賴思琦，尹顯明，楊應(yīng)洪

(西南科技大學(xué)a.工程技術(shù)中心;b.制造科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽(yáng) 621010)

基于FMS的自動(dòng)化輸送線設(shè)計(jì)與研究*

賴思琦a，尹顯明a，楊應(yīng)洪b

(西南科技大學(xué)a.工程技術(shù)中心;b.制造科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽(yáng) 621010)

介紹了基于柔性制造系統(tǒng)(FMS)的自動(dòng)化輸送線單元，包括皮帶輸送機(jī)、輥筒輸送機(jī)、轉(zhuǎn)角輸送機(jī)等組成部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及通過ProfiBus-DP總線實(shí)現(xiàn)總控制單元對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控和操作。通過實(shí)際運(yùn)行證明，文中所構(gòu)建的自動(dòng)化輸送線單元完全滿足在柔性制造系統(tǒng)中的高效實(shí)用要求。

FMS;自動(dòng)化輸送線;ProfiBus-DP

0 引言

柔性制造系統(tǒng)(FMS)是一個(gè)由計(jì)算機(jī)集成管理和控制的、用于高效率地制造中小批量多品種零部件的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，它的應(yīng)用圓滿地解決了機(jī)械制造高自動(dòng)化和高柔性之間的矛盾。自動(dòng)化輸送線單元是柔性制造系統(tǒng)的重要組成部分，由皮帶輸送機(jī)、輥筒輸送機(jī)、轉(zhuǎn)角輸送機(jī)組成，由PLC控制，并通過ProfiBus-DP總線與總控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，接受用戶的控制和管理［1-3］。

1 柔性制造系統(tǒng)的總體組成和工作流程

柔性制造系統(tǒng)由自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)單元、AGV運(yùn)載機(jī)器人、自動(dòng)輸送線裝置、CCD形狀檢測(cè)系統(tǒng)、六自由度行走搬運(yùn)機(jī)器人、六自由度焊接機(jī)器人、數(shù)控車床、加工中心及相應(yīng)附屬設(shè)備組成。系統(tǒng)運(yùn)用Profibus-DP總線及開發(fā)型組態(tài)軟件等網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，使主控制臺(tái)對(duì)各單元設(shè)備進(jìn)行集成控制，能夠根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的變化，通過簡(jiǎn)單地改變軟件設(shè)置的方法進(jìn)行調(diào)整，以適宜于多品種、中小批量生產(chǎn)。

系統(tǒng)開始工作前，人工將不同工件和托盤按照事先規(guī)劃好的各零件毛坯區(qū)域送入原料庫(kù)貨架。工件或毛坯由碼垛機(jī)從自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的原料倉(cāng)庫(kù)中取出，此時(shí)AGV按照預(yù)定軌道運(yùn)行到取料位置。通過出庫(kù)平移臺(tái)，毛坯由AGV送至自動(dòng)輸送線，經(jīng)六自由度搬運(yùn)機(jī)器人送到柔性制造加工單元中，按照工序流程在數(shù)控車或加工中心、焊接機(jī)械臂上進(jìn)行加工。加工完成后，由機(jī)器人取出工件，通過輸送線和AGV一起運(yùn)行，將工件放回入庫(kù)平移臺(tái)上，由碼垛機(jī)拾取送入倉(cāng)庫(kù)成品庫(kù)貨架。同時(shí)，軟件記錄信息，以便管理，進(jìn)而完成一個(gè)工作流程。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作流程如圖1所示［4-6］。

2 自動(dòng)化輸送線單元設(shè)計(jì)與控制

2.1 單元組成及功能

輸送線單元由2套皮帶輸送機(jī)、1套輥筒輸送機(jī)、2臺(tái)90度轉(zhuǎn)角輸送機(jī)組成，如圖2所示。皮帶輸送機(jī)與轉(zhuǎn)角輸送機(jī)支架為鋁合金型材框架，框架下方安裝有調(diào)整支腳和滾輪。每條皮帶運(yùn)輸機(jī)由金屬支架、皮帶、輥筒、電機(jī)與減速器組成，采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，變頻調(diào)速，并且輸送機(jī)上裝有位置傳感器;輥筒輸送機(jī)為鋼架結(jié)構(gòu)，由優(yōu)質(zhì)鋼板加工而成，采用三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，變頻器調(diào)速，并且輸送機(jī)上裝有位置傳感器;轉(zhuǎn)角輸送機(jī)為鋁合金型材框架，由直流電機(jī) +減速器驅(qū)動(dòng)［7］。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作流程圖

