基于智能儀表的流水線壓裝系統(tǒng)的電控設(shè)計(jì)

徐思源　崔貞濤

摘 要：設(shè)計(jì)了一套基于智能儀表的柔性生產(chǎn)線自動(dòng)壓裝系統(tǒng)。該系統(tǒng)的功能是機(jī)器人抓取流水線送過(guò)來(lái)的工件，搬運(yùn)到壓裝工位進(jìn)行壓裝。就其設(shè)計(jì)思想、工作原理、控制方案、程序設(shè)計(jì)等要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：PLC；柔性流水線；壓裝系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）21-0095-02

Abstract： A set of automatic press-mounting system for flexible production line based on intelligent instruments is designed. The function of the system is that the robot grabs the workpiece from the assembly line and carries it to the press-mounting station for press-mounting. The main points of its design idea， working principle， control scheme and program design are expounded in this paper.

Keywords： PLC； flexible assembly line； press-mounting system

隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品成本降低、產(chǎn)品質(zhì)量提高、產(chǎn)品更替快速、產(chǎn)品制造周期縮短等需求日趨迫切，柔性制造系統(tǒng)制造產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性、生產(chǎn)節(jié)拍要求跟著不斷提高。柔性流水線由整線控制管理工控機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理plc、現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化加工設(shè)備組成。本文設(shè)計(jì)的基于力/位移監(jiān)測(cè)智能儀表epw400的自動(dòng)壓裝電控系統(tǒng)，根據(jù)壓裝的情況自動(dòng)將壓裝不合格的工件剔除，保證產(chǎn)品的壓裝質(zhì)量和提高整線節(jié)拍的要求，并可將檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)給整線控制管理工控機(jī)，用于追溯和統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

1 系統(tǒng)組成與功能分析

設(shè)計(jì)基于智能儀表的自動(dòng)壓裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

機(jī)器人抓取系統(tǒng)主要由抓取工件的氣爪、工件檢測(cè)傳感器、4軸機(jī)器人等組成。機(jī)器人空閑時(shí)停在流水線工位托盤(pán)上方，當(dāng)流水線工件傳送到工位，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理plc啟動(dòng)壓裝系統(tǒng)工作時(shí)，機(jī)器人抓取工件，將工件搬運(yùn)到壓裝機(jī)中，然后抓取已完成工件返回至流水線托盤(pán)中，返回至空閑位，或?qū)⒐ぜ湃氩缓细裣渲?，由控制系統(tǒng)plc發(fā)送完成信號(hào)給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理plc。

壓裝機(jī)系統(tǒng)主要由兩個(gè)氣液增壓缸、兩個(gè)移動(dòng)滑臺(tái)（工件夾緊氣缸、兩個(gè)平移氣缸、兩個(gè)直線導(dǎo)軌）、到位檢測(cè)開(kāi)關(guān)等組成。當(dāng)機(jī)器人搬運(yùn)工件到壓裝機(jī)的一個(gè)移動(dòng)滑臺(tái)上，并抬起到安全位后，控制plc首先控制移動(dòng)滑臺(tái)帶動(dòng)工件移動(dòng)到工作位置；然后啟動(dòng)氣液增壓缸和智能儀表epw400開(kāi)始檢測(cè)。最后，壓裝工作完成后，啟動(dòng)滑臺(tái)返回到待轉(zhuǎn)位，等待機(jī)器人抓取工件返回到流水線或放入不合格箱，壓裝機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)全部完成。

壓裝機(jī)系統(tǒng)、機(jī)器人、流水線布局圖如圖2所示。

Epw400是力/位移監(jiān)測(cè)智能儀表，可通過(guò)力、位移測(cè)量通道獲取力傳感器和位移傳感器的測(cè)量值，數(shù)據(jù)記入內(nèi)存并在界面顯示力位移曲線。結(jié)果可與事前在epw400中設(shè)定的合格極限窗口值進(jìn)行比較，判定工件加工的合格或不合格。記入的數(shù)據(jù)可通過(guò)以太網(wǎng)在整線控制管理工控機(jī)中讀取。

