè)單元采用工業(yè)機(jī)器人將大工件搬運(yùn)至材質(zhì)檢測(cè)單元、將小工件搬運(yùn)至輸送帶;材質(zhì)檢測(cè)單元采用工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)大工件;孔深檢測(cè)單元采用機(jī)器人將大工件依次搬運(yùn)至數(shù)控車床、加工中心、孔深檢測(cè)工位、掃碼單元或廢料箱,將小工件直接搬運(yùn)至掃碼單元。2.5控制單元的設(shè)置系統(tǒng)控制器采用了SIMATICS7-200SMARTPLC。各個(gè)工作單元分別由1臺(tái)S7-200PLC承擔(dān)控制任務(wù),其中總控單元的PLC設(shè)置成主站,其余單元的PLC設(shè)置成從站。站點(diǎn)之間通過RS-485串行通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,構(gòu)成集成分布式的控制系統(tǒng)。2.6機(jī)界面控制功能系統(tǒng)配置mcgsTpc觸摸屏作為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的人機(jī)操作界面,系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不僅可以由按鈕操作面板發(fā)出控制指令,還可以通過觸摸屏控制和顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)3柔性管理系統(tǒng)的工作流3.1成品入庫(kù)、成品出庫(kù)本單元可完成原料入庫(kù)、原料出庫(kù)、成品入庫(kù)、成品出庫(kù)4項(xiàng)工作。以原料入庫(kù)為例,手動(dòng)方式下的工作流程如圖10所示(以1號(hào)倉(cāng)位為例)。3.2sd檢測(cè)單元的工作流本單元對(duì)傳送托盤中的大、小工件進(jìn)行CCD檢測(cè)。手動(dòng)方式下托盤傳送并檢測(cè)的工作流程如圖11所示。3.3材料檢測(cè)單元的工作流本單元對(duì)大工件的材質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),手動(dòng)方式下材質(zhì)檢測(cè)的工作流程如圖12所示。3.4噴漆單元的工作流本單元對(duì)小工件進(jìn)行噴涂,手動(dòng)方式下噴涂的工作流程如圖13所示。3.5孔深檢測(cè)單元的工作流本單元對(duì)大工件的孔深進(jìn)行檢測(cè),手動(dòng)方式下的工作流程如圖14所示。3.6掃描單元的工作流本單元對(duì)工件托盤進(jìn)行掃碼,手動(dòng)方式下托盤掃碼并傳送的工作流程如圖15所示。3.7總控制單元的工作流總控單元的工作流程如圖16所示。4控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試系統(tǒng)融典型機(jī)電一體化設(shè)備機(jī)械部件裝調(diào)、電氣控制電路裝調(diào)、氣動(dòng)系統(tǒng)裝調(diào)、PLC編程、觸摸屏編程、工業(yè)機(jī)器人編程、數(shù)控機(jī)床編程、自動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試于一體,涵蓋了PLC技術(shù)、觸摸屏技術(shù)、機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝、驅(qū)動(dòng)調(diào)速、氣動(dòng)控制、傳感
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