基于GE 90-30 控制器的柔性制造系统论文.doc
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1、08自控系毕业设计摘要本文介绍了基于GE 90-30控制器为控制核心的柔性制造系统(flexible manufacturing system;FMS)的设计过程。文中首先对FMS系统的国内外发展现状、FMS系统的结构组成和原理进行了简单介绍,然后设计了基于PLC和组态软件IFIX的FMS系统。系统采用PLC进行数据采集和系统控制,可实现FMS系统的无人值守。PLC通过工业以太网与上位机进行通信。上位机采用组态软件IFIX开发人机界面,实现工件的实时监控等功能。关键词柔性制造系统;数据采集;系统控制;人机界面The Design of Flexible Manufacturing System
2、 Based On GE 90-30 ControllerAbstractThis article describes the design process of a flexible manufacturing system,in which the GE 90-30 controller is used as its core controller。First of all, on the development of the FMS system, FMS system structure and principles are described in a simple, and des
3、ign of FMS based on IFIX configuration software and PLC systems. Systems for data acquisition and control system with PLC, enables unattended FMS system. PLC through Ethernet to communicate with the host computer. IFIX configuration software development of host computer interface and features such a
4、s real-time monitoring of implementation artifacts.KeywordsFlexible Manufacturing System;data acquisition;the system control;HMIII目录一、绪论11.1、引言11.2、柔性自动化生产线系统的发展11.3、柔性自动化生产线系统简介11.4、PLC的应用现状和前景11.5、本设计的主要工作2二、硬件电路设计32.1、总体介绍32.1.1、系统总体构成32.1.2、关于立体库、龙门搬运和装配单元的分析52.2、电气设计和电气原理图设计72.2.1、立体库电气原理图72.2.
5、2、龙门搬运单元电气原理图92.2.3、装配单元电气原理图112.3、生产线相关器件选型及介绍122.3.1 气动元件122.3.2 磁性开关142.3.3漫射式光电开关152.3.4电感式接近开关172.3.5光纤式光电开关172.4、PLC选型及介绍18三、软件设计203.1、系统程序流程图203.1.1立体库程序流程图203.1.2龙门搬运单元程序流程图213.1.3装配单元流程图223.2、通讯233.2.1通讯协议233.2.2 通讯程序的设计243.2.3系统网络拓扑结构图25四、实验调试264.1、单动调试264.2、联动调试26五、结束语285.1、毕业设计结论285.2、柔性
6、制造系统展望28致谢29参考文献30一、绪论1.1、引言随着社会对多样化产品、制造成本降低以及制造周期降低等日趋迫切的需求,柔性制造系统(FMS,Flexible Manufacturing System)发展十分迅速。20世纪80年代后,制造业自动化进入基于计算机的集成制造(CIMS)时代,FMS已成为各国机械制造自动化的发展重点。FMS的出现使传统的机械制造行业进入了一个发展变革的新时代,其强大的生命力自其诞生以来就已显示出来。迄今,已有大量的FMS在世界上运行,仅在日本就有175套完整的FMS。美国是最早将FMS用于生产的国家,也是FMS硬、软件技术最高的国家。德、英、意等西方国家都在大
