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      柔性制造實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研制*

      2014-06-25 02:51:28劉嬌月石社軒
      電氣傳動(dòng)自動(dòng)化 2014年6期
      關(guān)鍵詞:柔性工件控制器

      劉嬌月,石社軒

      (河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南南陽(yáng)473009)

      1 引言

      依托學(xué)院的軟硬件資源,某柔性制造工程實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新建設(shè)了高職院校實(shí)訓(xùn)基地。在工程中心現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床、RV-3SD 機(jī)械手、PLC 及其它軟硬件資源基礎(chǔ)上,配套組裝井式上料倉(cāng)、模擬立體倉(cāng)庫(kù)等部件單元,加裝光電傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu),開發(fā)設(shè)計(jì)了控制軟件和接口程序,完善控制功能,組成了具有上料、加工、檢測(cè)、倉(cāng)儲(chǔ)等一整套完整功能的柔性加工實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

      該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)以工業(yè)生產(chǎn)和工程應(yīng)用為背景,參照現(xiàn)代制造企業(yè)的柔性加工制造系統(tǒng),結(jié)合機(jī)電技術(shù)類的《機(jī)器人控制技術(shù)》、《電氣控制技術(shù)》、《傳感器技術(shù)》、《數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)》、《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》等課程的人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)要求,涵蓋了機(jī)器人、柔性制造、先進(jìn)傳感器、集成化制造、智能控制等高新技術(shù)應(yīng)用,是一個(gè)融合光、機(jī)、電、氣一體化的教學(xué)綜合應(yīng)用平臺(tái),系統(tǒng)整體集成度較高,具有軟件設(shè)計(jì)開放性和實(shí)踐演練模擬性。

      2 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)硬件組成及功能

      實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)基本組成單元有:上料單元、加工單元、倉(cāng)儲(chǔ)單元、機(jī)器人本體及示教單元、控制單元。

      (1)上料單元:由井式工件庫(kù)、光電檢測(cè)傳感器、頂料氣缸等組成。通過(guò)傳感器信號(hào)探測(cè)工件位置,配合機(jī)器人完成工件的上料。

      (2)加工單元:由一臺(tái)數(shù)控鉆銑中心組成,根據(jù)系統(tǒng)控制指令,在接收到上料單元發(fā)出的到位信號(hào)后,按照編制程序進(jìn)行工件的鉆銑加工。

      (3)倉(cāng)儲(chǔ)單元:由一個(gè)鋁型材結(jié)構(gòu)模擬立體倉(cāng)庫(kù)組成,主要完成加工工件的放置及工件的中轉(zhuǎn)功能。

      (4)機(jī)器人本體及示教單元

      由一個(gè)六自由度關(guān)節(jié)的機(jī)器人組成,可在半徑不小于600mm,角度不小于340°的扇形范圍內(nèi)活動(dòng)。用于執(zhí)行機(jī)器人設(shè)定程序動(dòng)作。

      示教單元由液晶顯示屏、使能按鈕、急停按鈕、操作鍵盤組成,與機(jī)器人控制器連接。用于對(duì)機(jī)器人的參數(shù)設(shè)置、手動(dòng)示教、位置編輯、程序編輯等操作。

      (5)控制單元

      由機(jī)器人控制器、PLC、控制面板等組成。

      機(jī)器人控制器包括操作面板、數(shù)碼顯示窗口、以太網(wǎng)接口、外部輸入輸出端口、USB 接口、示教單元(TB)接口等。用于控制機(jī)器人本體運(yùn)行和存儲(chǔ)機(jī)器人程序。

      PLC 型號(hào)采用SIEMENS CPU226 AC/DC/RLY,鋁型材網(wǎng)孔板安裝,負(fù)責(zé)接收、處理各單元檢測(cè)信號(hào),與機(jī)器人控制器、上位機(jī)進(jìn)行通信,發(fā)出電機(jī)、氣缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作控制指令。

      圖1 控制系統(tǒng)總體連接示意圖

      系統(tǒng)控制面板由“上電”、“復(fù)位”、“開始”、“停止”、“急?!薄ⅰ奥?lián)動(dòng)/單動(dòng)”等控制按鈕與穩(wěn)壓電源、保護(hù)電路等組成,用于對(duì)整個(gè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的手動(dòng)控制和電路保護(hù)。

      3 控制系統(tǒng)聯(lián)接與運(yùn)行過(guò)程

      控制系統(tǒng)總體連接示意圖、PLC I/O 接線圖分別如圖1、圖2所示,PLC 的I/O 分配表如表1所示。其中,圖1中C1 為控制面板接線端子排,C4為機(jī)器人控制器接線端子排。

      實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)核心為PLC,選型為SIEMENS CPU226 AC/DC/RLY (24 輸 入16 輸出),輸出口為繼電器型,系統(tǒng)中共使用了17 個(gè)輸入點(diǎn)和15 個(gè)輸出點(diǎn),輸入輸出端口主要連接按鈕控制板、上料機(jī)構(gòu)檢測(cè)傳感器、數(shù)控鉆銑中心、機(jī)器人控制器及開關(guān)電源。傳感器采用光電傳感器及磁性開關(guān),分別檢測(cè)料筒中物料的有無(wú)、是否缺料、料臺(tái)到料與否及推料電磁閥的位置。

      設(shè)備運(yùn)行時(shí),接入220V 單相交流電源,打開主電源開關(guān)和機(jī)器人控制器電源開關(guān)。按動(dòng)面板上“復(fù)位”鍵,程序開始復(fù)位,機(jī)器人回到初始位置。

