基于智能儀表的流水線壓裝系統(tǒng)的電控設計

徐思源　崔貞濤

摘 要：設計了一套基于智能儀表的柔性生產線自動壓裝系統(tǒng)。該系統(tǒng)的功能是機器人抓取流水線送過來的工件，搬運到壓裝工位進行壓裝。就其設計思想、工作原理、控制方案、程序設計等要點進行闡述。

關鍵詞：PLC；柔性流水線；壓裝系統(tǒng)

中圖分類號：TP216 文獻標志碼：A 文章編號：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

隨著社會對產品成本降低、產品質量提高、產品更替快速、產品制造周期縮短等需求日趨迫切，柔性制造系統(tǒng)制造產品的質量穩(wěn)定性、生產節(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、現(xiàn)場設備管理plc、現(xiàn)場自動化加工設備組成。本文設計的基于力/位移監(jiān)測智能儀表epw400的自動壓裝電控系統(tǒng)，根據(jù)壓裝的情況自動將壓裝不合格的工件剔除，保證產品的壓裝質量和提高整線節(jié)拍的要求，并可將檢測數(shù)據(jù)發(fā)給整線控制管理工控機，用于追溯和統(tǒng)計計算。

1 系統(tǒng)組成與功能分析

設計基于智能儀表的自動壓裝系統(tǒng)結構原理圖如圖1所示。

機器人抓取系統(tǒng)主要由抓取工件的氣爪、工件檢測傳感器、4軸機器人等組成。機器人空閑時停在流水線工位托盤上方，當流水線工件傳送到工位，現(xiàn)場設備管理plc啟動壓裝系統(tǒng)工作時，機器人抓取工件，將工件搬運到壓裝機中，然后抓取已完成工件返回至流水線托盤中，返回至空閑位，或將工件放入不合格箱中，由控制系統(tǒng)plc發(fā)送完成信號給現(xiàn)場設備管理plc。

壓裝機系統(tǒng)主要由兩個氣液增壓缸、兩個移動滑臺（工件夾緊氣缸、兩個平移氣缸、兩個直線導軌）、到位檢測開關等組成。當機器人搬運工件到壓裝機的一個移動滑臺上，并抬起到安全位后，控制plc首先控制移動滑臺帶動工件移動到工作位置；然后啟動氣液增壓缸和智能儀表epw400開始檢測。最后，壓裝工作完成后，啟動滑臺返回到待轉位，等待機器人抓取工件返回到流水線或放入不合格箱，壓裝機的一個工作循環(huán)全部完成。

壓裝機系統(tǒng)、機器人、流水線布局圖如圖2所示。

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

Epw400界面顯示如圖3所示。

2 控制系統(tǒng)硬件設計

自動壓裝系統(tǒng)的控制框圖如圖4所示，硬件主要由omron cj2m型plc、機器人接口電路、滑臺氣缸的控制電磁閥及磁性開關、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）控制機器人搬運工件、滑臺移動、增力缸動作和epw400檢測。

（3）將不合格信號發(fā)送給現(xiàn)場控制plc。

（4）具有離線時，機器人、滑臺、增力缸均可單獨動作的功能。

（5）在線工作流程為：

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

2.2 核心器件

控制plc采用omron cj2m-cpu33，具有以太網通訊接口

I/O輸入模塊采用omron cj1w-id261

I/O輸出模塊采用omron cj1w-oc211，直接驅動電磁閥。

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，其他均為開關量檢測開關如氣缸位置檢測磁性開關，用于檢測氣缸處于收縮還是伸出狀態(tài)，電感式接近開關用于檢測機器人工件抓取是否到位。

3 控制系統(tǒng)軟件設計

自動壓裝系統(tǒng)的在線流程是順序控制。為了維護和檢查機器人、滑臺和氣液增力缸等機械的配合情況，壓裝系統(tǒng)的手動模式采用單步順序操作的方式，即按一下啟動按鈕，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。

因此自動壓裝系統(tǒng)分為初始化程序，自動運行程序、手動單步運行程序、手動各部件單獨執(zhí)行程序、復位程序。

當現(xiàn)場管理plc發(fā)出停止運行時，自動壓裝系統(tǒng)機器人完成工件搬運、從壓裝系統(tǒng)取出工件、將工件放入流水線托盤中的工作后，回到空閑位置，等待下面的操作指令；壓裝機工作完成后，工件處在滑臺空閑位等待抓取。

4 結束語

智能儀表檢測應用于產品關鍵工藝的加工中，可有效保證工件加工的及時檢測，發(fā)現(xiàn)不合格工件，通過機器人及時剔除，保證了加工的可靠性，上位機可通過不合格數(shù)據(jù)分析出工藝加工中的問題，為后期的質量提高提供幫助。該系統(tǒng)已成功應用于流水線上，結果表明性能穩(wěn)定，效果很好，具有一定的推廣應用價值。

參考文獻：

[1]郭聚東，錢惠芬.柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)勢及發(fā)展趨勢[J].輕工機械，2004：4-5.

[2]唐曉紅.plc在微細圓棒料自動分撿系統(tǒng)中的應用[J].煤礦機械，2006，27（2）：273-374.

[3]OMRON.SYSMAC CJ系列操作手冊[Z].2010.

[4]席盛代.基于pc+plc工業(yè)控制系統(tǒng)的應用與發(fā)展趨勢[J].工業(yè)控制計算機，2008，21（7）：7-10.

[5]于秀娜，張茜銘.基于PLC的裝配流水線控制[J].科技創(chuàng)新與應用，2014（32）：104.

[6]甘梓堅.生產流水線電氣控制系統(tǒng)的設計研究[J].科技創(chuàng)新與應用，2018（03）：107-108.