Epw400界面顯示如圖3所示。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)壓裝系統(tǒng)的控制框圖如圖4所示，硬件主要由omron cj2m型plc、機(jī)器人接口電路、滑臺(tái)氣缸的控制電磁閥及磁性開(kāi)關(guān)、氣液增力缸接口電路、epw400接口電路組成。

2.1 plc控制系統(tǒng)的工作要求

（1）與現(xiàn)場(chǎng)控制plc通訊，發(fā)送控制系統(tǒng)狀態(tài)，接收控制指令。

（2）控制機(jī)器人搬運(yùn)工件、滑臺(tái)移動(dòng)、增力缸動(dòng)作和epw400檢測(cè)。

（3）將不合格信號(hào)發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)控制plc。

（4）具有離線時(shí)，機(jī)器人、滑臺(tái)、增力缸均可單獨(dú)動(dòng)作的功能。

（5）在線工作流程為：

流水線工件到位→機(jī)器人抓取工件→機(jī)器人到空閑滑臺(tái)1正上方等待放入工件→機(jī)器人將工件放入空閑滑臺(tái)1→機(jī)器人返回滑臺(tái)1正上方→機(jī)器人移動(dòng)到滑臺(tái)2正上方，啟動(dòng)滑臺(tái)1移動(dòng)到氣液增力缸中加工→機(jī)器人抓取滑臺(tái)2已加工完工件→機(jī)器人返回滑臺(tái)2正上方 機(jī)器人返回流水線工件位上方→機(jī)器人放置工件到流水線托盤(pán)上→機(jī)器人返回流水線工件位上方→向現(xiàn)場(chǎng)控制plc發(fā)送工作完成信號(hào)。

2.2 核心器件

控制plc采用omron cj2m-cpu33，具有以太網(wǎng)通訊接口

I/O輸入模塊采用omron cj1w-id261

I/O輸出模塊采用omron cj1w-oc211，直接驅(qū)動(dòng)電磁閥。

2.3 傳感器的選用

本系統(tǒng)中除氣液增力缸的力和位移傳感器外，其他均為開(kāi)關(guān)量檢測(cè)開(kāi)關(guān)如氣缸位置檢測(cè)磁性開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)氣缸處于收縮還是伸出狀態(tài)，電感式接近開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)機(jī)器人工件抓取是否到位。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)壓裝系統(tǒng)的在線流程是順序控制。為了維護(hù)和檢查機(jī)器人、滑臺(tái)和氣液增力缸等機(jī)械的配合情況，壓裝系統(tǒng)的手動(dòng)模式采用單步順序操作的方式，即按一下啟動(dòng)按鈕，壓裝系統(tǒng)執(zhí)行一步，再次按下系統(tǒng)再執(zhí)行一步，直到全部執(zhí)行完成。

因此自動(dòng)壓裝系統(tǒng)分為初始化程序，自動(dòng)運(yùn)行程序、手動(dòng)單步運(yùn)行程序、手動(dòng)各部件單獨(dú)執(zhí)行程序、復(fù)位程序。

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)管理plc發(fā)出停止運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)壓裝系統(tǒng)機(jī)器人完成工件搬運(yùn)、從壓裝系統(tǒng)取出工件、將工件放入流水線托盤(pán)中的工作后，回到空閑位置，等待下面的操作指令；壓裝機(jī)工作完成后，工件處在滑臺(tái)空閑位等待抓取。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能儀表檢測(cè)應(yīng)用于產(chǎn)品關(guān)鍵工藝的加工中，可有效保證工件加工的及時(shí)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)不合格工件，通過(guò)機(jī)器人及時(shí)剔除，保證了加工的可靠性，上位機(jī)可通過(guò)不合格數(shù)據(jù)分析出工藝加工中的問(wèn)題，為后期的質(zhì)量提高提供幫助。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于流水線上，結(jié)果表明性能穩(wěn)定，效果很好，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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