教學(xué)型FMS控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文.doc

摘 要隨著科技飛速進(jìn)步，柔性制造系統(tǒng)（fms）已成為現(xiàn)代制造業(yè)自動(dòng)化前進(jìn)的源動(dòng)力，在許多工業(yè)領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。我國(guó)在fms領(lǐng)域起步較晚，應(yīng)用不足。國(guó)內(nèi)高?，F(xiàn)有的先進(jìn)的fms實(shí)驗(yàn)設(shè)備偏少，缺少相關(guān)的研究與設(shè)計(jì)人才。本文嘗試設(shè)計(jì)基于plc與profibus-dp總線的教學(xué)型fms系統(tǒng)，該系統(tǒng)由立體倉(cāng)庫(kù)與碼垛機(jī)、ccd形狀識(shí)別、cnc加工、上下料搬運(yùn)機(jī)器人、ccd尺寸檢測(cè)及顏色識(shí)別、條碼掃描檢測(cè)、傳輸系統(tǒng)、分揀機(jī)器人等單元組成。對(duì)系統(tǒng)構(gòu)建與組成，主要硬件的設(shè)計(jì)與選取，尤其是各部分的性能參數(shù)指標(biāo)等進(jìn)行了探索。設(shè)計(jì)中采用plc控制可實(shí)現(xiàn)邢臺(tái)可靠穩(wěn)定，。其次通過(guò)profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線將各個(gè)功能單元鏈接，構(gòu)成一個(gè)完整整體，在中央控制臺(tái)的統(tǒng)一控制下協(xié)調(diào)各單元工作。設(shè)計(jì)對(duì)主要功能模塊的硬件構(gòu)建進(jìn)行了探索，對(duì)基于plc控制和profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線的控制機(jī)理進(jìn)行了初步研究，最后進(jìn)行了相關(guān)系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行試驗(yàn)。設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。關(guān)鍵詞：教學(xué)型fms，plc，profibus-dp， ccd，中央控制臺(tái)abstractwith the rapid progress of science and technology, the flexible manufacturing system (fms) has become a driving force source of modern manufacturing automation and is widely used in many industrial fields. in the field of fms in china starts late, lack of application. college of the existing advanced fms experimental equipment, the lack of related research and design talents. this paper tries to design teaching model based on plc and profibus-dp bus fms system, the system consists of stereoscopic warehouse and stacker crane, ccd shape recognition, cnc machining, up-down material handling robot, ccd size detection and color identification, bar code scanning, transmission system, sorting robots and other units. on the system construction and composition, main hardware design and the selection, especially the performance parameters of the parts, etc. plc control can be realized in the design of xingtai, reliable, stable. secondly by profibus-dp field bus will each functional unit links, constitute a complete whole, in the central console coordination under the unified control of each work unit. design of main function module of hardware to construct has carried on the exploration, based on plc and profibus-dp fieldbus control mechanism is studied, finally has carried on the related system debugging and running test. the design has reached the expected goal. key words： plc，fms, profibus-dp, ccd, cnc摘 要1abstract2第一章 緒 論41.1柔性制造系統(tǒng)概述41.2柔性制造系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀613 本文主要研究?jī)?nèi)容814課題研究目的及意義8第2章 系統(tǒng)介紹與總體方案設(shè)計(jì)921教學(xué)型fms系統(tǒng)工作流程922系統(tǒng)的布局及各組成模塊923系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)11第3章 教學(xué)型柔性制造系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)143.1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、碼垛機(jī)單元143.2 傳輸單元設(shè)計(jì)1533 ccd形狀顏色識(shí)別單元173.4搬運(yùn)機(jī)器人單元183.5條碼打印掃描檢測(cè)單元2036氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人單元21第4章 教學(xué)型fms系統(tǒng)控制部分設(shè)計(jì)234.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2443 profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)現(xiàn)25第5章 系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試295.1 串聯(lián)機(jī)器人控制試驗(yàn)與調(diào)試295.2 碼垛機(jī)控制試驗(yàn)與調(diào)試31第6章 設(shè)計(jì)小結(jié)33致謝34參考文獻(xiàn)35第一章 緒 論1.1柔性制造系統(tǒng)概述1.1.1 柔性制造系統(tǒng)概述柔性制造系統(tǒng)一般為具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)、工件工件倉(cāng)儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)和一系列數(shù)控加工單元組成，能適應(yīng)加工目標(biāo)調(diào)整的自動(dòng)化智能制造系統(tǒng)，英文簡(jiǎn)寫即fms。