7、力开发与应用FMS,并制订了短、长期的发展规划。国际上以柔性生产方式生产的产品产值已占制造业总产值的75以上,且有不断增长的趋势1。柔性制造系统作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技,为未来机构制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图,将成为2l世纪机械制造业的主要生产模式2。1.2、柔性自动化生产线系统的发展柔性自动化生产线从技术上看,工业发达国家都是以提高系统的可靠性、实用化为重点,以易于联网和集成为目标,注重对单元技术的开发、完善与提高。目前,我国FMS尚未达到实用化,一些关键的基础技术还没有完全掌握,与国际先进水平和国内日益增长的需求相比,都有不小的差距。我们必须结合国情,大力发展适用、可靠、价
8、廉的柔性自动化技术及装备。1.3、柔性自动化生产线系统简介FMS是由安装在铝合金框架式实训台上的传送带单元、立体库单元、机器人单元、机床加工单元、龙门搬运单元、视觉检测单元、装配单元、RFID 单元等组成,并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。各工作站由 GE FANUC PLC 承担其控制任务。各PLC 之间通过以太网通讯实现互连,构成分布式的控制系统。本文设计的基于GE 90-30控制器的柔性制造系统,根据工件的颜色和材质在线检测,快速分类,提高分类加工效率。 1.4、PLC的应用现状和前景PLC又名可编程逻辑控制器(Programmable Logic Contr
9、oller,PLC),它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展。未来的PLC将整合多种功能:更多的高级功能,更简单快捷的使用,更强的通讯功能,更好的开放性。1.5、本设计的主要工作本设计的主要研究工作包括:设计基于PLC和组态软件IFIX的FMS系统;编写PLC程序,控制FMS系统硬件设备,实现FMS系统的无人值守;在上位机上采用组态软件IFIX开发人机界面,实现工件加工过程的实时显示。上位机通过IF
10、IX驱动PLC程序运行,由此监测并控制FMS系统运行状况;进行实验室联调与试运行,并对FMS系统功能及可靠性进行完善。二、硬件电路设计2.1、总体介绍本系统采用先进的总线控制方式,配有主控PLC、IFIX工业组态监控软件、ME编程软件等,下面就具体介绍生产线的功能。图2-1 生产线总体外观图如图2-1所示,该柔性制造生产线作为一有机整体,由传送带单元、立体库单元、机器人单元、机床加工单元、龙门搬运单元、视觉检测单元、装配单元、RFID 单元等组成,各工作站由 GE FANUC PLC 承担其控制任务。各 PLC 之间通过以太网通讯实现互连,构成分布式的控制系统。该控制系统具有较好的柔性,即各单
11、元各有一套PLC控制系统独立控制,在单个控制完成以后,又可通过网络互连构成一个分布式的控制系统。2.1.1、系统总体构成1、该柔性自动化生产线实验系统是由独立的各单元相互连接而成,有如下单元:(1)立体库单元a、按照预定的分配,分为原料库位、成品库位和废品库位b、机械手搬运装置将物料搬出或送入立体库中(2)传送带单元a、将传送带上的物料输送至下一个工作单元(3)机器人单元a、将传送带上的物料送至机床加工单元进行模拟加工b、机床加工完毕后,再将机床上的物料送至传送带上(4)机床加工单元a、将机器人单元送来的物料进行模拟加工b、白色物料进行模拟钻操作,刀库自动寻找钻刀、蓝色物料则进行模拟铣操作,刀
12、库自动寻找铣刀。(金属物料不进行机床加工,即金属物料不送至机床站)(5)龙门搬运单元a、将物料从环形传送带的末端送至环形传送带的首端,然后回到初始位置b、安全光幕的作用是一个保护装置,避免人或物体通过时,发生碰撞和撞击等意外事故的发生。(6)视觉检测单元a、将物料进行直径检测,即实现模拟检测成废品物料(7)装配单元a、对成品物料进行标签装配(8)RFID 单元a、将带标签物料进行数据写、读操作b、当带有标签的物料通过 RFID 读写器时,读写器将预定额信息写入或读出,完成工件的数据记录下图2-2给出了系统中物料从一工作单元到另一工作单元的物流传递过程:图2-2生产线物流过程机械手将立体库原料库
