智能制造島硬件連接及信號處理分析與應用方法

趙雷鳴 楊麗敏

通用技術集團大連機床有限責任公司 遼寧大連 116620

1 智能制造島簡介

1.1 硬件配置

智能制造島是由西門子系統VDF850A立式加工中心與DMTG機器人組成的。

VDF850A至少需具備自動氣動門、自動液壓/氣壓夾具才能夠滿足自動上下料的功能。

1.2 通訊方式

無論是智能制造島還是大型生產線，通訊主要有兩種方式，總線交互通訊方式（快速以太網、ROFINET、PROFIBUS、Modbus/TCP、CC-link等）和點對點交互通訊方式。

總線通訊方式具有連線簡單方便、傳輸數據大，傳輸速率高，適合遠距離傳輸，但價格相對略高，并需要保證各設備支持統一的的通訊方式，適合于大型智能生產線。

點對點通訊方式：硬件接線略多，傳輸數據數量受PLC的外部IO點數限制，不適合大數據傳輸，但價格便宜，且各設備有PLC IO輸入輸出即可，不受系統通訊協議限制，適合于小型智能制造自動化設備應用[1]。

本文的智能制造島選擇點對點的硬件連接方式進行交互通訊。

2 電控工藝流程及信號說明

2.1 電氣工藝流程

（1）首次上電，機床選擇聯機模式，人員檢查機床外設，機床就緒；

（2）機器人給機床發送遠程啟動，夾具夾緊、自動門關閉，加工工件。

（3）加工完成后，機床自動門打開，夾具所有氣缸松開，機床軸移動到固定換料位置，發出“換料許可”信號請求換料。

（4）機器人移動到機床內，給機床換料（先下料，后上料），換料完成后機器人給機床發送“換料完成”信號。

（5）機床接受到“換料完成”信號后，回到程序開頭，返回到第（2）項，進行循環（2）-（5）項。

2.2 標準信號定義

我們根據電氣工藝流程，將機床與機器人交互信號標準定義如下表1所示。

2.3 點對點信號連接

點對點信號連接注意事項，PLC硬件輸入輸出類型，分為PNP、NPN輸入輸出，目前市場常見的輸入輸出類型皆為PNP形式，我們本臺使用的輸入輸出類型也為PNP形式，機床和機器人的交互信號使用無源點經過繼電器觸點傳送給對方[2]。

3 交互程序示例及說明

機床宏程序 機器人程序

M100；門關 Servo On；機器人使能

M102；夾具夾緊 Wait M_In（1）=1；等待機床就緒

…… M_Out（1）=1；發送機床啟動

M98P8888；加工程序 Dly0.5；

…… M_Out（0）=0；啟動信號0.5S后關閉

M05；主軸停止 *loop；標簽

G91G28Z0；Z移到安全位置 Wait M_In（2）=1；等待機床加工完成

G91G28X0Y0；XY移到換料位置 ……

M103；夾具松開 機器人換料動作程序

M101；門開 ……

M30； M_Out（9）=1；換料完成

GoTo *loop

注：以上程序為交互簡單程序示例，機床以PLC程序及宏程序、機器人由循環程序、外部IO控制來完成交互程序、控制動作及安全互鎖[3]。

表1

4 結語

以上為小型智能制造島硬件連接及信號處理分析與應用說明，目前越來越多的智能生產線受到廠家青睞并在工廠中應用，大大的減少人工勞動力的投入，并極大的提高了生產效率，除完成智能化上下料生產，可完成復雜多工序交互，智能刀具壽命管理，工件計數等，針對工業4.0智能制造可以通過總線通訊，基于此文原理的基礎上進行擴展升級，還可以將生產計劃、生產數據、工藝數據等與車間生產制造管理系統交互，完成進一步的智能化升級。