自上世紀(jì)八十年代以來(lái)，在主要發(fā)達(dá)國(guó)家中，柔性制造系統(tǒng)（fms）做為實(shí)現(xiàn)企業(yè)制造和加工自動(dòng)化的契機(jī)，在諸多領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。fms采用中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行集成管理和控制，可以高效地生產(chǎn)加工中小批量、多類型工件的自動(dòng)化生產(chǎn)統(tǒng)，它的廣泛運(yùn)用很好地實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化與生產(chǎn)線高柔性度要求之間的協(xié)調(diào)。一般來(lái)說(shuō)，只有單一品種、大批量、專用設(shè)備、穩(wěn)定的工藝、高效率的生產(chǎn)，才會(huì)形成規(guī)模，產(chǎn)生更高經(jīng)濟(jì)效益；反過(guò)來(lái)，品種多、批量小的生產(chǎn)，設(shè)備的專用性越低，在加工環(huán)境類似的情況下，頻繁更換夾具，工藝難度增大，生產(chǎn)效率將受到影響。為了兼顧生產(chǎn)線的柔性和高效率，使之在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下減少產(chǎn)品制造周期，縮小產(chǎn)品成本，兼顧中小批量生產(chǎn)能和大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，所以產(chǎn)生了柔性自動(dòng)化系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）設(shè)備利用率高。一系列機(jī)床進(jìn)入柔性制造系統(tǒng)后，其效率比這些機(jī)床分散、單獨(dú)作業(yè)時(shí)的效率提高多倍；（2）減少在制品。數(shù)據(jù)顯示，采用柔性制造系統(tǒng)可使在制品減少約80%；（3）實(shí)現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定的生產(chǎn)；（4）系統(tǒng)配置和構(gòu)建靈活；（5）產(chǎn)品對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力更強(qiáng)。1.1.2 柔性制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)典型的柔性制造系統(tǒng)由對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、工件倉(cāng)儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)和一系列數(shù)控加工單元等組成。系統(tǒng)為了達(dá)到制造的高柔性,fms一般須包括以下組成部分：（1）加工部分柔性制造系統(tǒng)連接的設(shè)備與待加工零部件的類型有關(guān),一般連接的設(shè)備有車削中心、數(shù)控(cnc)車銑磨、加工中心或齒輪加工機(jī)床等,可自動(dòng)完成不同工序，不同部件的加工。（2）儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)零部件及工裝、夾具的自動(dòng)化供給和裝卸,以及實(shí)現(xiàn)不同工序之間的自動(dòng)輸送、調(diào)配和倉(cāng)儲(chǔ)工作,包括各型傳送帶、工業(yè)機(jī)器人、agi及分揀單元等。（3）中央控制系統(tǒng)中央控制系統(tǒng)可處理柔性制造系統(tǒng)產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)和信息,連接控制各類自動(dòng)化機(jī)床、工件供給、成品檢測(cè)等各類操作所需要的數(shù)據(jù)。一般采用3級(jí)(設(shè)備級(jí)、工作站級(jí)、單元級(jí))的分布式中央控制系統(tǒng),這其中單元級(jí)控制類系統(tǒng)是柔性制造系統(tǒng)的重點(diǎn)。（4）控制程序控制程序可實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)對(duì)中小批量、多品種生產(chǎn)的有效控制、管理及調(diào)度工作。包括設(shè)計(jì)算法、過(guò)程分析類程序、生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化程序、運(yùn)行管理與監(jiān)控程序。1.1.3 柔性制造系統(tǒng)分類，效用與發(fā)展方向按照規(guī)模大小,柔性制造系統(tǒng)可分為以下三類：（1）柔性制造單元(fmc)，fmc由單臺(tái)帶多托盤系統(tǒng)的加工中心或3臺(tái)以下的cnc機(jī)床組成,具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性，fmc的柔性相對(duì)最高。（2）柔性制造線(fml)，fml是處于非柔性自動(dòng)線和fms之間的生產(chǎn)線,對(duì)物料系統(tǒng)的柔性要求低于fms，但生產(chǎn)效率更高。（3）柔性制造系統(tǒng)(fms)，fms通常包括3臺(tái)以上的cnc機(jī)床(或加工中心),由集中的控制系統(tǒng)及物料系統(tǒng)連接起來(lái),可在不停機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量的加工管理。fms是使用柔性制造技術(shù)最具代表性的制造自動(dòng)化系統(tǒng)。采用fms的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果是：按照裝配作業(yè)配套需要，實(shí)現(xiàn)安排所需零件的加工，進(jìn)行及時(shí)生產(chǎn)，從而降低毛坯和半成品的庫(kù)存量，加快資金流動(dòng)，縮短生產(chǎn)周期；提高設(shè)備利用效率，降低設(shè)備數(shù)量和減少?gòu)S房面積；節(jié)約勞動(dòng)力，在較少人操作條件下實(shí)現(xiàn)連續(xù)24小時(shí)的“無(wú)人化生產(chǎn)”；提高產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展方向?qū)⑹牵海?）加快發(fā)展各類加工對(duì)象的柔性制造單元以及小型fms。由于 fmc的投入比f(wàn)ms少得多，而效果類似，更適于投入有限的中小類企業(yè)。多品種、大批量生產(chǎn)中運(yùn)用fml的發(fā)展趨勢(shì)是用價(jià)格更低的專用機(jī)床取代價(jià)格高昂的加工中心。（2）完善fms的自動(dòng)化功能。fms完成的作業(yè)內(nèi)容擴(kuò)大，由早期單純的機(jī)械加工型向裝配、檢驗(yàn)、焊接和鈑材加工乃至鑄鍛等更高領(lǐng)域發(fā)展，此外，fms還要與cad、cam進(jìn)行結(jié)合，向全廠范圍的自動(dòng)化方向發(fā)展。