工厂自动控制实训系统(工程型)
1.概述
随着社会的进步和人们生活水平的提高,客户对产品的需求呈现多样化,产品更新换代的周期越来越短,面临这一新的局面,必须大幅度提高制造柔性和生产效率,缩短生产周期,保证产品质量,降低能耗,从而降低生产成本,以获得更好的经济效益,柔性制造系统便应运而生,但是高自动化和高柔性化系统同样需要较高的使用和折旧费用,这显然不适合学校用于教学使用。为此我们立足于现有条件,结合实际教学的需求,开发了一套完全模拟工业现场实际应用的自动化柔性制造教学实训系统,用于教学和实验研究。
2.实训系统的总体设计
工厂自动控制实训系统(工程型)是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化柔性制造系统。它包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整,以适宜于多品种、中小批量生产。它通过简单地改变软件的方法能够制造出多种零件中的任何一种零件。该系统完成的工作是:将工件由码垛机从自动化立体仓库中取出,送到出库平移台上,经过AGV小车运送到输送线上,运行到达CCD单元气动定位处停止,由CCD视觉系统对工件进行形状检测并记录信息将其传至各相关单元,检测完毕,托盘继续运行;工件经由皮带运输机向下经过转向90°转角皮带输送机送至横向辊简输送机,经过气动定位装置停止,再由上下料机器人抓取工件,根据工件类型送入柔性制造加工单元的数控车或数控加工中心内进行加工,加工完成后,由上下料串联搬运机器人取出工件,将工件放回到输送线上托盘内;若遇焊接件则将工件夹持并安放在焊接工作台的焊接托盘内,待焊接各件齐备由焊接机器人进行焊接操作,焊接完成后由搬运机器人将其搬运到辊筒输送机的托盘内;工件经90°转角输送机被运送至皮带运输机线上,根据各加工信息送到AGV小车车载输送线内,由AGV小车行至人库平移台(若遇特殊情况产生废品件,则在原料库中选一特定的区域放置废品),由挂壁式码垛机根据工件信息送入立体仓库成品库,同时软件记录信息,以便管理,进而完成一个工作流程。整个工艺流程如图1所示。
3系统主要单元硬件设备
3.1 自动化立体仓库与码垛机单元
3.1.1 挂壁式码垛机
挂壁式码垛机由X、Y、Z三个方向的直线运动机构组成。一维水平直线运动机构由底座、直线滑轨、滑轮、电机减速器、传动链条等组成,完成机构的水平运动。二维垂直直线运动机构由立柱、滑轨、传动链、机架、电机减速器组成,完成工件的上下运动。三维直线运动机构由水平支架、滑道、导轨、取货平板、电机减速器组成,完成工件的前后运动。本系统所有机械件底座壳体部分均采用优质钢材制作,结构紧凑,重量轻,运转灵活。
3.1.2 自动化立体仓库
双排自动化立体仓库由型钢搭建,与工业用挂壁式码垛机机械本体及传感器组成了自动化立体仓库码垛机单元。自动化立体仓库货架上每个货位安装有机械传感器,每个货架负荷不小于30 kg.并且在货架的上方装有巷道装置。
3.2 AGV运載式机器人单元
本系统中使用的AGV运载式机器人为工业级设备,红外寻迹导航,采用进口伺服电机驱动. AGV运载式机器人是一个融合机械、电子、单片机、轨迹规划、信号处理、无线通讯等理论技术为一体的高技术产品,目前已经完全应用在各类工业现场进行运输工作,其功能不仅仅能根据指令和调度进行运载,还具备智能机器人特点,即具有避障、防碰撞、急停等功能。
图1系统工艺流程图
3.3 自动化輸送线系统单元
本单元由2套皮带输送机、1套辊筒输送机、2台90°转角输送机组成1型输送系统,皮带输送机与转角输送机支架为铝合金型材框架,规整美观。每条皮带运输机由金属支架、皮带、辊筒、电机与减速器组成,采用交流电机驱动,电子调速,并在输送机上装有位置传感器。转角输送机由直流电机和减速器驱动。辊筒输送机为钢架结构,由优质钢板加工而成,采用三相异步电机驱动,变频器调速,并且输送机上装有位置传感器。输送机系统采用PLC控制,开放源代码,方便进行二次开发
3.4 CCD形状识别单元
本单元由CCD摄像机、图像采集卡、图像处理软件和其他设备(支架、工作台等)组成。通过图像识别功能,对3种工件进行面积识别,利用识别信息六自由度行走搬运机器人可把不同的工件放入相应的加工装置当中
3.5 六自由度行走搬适机器人单元
六自由度行走搬运机器人单元由六自由度工业型串联机器人及嵌入式控制系统、机器人行走导轨及对射开关、气动定位装置等组成。六自由度串联机器人采用关节式结构,按工业标准要求设计,速度快、柔性好:采用模块化结构,简单、紧凑,完全满足实验要求;机器人本体采用超硬铝材料,在工作过程中,运动平稳可靠,无噪声,定位准确,运行精度高.机器人末端执行机构采用真空吸附及气动夹持混合式手爪,针对不同工件采取不同的抓取方式,真正实现自动搬运的无人操作功能。
3.6数控机床
该单元包括学校现有工业型数控车床、工业型数控加工中心以及配套的气动夹具和气动挡板.由于数控车与数控加工中心采用的是进口FANUC数控系统,其软件内核接口不开放,无法与系统高度集成,因此要实现无人值守自动化,则需要在现行数控机床配置基础上进行必要的改造
以数控加工中心为例,对其进行了如下改造: ①机床工件装夹虎钳更换为气动夹紧,同时安装电磁阀等气动元件; 机床挡板更换为气动挡板,更换挡板门,需安装简易导轨,同时安装电磁阀等气动元件,连接气路; ③以上气动部分PLC控制,故需增加PLC控制柜,并与机床电气及自动化系统电气连接;④改造机床电气部分,更改布局配线,增加气动虎钳、挡板及开关、急停继电器,与PLC控制柜和系统控制柜联网,以便满足各工艺流程通讯要求;对数控加工中心网络连接。
3.7 焊接机械臂单元
本单元由六自由度焊接机械臂及底座、焊接工作台以及电气、控制系统组成。焊接机器人是从事焊接的工业机器人。机械本体采用工业串联式结构,全伺服控制,按工业标准要求设计,结构简单、速度快,在机器人的末轴法兰装接焊枪,使之能按预先设定进行焊接操作,焊接工作台与六自由度焊接机器人、六自由度搬运行走机器人及柔性制造系统整体配套。
4工业总线控制
控制系统由1台主控计算机、2台运动控制器、2台PLC、1套无线数传系统组成,通过Profibus-DP总线同主控计算机控制中心做数据交换。控制系统组网图如图2所示。系统提供可视化界面,操作员可以实时监控各个设备的工作状态。其中包括各个装置是否正在运行、各个装置是否已经通电、物流系统中正在分拣的各个物料的所在位置等。系统整体通过Profibus总线和无线通讯控制协调各个单元的运动。
5 结语
该系统在我校工程技术中心得到了很好的应用,为学生提供了一个开放性的、创新性的和可参与性的实验平台,让学生全面掌握机电一体化技术的应用开发和集成技术,帮助学生从系统的整体角度去认识系统各组成部分,从而掌握机电控制系统的组成、功能及控制原理。促进了学生在机械设计、电气自动化、自动控制、机器人技术、计算机技术、传感器技术等方面的学习,并使学生的高级语言编程等技能得到了实际的训练,激发了学生的学习兴趣,使学生在机电系统的设计、装配、调试、操作与创新能力等方面均得到了综合提高。
相关信息
