机电一体化装配系统安全性

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 机电一体化装配系统安全性 摘要 本文介绍了利用 Siemens 机床系统实现高精度装配系统的基本原 理，即以工艺程序控制装配流程，使用 激光测距仪和高精度图像采集器实现工 件的位置测量，以实现工件的准确装配； 同时，为了提高系统的安全性和可靠性， 在抓取和放置工件时，对压力进行实时 检测，使用压缩机驱动保护爪对工件的 搬移过程进行保护，使用真空泵驱动吸 头吸取工件，使用 PLC 对系统关注的 安全信号进行实时采集并处理。另外， 在结合 Siemens MMC 及其上自开发程 序的基础上，实现高精度机电一体化自 动装配系统。 中国论文网 /8/view-12875902.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 关键词 工艺程序；机电一体化 装配系统；Siemens 机床； PLC；Siemens MMC 中图分类号 TH-39 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2012）69- 0043-02 0 引言 随着电子技术、机械加工技术、 机床技术以及软件技术的发展，促进了 自动装配技术在各个领域的应用，逐渐 替代低效率、高强度的手工劳动，如工 业化自动生产线、自动高精度零件装配 等，大大提高了装配的效率和精度，将 人们从繁重的手工劳动中解脱出来，保 证了装配工作的一致性和装配质量的稳 定性。目前，在自动化装配技术中，机 械手和机床是两种被广泛使用的装配形 式，而使用机床的装配技术更适于有高 精度装配要求的场合1，2。本文以 Siemens 840D 机床系统为例，介绍了使 用机床构造高精度装配系统的原理，同 时，在此构造原理的基础上，对系统的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 安全性进行了深入的剖析，为尽早发现 系统安全性隐患、完善系统设计起到了 积极的作用。 1 组成原理 使用机床构造装配系统时，机床 及其控制系统，如 NC，工件定位工装、 抓取工装、工件位置测量系统是系统的 基本组成部分。其中，抓取工装使用真 空气动系统控制吸头实现工件的抓取与 放置；工件位置测量系统由高精度摄像 头和激光测距仪组成，实现工件的位置、 偏心以及姿态测量。 840D NC 是整个机床控制系统的 核心，与驱动系统进行通信，执行用户 编写的装配程序，对运动轴进行控制， 实现既定的装配线路和流程。 MMC 为 Siemens 生产的人机交 互界面，其使用 MPI 总线与 840D NCU 进行通信，以 Intel CPU 作为基础架构， 运行 Windows NT 4.0 系统，为装配人 员提供编写装配程序的接口，同时，可 以调用编写的装配程序，监控系统中各 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 种重要的信号。 PLC 是 840D 机床系统的重要组 成部分，具有控制功能强、可靠性高、 使用灵活方便、易于扩展等优点，被广 泛应用与工业控制系统中。PLC 被用于 处理装配系统外围的各种 I/O 信号，包 括各驱动轴的参考点、参考点确认、正 限位，负限位、正超程、负超程、正向、 负向、区域等信号，用于控制真空气动 系统，对吸头进行吸放控制，以控制工 件的吸取或放置。同时，通过 Siemens 的 CP341 模块，实现与测量系统进行通 信，发送测量任务，获取测量结果，以 实现工件的准确放置。 在 Siemens 840D 中，NC 与 PLC 通过双端口 RAM 进行通信，将各轴坐 标从 NC 传入 PLC，以便通知测量系统， PLC 将系统关心的各轴状态、压力传感 器状态、测量结果等数据传输到 NC 系 统。 2 全性分析 2.1 压力监测 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 为了获取可靠的压力数据，避免 因压力传感器故障导致装配异常，每个 压力传感器安装有两个应力片，通过二 次仪表采集压力传感器的数据，并传入 PLC 系统，系统对主辅压力传感器的压 力差进行实时计算，超过用户设定值时 判断压力传感器故障，通知 NC 系统及 时停止装配过程，同时，通过 PLC 系 统对压力状态进行实时检测，若 30ms 内压力状态未得到更新，判断压力传感 器故障，而且，在装配过程中，对压力 的突变情况进行检测，监测压力值是否 超过用户设定的最大值，避免因轴失控、 过冲，导致工件损坏。为了尽最大可能 地发现压力监测可能存在的安全性隐患， 对其进行故障树分析. 2.2 轴位置监控 为了确保装配精度，避免因硬件 异常情况导致期望的轴位移与实际位移 量不一致，在被驱动轴上安装了二级编 码，以反映被驱动轴的实际位移，通过 驱动系统或模拟控制模块返回到 NC 控 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 制系统，系统通过 MMC 上的二次开发， 对电机编码和二级编码进行比较，超过 用户设定值时，利用 PLC 通知 NC 系统， 实现报警并终止装配过程。 2.3 限位及原点报警信号实时检 测 基于轴运动的安全性控制需要， 避免轴过量运动碰撞机床硬件，在轴的 运动线路上安装了用于检测正限位、负 限位、正超程、负超程的接近开关，同 时，为了确保系统各轴准确回原点，安 装了用于检测参考点、参考点确认信号 的接近开关，系统利用 PLC 软件实时 检测以上轴安全控制信号，发现异常及 时提示用户并报警，终止机床运行。 2.4 保护爪及真空吸具状态实时 监测 为了保护工件在搬移过程中的安 全，系统以 PLC 作为控制，控制压缩 泵，驱动保护爪，保护工件在搬移过程 中的安全。为此，在工件抓取、放置或 搬运过程中，需要对保护爪、真空吸具 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 的状态实时监测。在抓取工件时，确保 在抓取工件之前保护爪可靠打开，在工 件有效吸取后保护爪可靠闭合。在放置 工件时，确保在用户期望的位置保护爪 可靠打开，在工件放置后，确保真空吸 具可靠释放。在搬运工件的过程中，确 保保护爪一直处于闭合状态、真空吸具 一直处于吸合状态。发现异常情况及时 提醒用户并报警，终止机床运行，保持 机床的当前状态。 2.5 测量系统安全性检测 为了保证装配过程的安全性，在 控制系统搬移、抓取、放置工件的过程 中，必须实时检测测量系统的摄像头、 激光测距仪是否位于安全位置，在进行 工件位置、偏心以及姿态测量时，必须 保证工件或工件抓取工装不碰撞到测量 系统的摄像头和激光测距仪。 3 结论 以 Siemens 840D 机床为主体， 结合压力传感器、真空泵、压缩泵以及 测量系统高精度摄像头、激光测距仪的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