1.2柔性制造系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外柔性制造系統(tǒng)研究現(xiàn)狀主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在fms領(lǐng)域長(zhǎng)期占據(jù)領(lǐng)先地位。以美國(guó)為代表，1952年麻省理工學(xué)院設(shè)計(jì)出的第一臺(tái)數(shù)控銑床可看做是柔性自動(dòng)化生產(chǎn)的開端，它初步實(shí)現(xiàn)了多品種、小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)。1963年，美國(guó)mehose設(shè)計(jì)并制造了首套數(shù)控自動(dòng)化生產(chǎn)線，可加工不同類型的柴油機(jī)零部件，人類首次實(shí)現(xiàn)了柔性化的自動(dòng)生產(chǎn)。1967年，美國(guó)奧姆里萊公司、英國(guó)莫斯林公司實(shí)現(xiàn)了完全意義上的，可適用多種類型零部件加工、生產(chǎn)的生產(chǎn)線，并將之稱為柔性制造系統(tǒng)。亞洲國(guó)家中日本在柔性制造系統(tǒng)的研究和應(yīng)用中處在領(lǐng)先地位。1970年日本首套柔性制造生產(chǎn)線在日立精機(jī)公司研制成功。日本開始真正注重柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展以1977年在日本發(fā)起的“無(wú)人化制造方法”規(guī)劃為代表。1984到1989年的幾年間，日本的柔性制造單元數(shù)量迅速增加。1991年日本實(shí)施“智能制造系統(tǒng)”國(guó)際性開發(fā)項(xiàng)目，fms的發(fā)展開始逐漸發(fā)展并完善。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1974年世界各國(guó)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線17條，1981年達(dá)到87條， 1985年達(dá)到349條，1990年達(dá)到1500余條，1994年初增加至三千余條，年增長(zhǎng)達(dá)30以上，并有逐步增加的趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)表明柔柔性制造越來(lái)越受重視，使用柔性制造系統(tǒng)提高生產(chǎn)線的柔性化已成為一種趨勢(shì)。世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)體對(duì)柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用日趨成熟。目前處于應(yīng)用的柔性制造系統(tǒng)中，近一半由美國(guó)制造商提供，其他基本上由德國(guó)、日本和其他工業(yè)化程度較高的國(guó)家公司制造。目前主要的fms制造商包括：美國(guó)的kbamey&trecker，cincinnati milac 、ktuild、hlgersou milling，日本的三菱、日立精機(jī)、法拉克、山崎，德國(guó)的西門子、huller hille等?？傊嵝灾圃旒夹g(shù)已成為國(guó)際制造業(yè)發(fā)展的潮流，國(guó)外對(duì)柔性制造系統(tǒng)的研究與應(yīng)用越來(lái)越成熟，當(dāng)前正在向第二代柔性制造系統(tǒng)(即智能柔性制造系統(tǒng))的方向發(fā)展。第二代柔性制造系統(tǒng)借助于專家系統(tǒng)，將人工智能融入制造中代替人的部分腦力勞動(dòng)，系統(tǒng)具備一定的自協(xié)調(diào)能力。該類系統(tǒng)在工作時(shí)如果受到外界干擾和內(nèi)部激勵(lì)時(shí)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)，以適應(yīng)更復(fù)雜的工作環(huán)境 。 1.2.2國(guó)內(nèi)柔性制造系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 中國(guó)在柔性制造系統(tǒng)的研究與制造方面滯后于國(guó)外1020年。早期國(guó)內(nèi)企業(yè)技術(shù)有限，在柔性制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面基本上提留在引進(jìn)和試用階段。上世紀(jì)末，在國(guó)家政策的扶持下，一部分科研院所和高校才得以設(shè)計(jì)、研制柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線 。1986年中國(guó)首套柔性制造系統(tǒng)在北京機(jī)床研究所設(shè)計(jì)制造完成并投入運(yùn)行，該系統(tǒng)采用部分進(jìn)口與自主研發(fā)相結(jié)合的方式，采用5臺(tái)國(guó)產(chǎn)加工中心、1臺(tái)富士電機(jī)生產(chǎn)的agv小車以及4臺(tái)日本產(chǎn)的機(jī)器人構(gòu)建，可實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床直流伺服電機(jī)中的法蘭盤、端蓋、主軸等回轉(zhuǎn)類部件的加工。1990年，58研究所、機(jī)電研究所、華東工學(xué)院共同努力，設(shè)計(jì)和開發(fā)的fms在長(zhǎng)春通過(guò)鑒定并投入生產(chǎn)運(yùn)行。2001年，沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所設(shè)計(jì)制造了中國(guó)首條，可實(shí)現(xiàn)摩托車車架焊接的柔性生產(chǎn)線。 2004年，中科院力學(xué)研究的“集成化激光智能制造及柔性加工系統(tǒng)”項(xiàng)目通過(guò)中科院的鑒定與驗(yàn)收，該項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)激光機(jī)器人制造與加工過(guò)程的智能化、柔性化、數(shù)字化、集成化與模塊化，為汽車車身的加快研制提供了很好的技術(shù)支持，使汽車沖壓模具激光強(qiáng)化的需求得到了更好滿足。 2009年，江蘇新瑞公司與中科院沈陽(yáng)計(jì)算機(jī)研究所聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的fms系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多品種的混流無(wú)人加工。1.2.3國(guó)內(nèi)外教學(xué)型fms研究與應(yīng)用現(xiàn)狀國(guó)外較多高校目前已廣泛購(gòu)置了較先進(jìn)的fms實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和設(shè)備。這些fms實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和設(shè)備可讓學(xué)生近距離了解現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)流程，初步熟悉較復(fù)雜和大型的現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)線，提高了學(xué)生的操作能力，開闊了視野。