      按動(dòng)面板上的“開始”鍵,程序開始運(yùn)行,井式上料機(jī)構(gòu)檢測(cè)到有工件,且出料臺(tái)無(wú)工件時(shí),向外推出一個(gè)工件,并輸出到料信號(hào)到機(jī)器人;機(jī)器人將工件取走后放入加工中心卡盤位置,給PLC 控制器輸出工件已放置信號(hào);等卡盤夾緊后機(jī)器人手抓打開,并運(yùn)行至等待位置,輸出工件放置完成信號(hào),等待加工完成信號(hào);等加工中心加工完成后,機(jī)器人取走工件,放置到立體倉(cāng)庫(kù)相應(yīng)的倉(cāng)位上。

      運(yùn)行過(guò)程中,按下“停止”鍵,可控制機(jī)器人及其它機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行。當(dāng)機(jī)器人出現(xiàn)意外情況時(shí),按下機(jī)器人控制器“急?!卑粹o,可對(duì)機(jī)器人進(jìn)行急停操作。意外情況排除后,先按機(jī)器人控制器或示教單元上的“RESET”鍵解除急停報(bào)警。

      當(dāng)料庫(kù)頂部光電檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件時(shí),頂料氣缸伸出,將工件推到出料臺(tái),出料臺(tái)底部光電檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件時(shí)輸出信號(hào)到PLC,等待機(jī)器人取走工件。

      機(jī)器人運(yùn)行到工件出料臺(tái)位置后,驅(qū)動(dòng)氣夾將工件夾緊,頂料氣缸縮回。機(jī)器人再將工件搬運(yùn)到等待放入數(shù)控加工單元加工位置。

      當(dāng)機(jī)器人把待加工工件放置到預(yù)定位置后,開始對(duì)工件進(jìn)行加工,執(zhí)行完加工程序后,工件被機(jī)器人取走。

      圖2 控制系統(tǒng)PLC 接線圖

      當(dāng)鉆銑加工中心加工任務(wù)完成后,機(jī)器人將工件搬運(yùn)至倉(cāng)庫(kù)倉(cāng)位中,放置時(shí)先從頂層左邊開始,工件放滿后系統(tǒng)停止運(yùn)行。

      表1 PLC 輸入輸出點(diǎn)分配表

      4 系統(tǒng)對(duì)應(yīng)開發(fā)的實(shí)訓(xùn)課程與項(xiàng)目

      (1)機(jī)器人控制技術(shù)及應(yīng)用

      包括對(duì)工業(yè)機(jī)器人示教單元的使用、工業(yè)機(jī)器人的操作、機(jī)器人軟件系統(tǒng)的編程、調(diào)試等實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目。

      (2)PLC 控制技術(shù)

      包括對(duì)S7-200PLC 的裝調(diào)、操作、軟件編程與調(diào)試及PLC 工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的連接與程序調(diào)試等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

      (3)數(shù)控技術(shù)

      包括對(duì)數(shù)控鉆銑中心的操作、編程、加工等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

      (4)氣動(dòng)控制技術(shù)

      包括各種電磁閥、氣缸的氣動(dòng)控制線路的設(shè)計(jì)、接線及裝調(diào)等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

      (5)傳感器檢測(cè)技術(shù)

      包括對(duì)光電傳感器、磁性開關(guān)、光柵尺、角編碼器等傳感器的裝調(diào)、檢修等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

      (6)柔性自動(dòng)檢測(cè)生產(chǎn)線調(diào)試與運(yùn)行

      包括對(duì)機(jī)械控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等及整個(gè)柔性制造系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、系統(tǒng)維護(hù)及故障檢測(cè)等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

      5 結(jié)束語(yǔ)

      柔性制造實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)結(jié)合了現(xiàn)代機(jī)器人控制技術(shù)、電氣控制技術(shù)、傳感技術(shù)、數(shù)控編程與加工等技術(shù),模擬現(xiàn)代化生產(chǎn)工廠中的柔性化工作模式和生產(chǎn)加工環(huán)節(jié),貼近真實(shí)的實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)境。系統(tǒng)中每個(gè)模塊單元都能獨(dú)立運(yùn)行且采用分布式控制布局,綜合性強(qiáng),同時(shí)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。通過(guò)該實(shí)訓(xùn)平臺(tái),進(jìn)行了高職院校自動(dòng)化類相關(guān)專業(yè)機(jī)械組裝、電氣線路設(shè)計(jì)與接線、PLC編程與調(diào)試、工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試等多門課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué),還承擔(dān)了企業(yè)自動(dòng)化類技術(shù)人員崗位培訓(xùn)及進(jìn)行技能比賽的工作任務(wù),在國(guó)家骨干高等職業(yè)院校建設(shè)和高端技能型人才培養(yǎng)工作中發(fā)揮了積極作用。

      [1]劉嬌月,楊聚慶等.自制實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備,創(chuàng)新高職實(shí)踐基地建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,7:254-257.

      [2]劉子建,李勇軍.構(gòu)建面向工程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2007,24(3):1-4.

      [3]楊聚慶,劉嬌月等.一體化的多功能機(jī)床電氣控制實(shí)訓(xùn)臺(tái)研制[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011,4(4)192-194.

      [4]張克發(fā).總線型柔性生產(chǎn)線的應(yīng)用[J].中國(guó)科技縱橫,2013,(1):119.

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