柔性加工系统的设计与制作.

1、2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室1Hase_同济大学电子信息工程学院陆 杰 hase_2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_ 随着社会进步和生活水平的提高，市场更加需要随着社会进步和生活水平的提高，市场更加需要具有特色、符合顾客个人要求样式和功能千差万别的具有特色、符合顾客个人要求样式和功能千差万别的产品。激烈的市场竞争迫使传统的大规模生产方式发产品。激烈的市场竞争迫使传统的大规模生产方式发生改变，要求对传统的零部件生产工艺加以改进。传生改变，要求对传统的零部件生产工艺加以改进。传统的制造系统不能满足市场对多品种小批量产品的需统的制造系统

2、不能满足市场对多品种小批量产品的需求，这就使系统的柔性对系统的生存越来越重要。随求，这就使系统的柔性对系统的生存越来越重要。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换，一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在替换，一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内生产很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内生产出较低成本、较高质量的不同品种产品。出较低成本、较高质量的不同品种产品。柔性加工柔性加工已已在生产加工领域占有相当重要的位置。在生产加工领域占有相当重要的位置。 2022-6-17同济大学-飞思卡尔

3、微控制器联合教学实验室Hase_ 本系统融合了飞思卡尔单片机技术、本系统融合了飞思卡尔单片机技术、计算机技术、控制技术和通信技术，使计算机技术、控制技术和通信技术，使工业控制可视化、智能化、自动化。在工业控制可视化、智能化、自动化。在机电一体化成为潮流的今天，本系统能机电一体化成为潮流的今天，本系统能满足工业控制中更高层次的要求，让人满足工业控制中更高层次的要求，让人们感受到机电一体化给工业控制带来的们感受到机电一体化给工业控制带来的设计的便利和应用的灵活。设计的便利和应用的灵活。2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_ 本设计利用本设计利用Motorola公司提供

4、的高性能公司提供的高性能8位单片机位单片机芯片芯片MC68HC908GP32为核心为核心，以工业制造中现实存，以工业制造中现实存在的循环运转器金属切割柔性加工流水线控制系统为在的循环运转器金属切割柔性加工流水线控制系统为样本，运用传感器原理、图像处理、样本，运用传感器原理、图像处理、Flash动画制作及动画制作及VB控制技术，对流水线系统进行控制技术，对流水线系统进行实时立体动画监控，实时立体动画监控，对加工工件进行对加工工件进行平整度检测平整度检测。通过。通过Motorola单片机汇单片机汇编程序对加工流水线机械模型进行单步测试以及连续编程序对加工流水线机械模型进行单步测试以及连续运行的控制

5、，并读取流水线系统反馈的信息量，利用运行的控制，并读取流水线系统反馈的信息量，利用RS-232的串口技术的串口技术，以，以VB作为控制平台作为控制平台，以，以Flash动动画画作为载体，对流水线采用三维动画形式予以实时监作为载体，对流水线采用三维动画形式予以实时监控。该模型系统几乎控。该模型系统几乎与实际的工业加工系统完全一致与实际的工业加工系统完全一致，且可以且可以方便的移植方便的移植到其他的工业系统。到其他的工业系统。2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_ 1 1） 充分考虑充分考虑随机性随机性：整个系统可以同时完成若干个工件整个系统可以同时完成若干个工件的加

6、工过程。若干工件放在流水线上可以逐一完成整个加工过程。的加工过程。若干工件放在流水线上可以逐一完成整个加工过程。任意一个加工工件在加工过程中出现了问题都不会影响整个流水线任意一个加工工件在加工过程中出现了问题都不会影响整个流水线的加工过程。这充分体现了系统的稳定性和先进性。的加工过程。这充分体现了系统的稳定性和先进性。 2） 先进的先进的实时控制系统实时控制系统：可视化、新颖的立体动画监控：可视化、新颖的立体动画监控界面可以非常直观的监视并控制整个加工过程，完成实时操作，实界面可以非常直观的监视并控制整个加工过程，完成实时操作，实现机电一体化的自动控制。在动画的实现过程中我们用现机电一体化的自