學(xué)生在該類設(shè)備上的操作與學(xué)習(xí)，對(duì)今后的工作很有幫助。目前國(guó)內(nèi)以清華大學(xué)為代表的眾多工科院校從引進(jìn)國(guó)外柔性制造系統(tǒng)到自研柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線，對(duì)教學(xué)型fms實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和設(shè)備的投入在逐漸加大，也取得了不少的成績(jī)。本校的機(jī)電工程學(xué)院在2012年與蘇州博實(shí)機(jī)器人有限公司聯(lián)合研制了一套柔性制造系統(tǒng)，在實(shí)際的教學(xué)和科研中發(fā)揮了較好的效果。13 本文主要研究?jī)?nèi)容 教學(xué)型柔性制造系統(tǒng)是一條柔性加工生產(chǎn)線，由立體倉(cāng)庫(kù)與碼垛機(jī)、ccd形狀識(shí)別、cnc加工、搬運(yùn)機(jī)器人、ccd尺寸檢測(cè)及顏色識(shí)別、條碼掃描檢測(cè)、傳輸系統(tǒng)和工件廢品分揀等功能模塊組成。本文主要研究?jī)?nèi)容包括：(1) 對(duì)教學(xué)型柔性制造系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)的布局、系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的控制方案等。(2) 研究系統(tǒng)各工位的功能，提出各工位的解決方案，給出各工位控制器硬件、軟件設(shè)計(jì)等，畫系統(tǒng)控制流程圖。（3）在系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)進(jìn)行論證后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)與調(diào)試，以確保系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)要求。14課題研究目的及意義國(guó)內(nèi)fms系統(tǒng)研究經(jīng)歷表明，在fms制造與應(yīng)用領(lǐng)域，我國(guó)雖起步時(shí)間較晚，但仍然取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)和制造成功的fms系統(tǒng)，正在不斷縮小我國(guó)與主要發(fā)達(dá)國(guó)家在該領(lǐng)域的差距。不過(guò)我們也要注意到，當(dāng)前我國(guó)在該領(lǐng)域的科研單位和院所不夠多，研究力量不夠強(qiáng)，目前正在設(shè)計(jì)和制造的各類fms系統(tǒng)以仿制為主，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)極少，加快fms系統(tǒng)的研究、加大相關(guān)人才與資金投入的壓力很大。所以當(dāng)前加快高校和科研院所教學(xué)型fms系統(tǒng)的研究具有重大意義。近年來(lái)，plc由于其具有的可靠性、穩(wěn)定性以及易維護(hù)性特點(diǎn)等，plc技術(shù)在眾多工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)電設(shè)備控制中得到普遍運(yùn)用，其在柔性制造系統(tǒng)研制中也得到了大量應(yīng)用。對(duì)于柔性制造系統(tǒng)，基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)系統(tǒng)鏈接起來(lái)的設(shè)備進(jìn)行組態(tài)和控制，能改善傳統(tǒng)fms系統(tǒng)控制的不足，降低維護(hù)費(fèi)用，節(jié)約安裝成本，改良生產(chǎn)環(huán)境。因而，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與柔性制造系統(tǒng)相結(jié)合在工業(yè)應(yīng)用上具有實(shí)際意義。 本文嘗試設(shè)計(jì)基于plc與profibus-dp的教學(xué)型柔性制造系統(tǒng)具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。第2章 系統(tǒng)介紹與總體方案設(shè)計(jì)21教學(xué)型fms系統(tǒng)工作流程工件或毛坯由四自由度碼垛機(jī)器人從自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)單元的毛坯庫(kù)中取出，送到自動(dòng)化輸送系統(tǒng)單元輸送線上。皮帶運(yùn)輸機(jī)將工件或毛坯送至ccd形狀識(shí)別單元處停止，由高速ccd工業(yè)相機(jī)對(duì)工件進(jìn)行形狀識(shí)別。形狀識(shí)別結(jié)束，工件向下運(yùn)送至橫向輸送機(jī)氣推處，氣推裝置將工件送至?xí)捍鎱^(qū)，再由上下料搬運(yùn)機(jī)器人抓取工件，送入相應(yīng)的柔性加工單元（并聯(lián)加工中心或數(shù)控車床）進(jìn)行加工。加工完成后，由上下料搬運(yùn)機(jī)器人取出工件，將工件放回到輸送線上。工件被運(yùn)送到ccd尺寸檢測(cè)單元，對(duì)已加工的工件進(jìn)行尺寸及位置偏差檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)束，工件被運(yùn)送到分揀單元，不合格的產(chǎn)品由氣推裝置送到廢品存放處。合格的產(chǎn)品將繼續(xù)傳送至條碼打印及粘貼處，由人工貼上條碼再放回到輸送線上。工件經(jīng)條碼掃描后，碼垛機(jī)根據(jù)條碼及工件的形狀、尺寸將工件從輸送機(jī)上取下并送至自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)單元的成品庫(kù)，完成一個(gè)工作流程。22系統(tǒng)的布局及各組成模塊221系統(tǒng)的布局 柔性制造系統(tǒng)的布局，即物料傳輸線路的布局，主要有三種方式：直線型、環(huán)型和網(wǎng)格型。直線型是一種應(yīng)用比較廣泛的自動(dòng)生產(chǎn)線布局方式，各站連接在一條直線上,工件采用小車或者傳送帶進(jìn)行傳送，可達(dá)到高效率的要求，適合工件品種較少且生產(chǎn)批量較大的情況；環(huán)型布局方式的傳輸線是按照環(huán)型的方式布置的，機(jī)床等設(shè)備沿著環(huán)外布置，這種布局方式可提高設(shè)備的利用率，且系統(tǒng)的容錯(cuò)能力比較強(qiáng)；網(wǎng)絡(luò)型布局方式，柔性強(qiáng)、設(shè)備利用率和容錯(cuò)能力最高，但運(yùn)送小車的控制調(diào)度較為復(fù)雜.根據(jù)實(shí)際情況，考慮到工件的品種比較少而且實(shí)驗(yàn)室的空間有限等因素的影響，選用環(huán)型布局方式。如圖2-1所示：圖2-1 教學(xué)型fms系統(tǒng)布局示意圖222系統(tǒng)組成模塊該系統(tǒng)由8個(gè)模塊組成，包括立體倉(cāng)庫(kù)與碼垛機(jī)，ccd形狀識(shí)別單元、柔性制造加工單元、上下料搬運(yùn)機(jī)器人單元、ccd尺寸檢測(cè)及顏色識(shí)別單元、條碼掃描檢測(cè)單元、自動(dòng)化輸送線系統(tǒng)單元、氣動(dòng)分揀單元。