圖2 自動(dòng)化輸送線庫(kù)單元

皮帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)，只是在外形和負(fù)荷上不同。根據(jù)我中心車間的柔性制造系統(tǒng)要求，輸送單元最高帶速 V=6m/min，負(fù)載重量f=2kg，主動(dòng)輥筒直徑d=100mm，初定渦輪減速比i=50，摩擦系數(shù)μ=0.3，摩擦阻力50N。

根據(jù)已知，求主動(dòng)輥筒轉(zhuǎn)速為N1=V/πd=6/3.14×0.1=19r/min;

進(jìn)而電機(jī)轉(zhuǎn)速為N2=19×50=950r/min;電機(jī)扭矩T=(9.8×f×μ+50)×d/2/50=0.056NM。

2.2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

輸送線單元的主電路與控制電路如圖3所示。

圖3 輸送線單元電路

輸送線由歐姆龍 PLC控制，型號(hào)為 CP1HXA40DT-D，根據(jù)工序動(dòng)作需要，共需40個(gè)輸入點(diǎn)，12個(gè)輸出點(diǎn)，所以使用了一個(gè)CPM1A-20EDR1擴(kuò)展I/O單元。輸入點(diǎn)包括輸送線上安裝的行程開關(guān)、對(duì)射光電開關(guān)等;輸出點(diǎn)包括電機(jī)啟動(dòng)、停止、急停開關(guān)等。PLC梯形圖分為初始化、主程序、復(fù)位、總控調(diào)試等，共八段，1530步，其初始化段部分程序如圖4所示。

2.3 控制軟件設(shè)計(jì)

柔性制造系統(tǒng)總控制單元由1臺(tái)研華IPC-610H工控機(jī)作為主控機(jī)，主控軟件為操作人員使用的前臺(tái)程序，軟件運(yùn)行平臺(tái)為Windows XP，使用組態(tài)王軟件開發(fā)。總控制單元通過ProfiBus-DP總線通訊采集各分站信息，并協(xié)調(diào)各個(gè)分站動(dòng)作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面接受用戶控制，其操作分為連續(xù)自動(dòng)和各分站手動(dòng)控制兩種方式［8-9］。

圖4 輸送線初始化部分PLC梯形圖

輸送線單元通過歐姆龍PLC的Profibus通訊模塊與主站控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，通過主控軟件的設(shè)定，控制輸送線運(yùn)行。輸送線處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，工件在傳送帶出庫(kù)點(diǎn)上擋住出庫(kù)點(diǎn)的光電對(duì)射傳感器，系統(tǒng)檢測(cè)到反饋信號(hào)，由AGV小車或機(jī)械臂進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作，達(dá)到整體配合的目的。輸送線單元手動(dòng)

控制的部分代碼如下，其界面如圖5所示。

圖5 輸送線單元手動(dòng)控制界面

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過詳細(xì)設(shè)計(jì)與研究，將自動(dòng)化輸送線單元通過ProfiBus-DP工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線納入柔性制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從毛坯出庫(kù)、運(yùn)送、加工、工件返回到入庫(kù)的物流輸送全過程。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，在我中心生產(chǎn)車間的工作得到了很好的應(yīng)用，對(duì)建立類似的大型自動(dòng)化輸送線具有重要的借鑒作用。

［1］王勇.基于PLC與PROFIBUS的柔性制造生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.蘇州:蘇州大學(xué)，2009.

［2］李作海，姚錫凡.基于RFID的信息集成柔性制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2011(4):14-18，23.

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Based on The Automatic Conveyor Line of FMS Design and Research

LAI Si-qia，YIN Xian-minga，YANG Ying-hongb
(a.The Center of Engineering and Technology;b.School of Manufacturing Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang Sichuan 621010，China)

The thesis Introduced the automatic conveyor line unit of the flexible manufacturing system(FMS)，which included the band conveyor，the rollers conveyor and the corner conveyor，monitored and supervised by the data exchange of the ProfiBus-DP and Total control unit.Through the practical operation，it shows that the automatic conveyor line unit of the paper full met the requirement of the efficiency and practicability.

flexible manufacturing systems;automatic conveyor line;ProfiBus-DP

TH165

B

1001-2265(2012)11-0087-03

2012-04-13

四川省教育廳2011年重點(diǎn)科研項(xiàng)目(11ZA129)

賴思琦(1976—)，男，四川綿陽(yáng)人，西南科技大學(xué)工程技術(shù)中心講師，工學(xué)碩士，主要從事機(jī)電、數(shù)控、柔性制造技術(shù)研究等，(E-mail)lai_siqi@163.com。

(編輯 李秀敏)