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集中式控制沖壓自動生產線設計

作者: yhsstools 時間:2019-09-07 來源:未知
摘要:采用單控制器控制多機械手沖壓自動線的集中控制方案。以冰箱壓縮機支撐板沖壓生產為研究對象,構建了由6臺機械手、4臺沖頭、1臺翻蓋機和1臺給料機組成的沖壓自動生產線。...

連續沖壓生產主要是單臺機床的手工裝卸和控制,存在自動化程度低、安全事故多、工作環境噪聲大、質量穩定性差等問題。在勞動力成本不斷上漲的影響下,機器已成為取代人的發展趨勢。用機器人代替人來改進傳統的沖壓生產工藝,是解決傳統沖壓行業就業困難、提高技術水平的重要途徑。通用六自由度機器人由于價格昂貴、運動自由度過剩以及末端執行器的二次開發需要,對特定工藝的沖壓生產適應性較差。相反,簡單的四自由度或五自由度機械手是根據特定產品沖壓工藝的特點設計的,具有成本低、針對性強、直接使用等優點?,F有的整體式沖壓移動自動生產線存在更換生產線困難、設備成本高等問題,難以滿足多品種小批量沖壓生產的需要。由多自由度沖壓裝卸機器人和沖床構成的自動沖壓生產線,可以最大限度地提高生產效率,降低生產成本,提高產品質量穩定性,改善沖壓生產環境,改善沖壓生產工藝,對提高沖壓生產水平具有重要意義。

采用機器人輔助的全自動生產流水線已被廣泛應用于工業生產的多個領域,如汽車車身覆蓋件的焊接,在這些系統中,常采用分布式控制模式,各個對象具有自己獨立的控制器,能完成各自規定的動作,對象之間通過某種通信方式組成網絡,由上位機和各對象之間進行信息傳遞,實現多機器人、工裝設備之間的協作。這種模式在實時性要求高、動態多變環境的系統中具有優勢,系統組建簡單快速,但成本相對較高、協作難度大。文獻[6]采用了分布式控制模式,給出了工控機610L負極片自動化生產線設計方案,該方案采用了多串口卡的通信模式。文獻[7]給出了一種基于三菱可編程邏輯控制器(Programmable logic controller,PLC)的垃圾衍生燃料自動生產線設計方案,該方案采用RS-232串口通信協議,實現PLC與上位工控機之間的通信?;诙鄠€PLC之間通過RS-485串口通信的分布式控制模式,可實現最多8個被控對象的PLC之間的通信。

在沖壓加工中,有時需要更換工件的上下表面,這可以通過將兩個五自由度機械手與一個卸料臺相結合來實現。另外,兩臺四自由度沖壓搬運機械手可與翻蓋機配合,達到裝卸和翻轉的目的??蓾M足沖壓生產、模具裝卸的要求。每個機械手都有一個獨立的控制器。雖然單個控制器的成本較低,但控制器數目越多,由于使用多個機械手而導致的總成本就越大。多軸運動控制器可以集中控制幾十個甚至幾百個軸,也可以控制由交流伺服電機驅動的多軸機器人,從而相對地降低了各個機械手的控制成本。針對沖壓工藝的特點,提出了一種集中控制的自動沖壓生產線設計方案。該方案采用單軸運動控制器川MP2300作為主控制器,控制6臺機械手、1臺翻轉機、1臺給料機和4臺沖床。系統控制器通過以太網與外部網絡互連,通過M/II總線將定位脈沖發送給各機械手的伺服單元,并通過I≤O開關信號與沖床、翻蓋機和饋線機進行交互。

  基于集中式控制模式的沖壓自動線,各機械手均由1個控制器控制,該控制器和沖床、翻轉機和上料機等設備通過I/O信號進行啟動或完成的信息交互。系統選用安川運動控制器MP2300,該控制器采用以太網通信模式與計算機、觸摸屏或其他的運動控制器進行信息交互。各個四自由度機械手運動軸均由交流伺服電機驅動,控制器通過M/II總線,給各個機械手的運動軸的伺服單元發送定位脈沖,各軸由伺服單元設置的軸號予以識別??刂破鱉P2300與翻轉機、沖床和上料機等設備,采用I/O開關量方式進行信息交互。

       沖壓自動生產線的運行模式主要由手動操作模式和自動操作模式兩部分組成。手動方式完成沖床、機械手、翻轉機和送料器等設備的獨立動作控制,可以設定是否使用機械手,以滿足不同產品的生產需要,增加或減少機械手的配置。自動模式需要系統滿足初始狀態、無異常報警等條件才能運行,是正常生產的運行模式。

  該系統建立了伺服異常、極限異常、運動異常、負壓異常和控制器異常等異常信息監測系統。當出現異常時,系統自動停止運行,并立即通過三色警示燈中的紅色警示燈和蜂鳴器報警。在觸摸屏中顯示異常信息,在觸摸屏異常報警窗口中查詢異常報警提示信息,并根據異常報警提示信息進行故障排除。故障處理后,當系統在滿足運行狀態時重新運行時執行復位。

(1)提出了一種多機器人輔助沖壓自動生產線的集中控制方案。采用單臺運動控制器作為上位機,控制6臺機器人、4臺沖頭、1臺翻蓋機和1臺送料機??刂破魍ㄟ^M/II高速(10 Mbps/s)總線控制各機器人的運動軸,通過I≤O信號控制打孔、翻轉機和饋線。
  (2)沖壓自動生產線上位機采用以太網通信方式,易于集成到更廣泛的柔性制造系統和物聯網系統中,實現遠程控制。
  (3)以冰箱壓縮機支撐板為對象,構建并調試了傳統單工序沖壓及沖壓處理機器人的自動沖壓生產線。在設定的工作空間和動作要求下,自動沖壓生產線的最大動作拍可達8s/s。

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