各模塊既可以與其它模塊配合，共同完成自動(dòng)化生產(chǎn)與物流傳輸，也可以獨(dú)立工作。所有模塊單元通過(guò)工業(yè)總線控制聯(lián)接，即還包含系統(tǒng)總控單元。倉(cāng)庫(kù)模塊用來(lái)存儲(chǔ)物品，由整體立體倉(cāng)儲(chǔ)單元和移動(dòng)小車單元組成。各單元均采用滾珠絲桿傳動(dòng)、接近開關(guān)進(jìn)行機(jī)械定位，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)較為精確的機(jī)械定位。移動(dòng)小車在物品之間執(zhí)行原料的配送和工件的自動(dòng)取放。碼垛機(jī)可以集成在任何生產(chǎn)線中，為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)提供智能化、機(jī)器人化、網(wǎng)絡(luò)化，可以實(shí)現(xiàn)啤酒、飲料和食品行業(yè)多種多樣作業(yè)的碼垛物流，廣泛應(yīng)用于紙箱、塑料箱、瓶類、袋類、桶裝、膜包產(chǎn)品及灌裝產(chǎn)品等。配套于三合一灌裝線等，對(duì)各類瓶罐箱包進(jìn)行碼垛。碼垛機(jī)自動(dòng)運(yùn)行分為自動(dòng)進(jìn)箱、轉(zhuǎn)箱、分排、成堆、移堆、提堆、進(jìn)托、下堆、出垛等步驟。ccd形狀識(shí)別，ccd是半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)外部采樣放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)。cnc加工加工模塊。由cnc加工單元、工業(yè)機(jī)器人。機(jī)器人負(fù)責(zé)工件在傳輸線、數(shù)控銑床、之間的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)器人將工件送來(lái)時(shí)，銑削加工單元對(duì)工件進(jìn)行自動(dòng)卡緊與銑削加工。加工結(jié)束后，機(jī)器人將工件取出 。ccd尺寸檢測(cè)及顏色識(shí)別 對(duì)物品進(jìn)行顏色分析檢測(cè)，檢測(cè)模塊由材料檢測(cè)單元與顏色檢測(cè)單元組成。材質(zhì)檢測(cè)單元運(yùn)用材質(zhì)檢測(cè)傳感器識(shí)別物料的材質(zhì)是否為金屬，并將非金屬材質(zhì)的結(jié)果送至plc進(jìn)行分揀處理。顏色檢測(cè)單元主要是采用色標(biāo)傳感器區(qū)分零件上蓋的顏色，紅色為合格產(chǎn)品，白色為不合格產(chǎn)品，并將檢測(cè)結(jié)果送至plc進(jìn)行處理，以此作為工件入庫(kù)選擇的依據(jù)。從教學(xué)實(shí)訓(xùn)的實(shí)際出發(fā)，以三菱px系列產(chǎn)品為主，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)控制方案如圖22所示。 該系統(tǒng)包括一個(gè)狀態(tài)監(jiān)控單元、一個(gè)總控單元以及十個(gè)從站單元，并通過(guò)profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線將系統(tǒng)各單元聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的高速、穩(wěn)定傳輸。 圖22系統(tǒng)控制方案23系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)221可編程控制器plc技術(shù)1可編程控制器的組成部分可編程控制器與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成相似，也是由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入 輸出模塊、編程器、電源等幾個(gè)部分組成。中央處理器由控制電路、運(yùn)算器和寄存器等組成，作為plc系統(tǒng)的核心，起著總指揮的作用，指揮著pl有條不紊地進(jìn)行工作。存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)，分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，用戶程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。輸入輸出模塊是plc與被控設(shè)備之間的連接部件，有數(shù)字量和模擬量?jī)煞N形式。編程器作為plc最重要的外圍設(shè)備，用來(lái)編寫、輸入、調(diào)試用戶程序，也可在線監(jiān)視plc的工作狀態(tài)。plc的電源一般為單相交流電源，也有用直流24v供電的。2可編程控制器的工作原理可編程控制器的工作原理與繼電接觸器控制裝置相同，只是工作方式不同。繼電器控制采用的是并行運(yùn)行方式，一旦輸出線圈斷電或者上電，線圈觸點(diǎn)就立刻動(dòng)作。而plc運(yùn)行時(shí)，每一時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)操作，用戶程序的執(zhí)行是用掃描的工作方式完成的。plc的整個(gè)掃描過(guò)程包括內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理五個(gè)階段，掃描整個(gè)過(guò)程所需的時(shí)間稱為掃描周期。掃描周期與中央處理器的執(zhí)行速度和用戶程序的長(zhǎng)短有關(guān)。(1) 內(nèi)部處理：在該階段，plc檢查中央處理器的內(nèi)部硬件和擴(kuò)展模塊的狀態(tài)正常與否，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，并完成其他一些內(nèi)部處理。(2) 通信服務(wù)：在該階段，中央處理器與智能模塊通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。(3) 輸入處理：在該階段，順序讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)并存入輸入映像寄存器中，刷新輸入映像寄存器。(4) 程序執(zhí)行：plc進(jìn)行用戶程序掃描，按照梯形圖從上到下，從左到右的順序逐步掃描。被執(zhí)行過(guò)的指令，其結(jié)果立刻就可被其后面的指令所利用。(5) 輸出處理：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，輸出繼電器的狀態(tài)由輸出映像寄存器轉(zhuǎn)至輸出鎖存器中，再輸出以驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。222 profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一種國(guó)際化、數(shù)字化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)通信總線，已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，工業(yè)過(guò)程控制、樓宇、電力、交通等自動(dòng)化領(lǐng)域 (1)profibus-dp數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的性能很大程度上決定于傳輸技術(shù)。