7、动控制。在动画的实现过程中我们用AutocadAutocad建建立立体模型，再通过立立体模型，再通过PhotoShopPhotoShop进行渲染达到真实的视觉效果，再进行渲染达到真实的视觉效果，再通过通过FlashFlash制作实时动画反映整个工作流程。这种设计思路不仅可制作实时动画反映整个工作流程。这种设计思路不仅可以用于本系统还可以直接移植到其他工业系统设计建模，具有很强以用于本系统还可以直接移植到其他工业系统设计建模，具有很强的可移植性。可以缩短其他系统的开发时间。的可移植性。可以缩短其他系统的开发时间。2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_ 3）自动检测自

8、动检测：对加工的工件可以进行质量检测，对加工的工件可以进行质量检测，并进行分选堆放，整个过程无需人工参与。这种设计并进行分选堆放，整个过程无需人工参与。这种设计思路完全符合当前机电一体化过程中加工与质量检测思路完全符合当前机电一体化过程中加工与质量检测同步实现的潮流。同步实现的潮流。 4 4）安全性：安全性：确保加工过程的绝对安全是当今工确保加工过程的绝对安全是当今工业人性化的表现。本系统中的安全保障模块利用光栅业人性化的表现。本系统中的安全保障模块利用光栅确定一定的隔绝区间，在这个区间里一旦操作者不慎确定一定的隔绝区间，在这个区间里一旦操作者不慎将肢体伸入，则光栅系统会向单片机发出中断请求，

9、将肢体伸入，则光栅系统会向单片机发出中断请求，发出报警信号同时整个系统将被中断以防止意外的发发出报警信号同时整个系统将被中断以防止意外的发生。生。2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_ 5）性价比：性价比：整个系统能完成复杂的工业操作，整个系统能完成复杂的工业操作，输入输出的控制量非常之多，同时还要保证与计算机保输入输出的控制量非常之多，同时还要保证与计算机保持实时同步的信息交流（通过串口通讯）。但通过口的持实时同步的信息交流（通过串口通讯）。但通过口的扩展模块，整个系统的成本并不高，仅仅一块扩展模块，整个系统的成本并不高，仅仅一块8 8位单片机位单片机就可以完成

10、整个控制过程，充分利用了单片机的每个端就可以完成整个控制过程，充分利用了单片机的每个端口。其较高的性价比决定了它具有很高的实用性。口。其较高的性价比决定了它具有很高的实用性。 6）模块化：模块化：由单片机作为中间桥梁，将流水线的由单片机作为中间桥梁，将流水线的各个模块有机的结合起来，充分展示了模块化的好处，各个模块有机的结合起来，充分展示了模块化的好处，也充分利用了单片机的处理能力，有机的协调了各个模也充分利用了单片机的处理能力，有机的协调了各个模块的功能。块的功能。 2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_ 1 1）输入输出量很多且彼此逻辑关系复杂输入输出量很多且

11、彼此逻辑关系复杂： 整个系统共有整个系统共有16个开关量和传感器，个开关量和传感器，24个马达控个马达控制量，要用一个合适的算法使得开关量和传感器实时制量，要用一个合适的算法使得开关量和传感器实时反映系统的工作状况，并根据当前状态控制系统的动反映系统的工作状况，并根据当前状态控制系统的动作即控制相应马达的停作即控制相应马达的停/转，流水线本身的规模决定了转，流水线本身的规模决定了系统动作比较复杂，马达之间有联动和互锁关系，这系统动作比较复杂，马达之间有联动和互锁关系，这些在设计中都要充分考虑到。我们采用的是些在设计中都要充分考虑到。我们采用的是“状态状态”法法（详见模块设计），很好的解决了这一

12、控制难题。（详见模块设计），很好的解决了这一控制难题。 2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_ 2 2）监控系统的实时性监控系统的实时性： 在整个系统的加工过程中，立体动画必须同步在整个系统的加工过程中，立体动画必须同步的反映系统的加工状态，从而有效地进行监控，确保的反映系统的加工状态，从而有效地进行监控，确保系统流水线稳定正常的进行加工，在必要的时刻可以系统流水线稳定正常的进行加工，在必要的时刻可以将整个系统复位。我们采用了将整个系统复位。我们采用了MSCommMSComm控件，（详见模控件，（详见模块设计），很好的解决了这一同步监控难题块设计），很好的解决了这

