柔性制造实训系统的设计

柔性制造实训系统的设计

0训系统模拟了现代工业产品的生产过程随着科学技术的进步，自动生产线在现代工业生产中发挥着越来越重要的作用。本文设计的机电一体化柔性制造实训系统模拟了现代工业产品的自动化生产过程,演示了从原材料出库、经历多道生产工序成为成品入库的整个流程,融合了PLC控制技术、气动驱动技术、电气控制技术、传感器检测技术、工业机器人、数控机床以及网络总线等多方面自动控制技术,展现了现代工业的生产控制模式,为学习者掌握自动化生产线提供了良好的平台1模拟生产设备实训单元图1为典型机电一体化设备,由机械部件、电气元件、气动元件、PLC模块、触摸屏模块以及模拟生产设备实训单元(包含立体仓库单元、CCD检测单元、材质检测单元、喷涂单元、孔深检测单元、条码扫描单元、总控单元和环形传输系统)等组成1.1典型的cd检测设备检测单元主要包括固定式皮带输送带、可旋转皮带输送带、滚子输送带、CCD检测摄像头及图像处理电脑、搬运机器人以及电气控制柜等部分(图2),可实现对托盘中的大、小工件进行CCD检测的功能。1.2材料试验单元结构材质检测单元主要包括材质检测装置以及电气控制柜等部分,可实现对大工件进行材质检测的功能(图3)。1.3喷漆单元结构喷涂单元主要包括挡板装置、搬运装置、喷涂装置以及电气控制柜等部分,可实现对小工件进行喷涂的功能(图4)。1.4孔深检测模块设计孔深检测单元主要包括搬运机器人、数控车床、加工中心、孔深检测装置以及电气控制柜等部分,可实现对大工件进行孔深检测的功能(图5)。1.5盘问系统设计扫码单元主要包括滚子输送带、可旋转皮带输送带、固定式皮带输送带、扫码装置及数据存储电脑以及电气控制柜等部分,可实现对托盘进行扫码的功能(图6)。1.6自动联网控制部分总控单元主要包括总控计算机、总控PLC、触摸屏以及电控柜等部分,可实现对整套自动化生产线进行自动联网控制的功能(图7)。每个单元模块既可自成系统进行单元训练(手动方式),也可与其他模块相互组合,进行系统训练(自动方式)。2柔性系统的核心内容2.1材料和传感器的选用系统采用了多种传感器,用于实现工作中的各项检测反馈功能型号为BR100-DDT-P的Autonics漫反射型光电传感器,用于检测当前工位有无工件。型号为BR100-TDT-P的Autonics对射式光电传感器,用于检测工件是否到达。USB工业相机,用于拍照并将图片传输给计算机,以此判断托盘上是大工件还是小工件。型号为CS1M020S20的AirTAC气缸感应开关,用于判断气缸是否到位。型号为BESM08MG-UOC20B-BV03的BALLUFF电感式传感器,用于区分工件的材质是铁还是铝。型号为PT-30V的爱宝条码扫描器,可以通过条码扫描识别当前托盘的信息。2.2机械和伺服问题系统采用电气控制技术实现部分运动控制功能。整套设备中需要精确定位的运动由伺服电机和伺服驱动器实现,如立体仓库单元中搬运机构的X轴运动和Z轴运动、孔深检测单元中机器人的直线运动。其余由变频电动机和调速器实现,如立体仓库搬运机构的Y轴运动、各单元输送带的运动。以搬运机构X轴运动为例,给出电气控制接线图,如图8所示。2.3气压的单元除了电气控制技术,系统还采用气动回路实现部分控制功能。比如CCD检测单元、扫码单元借助于气动回路实现工件托盘的传输,主要元件包括气泵、气动三联件、气动阀、气缸等;材质检测单元借助于气动回路实现工件的材质检测;喷涂单元借助于气动回路实现工件的搬运和喷涂,主要元件包括气动手指、夹紧气缸、气动喷枪等;孔深检测单元借助于气动回路实现工件的孔深检测,主要元件包括行程可读气缸和多输出计数器。以喷涂单元为例,给出气动回路图,如图9所示。2.4指令编程功能系统采用GR-C工业机器人实现搬运功能。该机器人可在本机基础上增加机械元件和电气元件,通过指令编程实现相应的动作功能。比如CCD检测单元采用工业机器人将大工件搬运至材质检测单元、将小工件搬运至输送带;材质检测单元采用工业机器人搬运大工件;孔深检测单元采用机器人将大工件依次搬运至数控车床、加工中心、孔深检测工位、扫码单元或废料箱,将小工件直接搬运至扫码单元。2.5控制单元的设置系统控制器采用了SIMATICS7-200SMARTPLC。各个工作单元分别由1台S7-200PLC承担控制任务,其中总控单元的PLC设置成主站,其余单元的PLC设置成从站。站点之间通过RS-485串行通信实现数据交换,构成集成分布式的控制系统。2.6机界面控制功能系统配置mcgsTpc触摸屏作为生产现场的人机操作界面,系统运行时不仅可以由按钮操作面板发出控制指令,还可以通过触摸屏控制和显示系统运行状态3柔性管理系统的工作流3.1成品入库、成品出库本单元可完成原料入库、原料出库、成品入库、成品出库4项工作。以原料入库为例,手动方式下的工作流程如图10所示(以1号仓位为例)。3.2sd检测单元的工作流本单元对传送托盘中的大、小工件进行CCD检测。手动方式下托盘传送并检测的工作流程如图11所示。3.3材料检测单元的工作流本单元对大工件的材质进行检测,手动方式下材质检测的工作流程如图12所示。3.4喷漆单元的工作流本单元对小工件进行喷涂,手动方式下喷涂的工作流程如图13所示。3.5孔深检测单元的工作流本单元对大工件的孔深进行检测,手动方式下的工作流程如图14所示。3.6扫描单元的工作流本单元对工件托盘进行扫码,手动方式下托盘扫码并传送的工作流程如图15所示。3.7总控制单元的工作流总控单元的工作流程如图16所示。4控制系统安装与调试系统融典型机电一体化设备机械部件装调、电气控制电路装调、气动系统装调、PLC编程、触摸屏编程、工业机器人编程、数控机床编程、自动控制系统安装与调试于一体,涵盖了PLC技术、触摸屏技术、机械结构安装、驱动调速、气动控制、传感