在工業(yè)中，面對(duì)不同的環(huán)境，必須要考慮傳輸距離、傳輸速度、傳輸可靠性以及經(jīng)濟(jì)性等因素。第3章 教學(xué)型柔性制造系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、碼垛機(jī)單元碼垛機(jī)是由三個(gè)直線電控工作臺(tái)以及一個(gè)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)外加貨叉組成。然后整體放置在底座上，用地腳螺栓固定在地面。其中軸采用了鏈傳動(dòng)，直線導(dǎo)軌支撐結(jié)構(gòu)形式。外面采用柔性風(fēng)琴防護(hù)罩進(jìn)行保護(hù)。軸除行程不一致外，本身結(jié)構(gòu)形式完全不同，采用了直線導(dǎo)軌支撐，滾珠絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是承載能力高，安裝方便。軸因?yàn)橄鄬?duì)承載低，故此采用光軸直線導(dǎo)軌支撐，滾珠絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。三個(gè)軸互成直角組合搭建而成。也就是典型的直角坐標(biāo)機(jī)器人。工業(yè)上經(jīng)常用到這種結(jié)構(gòu)。軸為旋轉(zhuǎn)軸，通過(guò)支架與軸活動(dòng)平臺(tái)連接。結(jié)構(gòu)為蝸輪蝸桿形式。所有直線工作臺(tái)在系統(tǒng)中可采用伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠端連接。碼垛機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：圖3-1 四自由度碼垛機(jī)示意圖此次設(shè)計(jì)中，由鋁合金型材搭建的雙排立體化倉(cāng)庫(kù),與四自由度碼垛機(jī)及光電傳感器組成，完成原料及成品件的取出和存放。并由傳感器完成庫(kù)存信息的發(fā)送。立體化倉(cāng)庫(kù)和四自由度碼垛機(jī)技術(shù)參數(shù)如表3-1,3-2所示。表3-1立體化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)指標(biāo)立體化倉(cāng)庫(kù)倉(cāng)位尺寸220mm280mm220mm倉(cāng)位數(shù)量7列4層28個(gè)外形尺寸3000mm280mm1800mm表3-2 四自由度碼垛機(jī)技術(shù)參數(shù)機(jī)構(gòu)形態(tài)直角坐標(biāo)式自由度4負(fù)載3kg每軸重復(fù)定位精度0.5mm運(yùn)動(dòng)分辯率0.2mm動(dòng)作范圍軸行程2500mm軸行程500mm軸行程950mm軸轉(zhuǎn)動(dòng)-100 +100最大速度5m/min本體重量200kg輸入電壓ac220v50hz控制方式二伺服電機(jī)二步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行模式歐姆龍plc控制，可獨(dú)立運(yùn)行安裝環(huán)境溫度0+45oc濕度2080%不結(jié)露振動(dòng)0.5g以下其它避免易燃、腐蝕性氣體、液體勿濺水、油、粉塵等勿接近電器噪聲源3.2 傳輸單元設(shè)計(jì)輸送系統(tǒng)由7條皮帶輸送機(jī)和2臺(tái)90度轉(zhuǎn)角輸送機(jī)組成h型輸送系統(tǒng)，框架采用鋁合金框架,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，安裝、使用、維護(hù)方便。每條皮帶運(yùn)輸機(jī)由鋁合金支架、皮帶、輥筒、電機(jī)與減速器組成，并且輸送機(jī)上裝有位置傳感器。轉(zhuǎn)角輸送部分由直流電機(jī)+減速器驅(qū)動(dòng)，所有輸送機(jī)速度可調(diào)，系統(tǒng)中要有一條變頻調(diào)速輸送線。 本輸送系統(tǒng)由h型組成進(jìn)行工件的輸送，鋁合金框架,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，安裝、使用、維護(hù)方便。皮帶輸送機(jī)和90度轉(zhuǎn)角輸送機(jī)如圖3-2，3-3所示：圖3-2皮帶輸送機(jī)及附件圖3-3 90度轉(zhuǎn)角輸送機(jī)傳輸單元技術(shù)參數(shù)如表3-3所示：表3-3皮帶輸送機(jī)和90度轉(zhuǎn)角輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)皮帶輸送機(jī)有效工作寬度300mm工作高度750mm工作長(zhǎng)度19.8米運(yùn)行速度5m/min10m/min電機(jī)1.5kw承載能力10kg90度轉(zhuǎn)角輸送機(jī)工作高度750mm旋轉(zhuǎn)角度90度傳輸單元系統(tǒng)配置如表3-4所示：表3-4皮帶輸送機(jī)和90度轉(zhuǎn)角輸送機(jī)系統(tǒng)配置序號(hào)名稱單位數(shù)量備注1皮帶輸送機(jī)（含電機(jī)、減速器、變頻器、支架等）套7套3米:6套1.8米:1套290度轉(zhuǎn)角輸送機(jī)臺(tái)2/4plc及擴(kuò)展單元套1/33 ccd形狀顏色識(shí)別單元設(shè)計(jì)中采用鏡頭、圖像處理器、圖像處理軟件和其它設(shè)備（支架、工作臺(tái)等）能夠組成一個(gè)相對(duì)完整的視覺檢測(cè)開發(fā)系統(tǒng)，硬件之間應(yīng)匹配。圖像處理軟件能快速識(shí)別用戶所規(guī)定工件的圖形，所提供設(shè)備等同或優(yōu)于參考型號(hào)產(chǎn)品的性能。ccd形狀顏色識(shí)別單元工作示意圖如圖3-5所示：圖3-5 形狀顏色識(shí)別單元工作示意圖ccd形狀顏色識(shí)別單元主要硬件及參數(shù)指標(biāo)如表3-5所示。表3-5 ccd形狀顏色識(shí)別單元主要硬件及參數(shù)指標(biāo)序號(hào)技術(shù)描述數(shù)量型號(hào)1輸出相機(jī)1wat-231s2圖像采集卡1cg4003相機(jī)電纜1/4鏡頭1/3.4搬運(yùn)機(jī)器人單元1、上下料搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)上下搬運(yùn)機(jī)器人單元由六自由度串聯(lián)搬運(yùn)機(jī)器人與移動(dòng)軌道組成。在設(shè)計(jì)中,六自由度搬運(yùn)機(jī)器人采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu),按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì),速度快、柔性好；模塊化結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單、緊湊，完全滿足實(shí)驗(yàn)要求；控制系統(tǒng)采作windows系列操作系統(tǒng)，二次開發(fā)方便于工作、快捷，適于教學(xué)實(shí)驗(yàn)；提供通用機(jī)器人語(yǔ)言編程系統(tǒng)，可通過(guò)圖形示教自動(dòng)生成機(jī)器人語(yǔ)言等程序；參考有關(guān)實(shí)驗(yàn)教材，可對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、機(jī)器人軌跡規(guī)劃等進(jìn)行研究。