13、中的不同颜色、材质的原料抓取到传送带中,然后进行一系列的模拟加工、视觉检测、标签装配等操作,最后将相同颜色、相同材质的成品物料放在同一列库中,将废料放入同一列库中。2.1.2、关于立体库、龙门搬运和装配单元的分析1、 立体库单元该单元的基本功能是按照预定的分配,将工件库位分为原料库位、成品库位和废品库位,通过机械手搬运装置将物料搬出或送入立体库中。其外观如图2-3所示。图2-3 立体库外观图该单元主要用到了这些器件:GE PLC(主控单元)、直线气缸、伺服电机及伺服驱动器部分(按照预定的路线进行库位寻找的工作)、空气压缩机(用来生产线上的动力装置)、漫反射式光电传感器。2、龙门搬运单元该单元的
14、基本功能是是将物料从环形传送带的末端送至环形传送带的首端,然后回到初始位置,等待下一个物料。其外观如图2-4所示。图2-4 龙门搬运外观图安全光幕的作用是一个保护装置,避免人或物体通过时,发生碰撞和撞击等意外事故的发生。 该单元由龙门搬运机构、安全光幕防护部分组成,主要配置由直线气缸、导杆气缸、气动手指、光电传感器、安全光幕等。3、装配单元该单元主要由送料装置、装配装置及标签物料组成,主要配置井式工件库、直线气缸、双杆气缸、气动手指、磁性开关、光电传感器等。该单元的基本功能是对成品物料进行标签装配,即当有成品物料到达装配预定位置时,送料机构送将物料推至物料台后等待装配信号,装配机械手从物料台抓
15、取标签物料送至预定位置,然后回到初始位置,等待下一个物料。标签装配单元外观如图2-5所示。图2-5 装配单元外观图2.2、电气设计和电气原理图设计2.2.1、立体库电气原理图图2-6 立体库电气原理图本站PLC选择GE FANUC VersaMax Micro IC200UDD040CPU主机单元。图2-6中描述的是PLC的电气连接示意图。立体库的I/O分配表见表2-1。 表2-1 立体库I/O表2.2.2、龙门搬运单元电气原理图本站PLC选择GE FANUC VersaMax Micro IC200UDD040CPU主机单元。图2-7中描述的是PLC的电气连接示意图。龙门搬运的I/O分配表见
16、表2-2。图2-7 龙门搬运电气原理图表2-2 龙门搬运I/O表2.2.3、装配单元电气原理图图2-8装配单元电气原理图本站PLC选择GE FANUC VersaMax Micro IC200UDD040CPU主机单元。图2-8中描述的是PLC的电气连接示意图。装配单元的I/O分配表见表2-3。表2-3装配单元I/O表2.3、生产线相关器件选型及介绍2.3.1 气动元件1、气源装置气源装置为气动设备提供满足要求的压缩空气。气源装置一般由气压发生装置、压缩空气净化处理装置和传输管道系统组成。 空气压缩机。简称空压机,是气压发生装置。空压机将电机或内燃机的机械能转化为压缩空气的压力能。如图2-9所
17、示。图2-9 空气压缩机 按工作原理分类,空气压缩机分为容积式空压机和速度式空压机。容积式空压机的工作原理是使单位体积内空气分子的密度增加以提高压缩空气的压力;速度式空压机的工作原理是提高气体分子的运动速度以此增加气体的动能,然后将气体分子的动能转化为压力能以提高压缩空气的压力。 2、气源处理装置(1)气源处理的必要性:从空压机输出的压缩空气,含有大量的水分、油和粉尘等污染物,空气质量不良是气动系统出现故障的主要因素,会使气动系统的可靠性和使用寿命大大降低,由此造成的损失会大大超过起源处理装置的成本和维护费用。(2)气源处理包括:空气过滤、压力调节、油雾器(润滑)(3)气动三联件:为得到多种功
18、能,将空气过滤器、减压阀和油雾器等元件进行不同的组合,就构成了空气组合元件。各元件之间采用模块式组合的方式连接。如图2-10所示图2-10 气动三联件3、气动执行元件气动执行元件包括产生直线往复运动的气缸,在一定角度范围内摆动的摆动气缸、气爪等。 双作用气缸:活塞的往复运动均由压缩空气来推动。 单作用气缸:只有一个方向受气压控制而另一个方向依靠弹簧实现复位。图2-11 气缸 气动手指:用于抓取、夹紧工件图2-12 气动手指 回转气缸:主要由导气头、缸体、活塞及活塞杆组成。回转气缸工作时,外力带动缸体、缸盖及导气头回转,而活塞及活塞杆只能作往复的直线运动,并且导气头体外接管路,固定不动。主要用在
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