13、一同步监控难题 2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_l工作电压：工作电压： 24 24VDCVDCl传感器：传感器： 电感式接近开关电感式接近开关 6 6l 限位开关限位开关 10 10l执行机构：执行机构： 单向马达单向马达 6 6 双向马达双向马达 8 8l控制部分：控制部分： 数字输入数字输入 13 13l数字输出：数字输出： 22 22l模拟输入：模拟输入：1 1l外观尺寸（长外观尺寸（长宽宽高）：高）：600550330mm 2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_l流水线实物图流水线实物图l流水线示意动画流水线示意动画l系

14、统框图系统框图 l设计思路设计思路2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_ 返回2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室13Hase_点击此处进入flash动画演示请点击鼠标有键在新窗口中打开 返回2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_ 返回2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_ 将复杂的流水线控制系统分为将复杂的流水线控制系统分为四大模块四大模块实实现，四大模块之间既各自独立（这样便于模块现，四大模块之间既各自独立（这样便于模块化设计）又由单片机作为中间桥梁相互联系构化设计）又由单片机作

15、为中间桥梁相互联系构成有机的整体系统。其中硬件电路完成两大功成有机的整体系统。其中硬件电路完成两大功能，一个是流水线运作的逻辑控制，一个是直能，一个是流水线运作的逻辑控制，一个是直流电机的驱动。其中流水线的逻辑控制是一大流电机的驱动。其中流水线的逻辑控制是一大难点，这里要求多个工件同时能够在流水线上难点，这里要求多个工件同时能够在流水线上有条不紊的工作。这对单片机的程序编写提出有条不紊的工作。这对单片机的程序编写提出了一个寻求合适算法的要求。其次，加上必要了一个寻求合适算法的要求。其次，加上必要的外围设备与单片机协调工作可以实现对加工的外围设备与单片机协调工作可以实现对加工产品的质量检测和对加

16、工过程的安全保障。产品的质量检测和对加工过程的安全保障。 返回2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_l流水线控制系统流水线控制系统利用摩托罗拉汇编语言利用摩托罗拉汇编语言完成过程控制完成过程控制 l控制界面模块控制界面模块利用利用VusialVusial basic basic 语言实现语言实现流水线的控制界面劣势流水线的控制界面劣势l工件表面平整度测试模块工件表面平整度测试模块基于摩托罗拉基于摩托罗拉单片机的光电测试方法单片机的光电测试方法 l安全保障模块安全保障模块利用安全光栅屏障提高系统利用安全光栅屏障提高系统的安全性的安全性 2022-6-17同济大学-飞

17、思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_“状态法”控制马达从而控制履带的转停及转动方向。 “状态法”的基本思路 将每一个开关和传感器的状态抽象成为电信号以（将每一个开关和传感器的状态抽象成为电信号以（0、1）表示，故整个流）表示，故整个流水线上的开关和传感器都可以看作单片机的输入量，根据输入量之间的关系我们水线上的开关和传感器都可以看作单片机的输入量，根据输入量之间的关系我们可以设计出输出量与输入量之间的逻辑代数关系，利用这些逻辑关系控制马达从可以设计出输出量与输入量之间的逻辑代数关系，利用这些逻辑关系控制马达从而控制履带的转停及转动方向。而控制履带的转停及转动方向。 2022-6-17同济大学

18、-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_ 控制的马达均为直流马达，关键的控制量为速度控制，正反转控制。由PWM波发生电路控制马达速度，正反转靠光耦及MOS管电路控制。2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_ 返回2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_利用com口通信将相关信息传送至计算机，通过分析，利用vb演示界面实时播放相关视频文件以及传感器状态。此外，通过vb控制界面，设计单步检测功能，通过向串口

19、发送信号控制仿真模型电机运转，以实现测试功能。实时动画实现方法：1）模型抽象:通过实际部件测量等抽象方式，达到了解所需绘制对象的总体形象，基本构造以及主要比例关系。2）建模及显示：采用Autocad进行部件建模，然后采用flash对绘制的部件进行渲染， VB程序通过对串口信息的采集结合flash进行动画实时显示。 2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_ 返回2022-6-17同济大学-飞思卡尔微控制器联合教学实验室Hase_这个模块的主要功能是结合MC68HC908GP32单片机，通过计算机程序控制仪器和虚拟仪器技术共同实现流水线上工件平整度的自动检测。设计中使用的主要技术包括：发光二极管和光电传感器的使用；平整度检测硬件实现；与Motorola芯片配