上下搬運(yùn)機(jī)器人單元示意圖如圖3-6。圖3-6 上下搬運(yùn)機(jī)器人單元示意圖上下搬運(yùn)機(jī)器人單元主要硬件及其技術(shù)指標(biāo)如表3-6所示。表3-6 上下搬運(yùn)機(jī)器人單元主要硬件及其技術(shù)指標(biāo)結(jié)構(gòu)形式串聯(lián)式負(fù)載能力10kg重復(fù)定位精度0.08mm運(yùn)動(dòng)范圍123456300o120o120o300o180o360o每軸最大運(yùn)動(dòng)速度腰轉(zhuǎn)（關(guān)節(jié)1）60o /s大臂（關(guān)節(jié)2）90o /s小臂（關(guān)節(jié)3）90o /s臂轉(zhuǎn)（關(guān)節(jié)4）60 o /s腕擺（關(guān)節(jié)5）60o /s腕轉(zhuǎn)（關(guān)節(jié)6）60o /s最大展開半徑1300mm高度1650mm本體重量150kg操作方式示教再現(xiàn)/編程供電電源三相380v、50hz2、搬運(yùn)機(jī)器人移動(dòng)軌道設(shè)計(jì)機(jī)器人移動(dòng)軌道由富士伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾柱絲杠加導(dǎo)軌滑塊結(jié)構(gòu)形式；并需要安裝地腳螺栓；此移動(dòng)軌道與六自由度機(jī)器人集成，使六自由度機(jī)器人并在直線軌道上移動(dòng)、行走，如圖3-7所示。圖3-7 搬運(yùn)機(jī)器人移動(dòng)軌道示意圖機(jī)器人移動(dòng)軌道主要參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)如表3-7所示：表3-7 機(jī)器人移動(dòng)軌道主要參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)機(jī)構(gòu)形態(tài)直角坐標(biāo)式自由度1負(fù)載180kg重復(fù)定位精度0.05mm動(dòng)作范圍軸行程1600mm最大速度軸80 mm/s本體重量120kg外形尺寸2200x450x650 mm安裝環(huán)境溫度0+45oc濕度2080%不結(jié)露振動(dòng)0.5g以下其它避免易燃、腐蝕性氣體、液體勿濺水、油、粉塵等勿接近電器噪聲源3.5條碼打印掃描檢測(cè)單元該單元由條碼打印機(jī)及條碼掃描器、二自由度氣動(dòng)機(jī)器人、氣動(dòng)定位裝置等組成，完成對(duì)工件的條碼粘貼及掃描分揀工作。工作示意圖如圖3-8所示。圖3-8 條碼掃描檢測(cè)工作示意圖argox獨(dú)特“即時(shí)溫控技術(shù)”可使打印質(zhì)量在高速下仍然保持清晰整齊。卓越的“true speed”打印驅(qū)動(dòng)方式可使任何windows環(huán)境下的資料快速輸出。設(shè)計(jì)中條碼打印機(jī)型號(hào)選取argox os-214tt。其主要技術(shù)參數(shù)如表3-8所示。表3-8 argox os-214tt主要技術(shù)參數(shù)列印方式熱轉(zhuǎn)印/熱敏分辨率（解析度）203dpi（8點(diǎn)/mm）最大列印寬度105mm最快列印速度76mm/秒內(nèi)存512k通信接口rs-232接口/標(biāo)準(zhǔn)并口體積長(zhǎng)278x寬186x高153mm重量2.1kg字元字體標(biāo)準(zhǔn)字體/平滑字體圖形pcx bitmap，gdi graphic條碼各種一維條碼及maxicode，pdf417 datamatrix二維條碼條碼掃描器為美國(guó)symbol條形碼掃描器，型號(hào)為symbol ls-9208全方位激光條碼描器，體積小巧，操作便捷，具有固定式和手持式兩種掃描方式，備有高速閃存，便于系統(tǒng)升級(jí)和定制。外形尺寸: 140mm高x88mm寬x75mm深（掃描部分）182.4 mm高x122.7mm寬x94.7mm深(帶可調(diào)整支架)，外形如圖3-9所示。圖3-9 條碼掃描器示意圖36氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人單元本單元由二自由度氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人、廢品槽、氣動(dòng)定位裝置、對(duì)射開關(guān)組成。氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人多用于貨物較輕，潔凈的工作場(chǎng)合。實(shí)現(xiàn)工件在流水線上自動(dòng)分揀功能。工作示意圖如圖3-10所示。圖3-10 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人單元示意圖系統(tǒng)中氣動(dòng)機(jī)器人采用進(jìn)口高精度氣缸配合鋁合金型材搭建而成，精度較高。自動(dòng)定位阻擋裝置采用進(jìn)口汽缸，設(shè)計(jì)美觀,與系統(tǒng)配套；實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)定位功能。氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人主要技術(shù)指標(biāo)如表3-9所示。表3-9 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人技術(shù)指標(biāo)機(jī)構(gòu)形態(tài)直角坐標(biāo)式自由度2負(fù)載3kg動(dòng)作范圍軸行程300mm軸行程50 mm最大速度軸200 mm /s（與使用的壓力有關(guān)）軸150 mm /s（與使用的壓力有關(guān)）本體重量10kg安裝環(huán)境溫度+5 oc +50oc濕度2080%不結(jié)露振動(dòng)0.5g以下第4章 教學(xué)型fms系統(tǒng)控制部分設(shè)計(jì)4.1教學(xué)型fms總線控制系統(tǒng)1 總線控制系統(tǒng)組網(wǎng)圖控制系統(tǒng)由1臺(tái)主控計(jì)算機(jī)、3臺(tái)計(jì)算機(jī)、2臺(tái)嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器、2臺(tái)plc組成。通過(guò)profibus-dp總線同主控計(jì)算機(jī)控制中心做數(shù)據(jù)交換?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。圖4-1 總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2 實(shí)驗(yàn)安全保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于該系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)、自動(dòng)化的設(shè)備多，這對(duì)于建設(shè)一個(gè)國(guó)內(nèi)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)的安全保護(hù)系統(tǒng)是非常重要的，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了多層次多重保護(hù)措施。a)機(jī)械保護(hù)：對(duì)存在危險(xiǎn)性機(jī)械，碼垛機(jī)、六自由的機(jī)器人等設(shè)置有機(jī)械碰撞強(qiáng)行停止運(yùn)行的措施。