基于PROFIBUS的FMS控制系統(tǒng)設(shè)計

賴思琦，尹顯明，楊應(yīng)洪

(1.西南科技大學(xué)工程技術(shù)中心，四川綿陽621010;2.西南科技大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽621010)

柔性制造系統(tǒng) (FMS)是一個由計算機(jī)集成管理和控制的、用于高效率地制造中小批量、多品種零部件的自動化制造系統(tǒng)，其應(yīng)用圓滿地解決了機(jī)械制造高自動化和高柔性之間的矛盾。PROFIBUS-DP總線具有速度快、成本低、適用于控制系統(tǒng)與分散外部設(shè)備之間通信的特點，因此，基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線及開發(fā)型組態(tài)軟件等網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，構(gòu)建柔性制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，既可實現(xiàn)對整個FMS系統(tǒng)的集中控制，又能分別控制各個外部單元［1］。

1 柔性制造系統(tǒng)的總體方案和工作流程

某中心構(gòu)建的柔性制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示［2-3］。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)包括碼垛機(jī)與立體倉庫從站單元、CCD圖像視覺檢測從站單元、六自由度串聯(lián)搬運(yùn)機(jī)器人從站單元、焊接工業(yè)機(jī)器人從站單元、自動輸送線控制從站單元、AGV運(yùn)載機(jī)器人單元、數(shù)控車床、加工中心以及主控制單元。其中焊接工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控車床、加工中心為生產(chǎn)單元，碼垛機(jī)與倉庫、AGV運(yùn)載機(jī)器人、輸送線裝置、搬運(yùn)機(jī)器人為物料單元，主控制單元用于處理系統(tǒng)各種信息。系統(tǒng)空間尺寸為16 m×10 m×3.5 m。

系統(tǒng)開始工作前，人工將不同工件和托盤按照事先規(guī)劃好的各零件毛坯區(qū)域送入原料庫。工件或毛坯由碼垛機(jī)從自動化立體倉庫的原料倉庫中取出。此時AGV按照預(yù)定軌道運(yùn)行到取料位置，通過出庫平移臺，毛坯由AGV送至自動輸送線，經(jīng)六自由度搬運(yùn)機(jī)器人送到柔性制造加工單元中，按照工序流程在數(shù)控車床或加工中心、焊接機(jī)器人上進(jìn)行加工。加工完成后，由機(jī)器人取出工件，通過輸送線和AGV一起運(yùn)行，將工件放回入庫平移臺上，由碼垛機(jī)拾取送入倉庫成品庫。同時，軟件記錄信息，以便管理，進(jìn)而完成一個工作流程［4］。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)以1臺帶Siemens CP5611卡的研華IPC-610H工控機(jī)作為主控機(jī)，六自由度串聯(lián)搬運(yùn)機(jī)器人由PC104嵌入式控制器控制，焊接工業(yè)機(jī)器人通過歐姆龍PLC控制，CCD圖像視覺檢測單元由 PBOEM4-PCI從站卡控制，碼垛機(jī)與立體倉庫、輸送線裝置單元由歐姆龍PLC控制，AGV運(yùn)載小車單元由無線數(shù)傳模塊控制，數(shù)控車床與加工中心用IO模塊控制。主控制單元通過PROFIBUS總線控制、協(xié)調(diào)各個分站動作，其組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示［5］。

圖2 系統(tǒng)組網(wǎng)圖

主控制軟件為操作人員使用的前臺程序，軟件運(yùn)行平臺為Windows XP，使用組態(tài)王6.53軟件開發(fā)，采用STEP7和SIMATIC NET6.3實現(xiàn)PROFIBUS-DP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)配置。主控制單元通過局域網(wǎng)，基于TCP/ IP協(xié)議，與物流倉儲管理系統(tǒng)部分進(jìn)行連接交互。各個單元均同時提供PROFIBUS總線協(xié)議解釋以及連續(xù)控制部分和用戶GUI界面手動控制部分［6］。

主控制軟件的操作方式有自動和手動兩種，分為“自動控制”、“碼垛機(jī)與立體倉庫”、“傳送帶”、“視覺檢測”等，共7個模塊，其程序流程如圖3所示。

圖3 程序流程圖

其中系統(tǒng)自動控制的部分代碼如下:

系統(tǒng)自動控制界面如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)自動控制界面

3 結(jié)束語

控制系統(tǒng)通過PROFIBUS-DP工業(yè)現(xiàn)場總線采集信息，協(xié)調(diào)動作，將碼垛機(jī)與倉庫、輸送線、AGV機(jī)器人、焊接工業(yè)機(jī)器人等分站單元與主控制單元聯(lián)成一個有機(jī)整體，實現(xiàn)了從毛坯出庫、運(yùn)送、加工、工件返回到入庫的全過程。該柔性制造系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，在該中心的生產(chǎn)和教學(xué)得到了很好的應(yīng)用和發(fā)展。

【1】馬超.基于Profibus現(xiàn)場總線的柔性制造系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［D］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

【2】李作海，姚錫凡.基于RFID的信息集成柔性制造系統(tǒng)設(shè)計研究［J］.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2011(4): 14-18，23.

【3】吳立.關(guān)于柔性制造的研究［J］.機(jī)床與液壓，2010，38 (14):9-11.

【4】楊秀建，張強(qiáng)，林清國.一種立體倉庫試驗臺堆垛機(jī)速度控制優(yōu)化方案［J］.機(jī)床與液壓，2007，35(1):93-95.

【5】王鋒，王品，李家霽.基于IO接口的柔性制造系統(tǒng)及其實現(xiàn)［J］.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2009(12):78-81.

【6】謝志余.柔性制造系統(tǒng)(FMS)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷集成研究［J］.機(jī)床與液壓，2011，39(3):142-143，131.