b)電氣停止保護(hù)：對(duì)存在危險(xiǎn)性機(jī)械，設(shè)置有危險(xiǎn)設(shè)置緊急電氣停止保護(hù)措施，如堆垛機(jī)上下限位、軌道起點(diǎn)、終點(diǎn)限位緊急電氣停止運(yùn)行。c)電氣減速運(yùn)行保護(hù)：對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)械在上述危險(xiǎn)位置前設(shè)置有緊急減速運(yùn)行開關(guān)，以便使碼垛機(jī)、六自由度串聯(lián)機(jī)器人在危險(xiǎn)位置就提前減速運(yùn)行。d)區(qū)域性安全保護(hù)：碼垛機(jī)、六自由度串聯(lián)機(jī)器人、六自由度并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)行等區(qū)域，為避免產(chǎn)生危險(xiǎn)后果，設(shè)置區(qū)域性報(bào)警、停止傳感器裝置，以便緊急停止運(yùn)行中的設(shè)備。e)人工緊急停止：在現(xiàn)場(chǎng)管理人員附近設(shè)置人工緊急停止按鈕，一旦出現(xiàn)不安全預(yù)兆，可按下“緊?！卑粹o，緊急停止運(yùn)行設(shè)備。4.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1、系統(tǒng)單元構(gòu)成與設(shè)計(jì)平臺(tái)軟件部分包括主控單元和各分站控制單元，其中主控單元由工業(yè)計(jì)算機(jī)及主控軟件組成，通過(guò)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和操作。系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如表4-1所示。表4-1軟件系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)硬件配置p4級(jí)計(jì)算機(jī)、內(nèi)存1g、19寸純屏顯示器軟件運(yùn)行平臺(tái)windows nt4.0、workstation 、windows 2000、windows xp軟件開發(fā)平臺(tái)windows nt4.0、workstation 、visual c+ 6.0，microsoft access或sql2000，組態(tài)王2、系統(tǒng)各部分功能介紹（1）連續(xù)控制系統(tǒng)提供可視化界面，模塊內(nèi)部負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)工作流邏輯配置與時(shí)序控制，操作員在此可以操作系統(tǒng)的初始化、運(yùn)行、停止工作，并開始整個(gè)物流系統(tǒng)的連續(xù)工作，同時(shí)可以實(shí)時(shí)觀察到各個(gè)作業(yè)節(jié)點(diǎn)的工作狀況及工件信息。（2）立體倉(cāng)庫(kù)信息監(jiān)視系統(tǒng)提供可視化界面，操作員對(duì)各個(gè)倉(cāng)庫(kù)的物料儲(chǔ)存狀態(tài)可以實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。（3）手動(dòng)控制系統(tǒng)提供可視化界面，操作員可將物流系統(tǒng)分為若干個(gè)作業(yè)完成，其中分別包括控制各個(gè)傳送帶裝置的運(yùn)動(dòng)、氣推裝置的控制、立體倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)的控制、六自由度并聯(lián)加工中心的控制、數(shù)控車床控制、六自由度搬運(yùn)機(jī)器人的控制、氣動(dòng)分揀條碼檢測(cè)單元的控制以及電源開關(guān)的控制。（4）六自由度并聯(lián)加工機(jī)器人控制系統(tǒng)提供可視化界面，操作員可以在此對(duì)并聯(lián)加工機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，該模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊控制加工分站來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。（5）六自由度串聯(lián)搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)提供可視化界面，操作員可以在此對(duì)上下料搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，該模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊控制上下料搬運(yùn)分站來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。（6）四自由度碼垛機(jī)控制系統(tǒng)提供可視化界面，操作員可以在此對(duì)四自由度碼垛機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，該模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊控制四自由度碼垛機(jī)實(shí)現(xiàn)各軸動(dòng)作。（7）安全管理設(shè)定操作員的不同權(quán)限，不同權(quán)限可以做不同的事情，例如：系統(tǒng)管理員可以使用所有功能而普通操作員只可以使用其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)功能。（8）系統(tǒng)狀態(tài)系統(tǒng)提供可視化界面，操作員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)。其中包括各個(gè)裝置是否正在運(yùn)行，各個(gè)裝置是否已經(jīng)通電。物流系統(tǒng)中正在分揀的各個(gè)物料的所在位置。43 profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)現(xiàn)profibus-dp使用了iso/osi通信標(biāo)準(zhǔn)模型的第1層和第2層，可采用較低成本實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)層的數(shù)據(jù)高速，尤其適合與plc與現(xiàn)場(chǎng)分散i/o設(shè)備之間的連接與通信。因此本次設(shè)計(jì)選取profibus-dp作為現(xiàn)場(chǎng)的通信總線。431 profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線的主站設(shè)計(jì) profibus-dp主站一般有一類dp主站(dpml)和二類dp主站(dpm2)之分。dpml為中央控制單元，可在規(guī)定時(shí)間內(nèi)與dp從站通信，且可對(duì)總線數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度和控制。dpm2在dp網(wǎng)絡(luò)中可實(shí)現(xiàn)診斷、管理和編程，除具有dpml的功能，還能讀取i/o數(shù)據(jù)與系統(tǒng)組態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)組態(tài)與運(yùn)行監(jiān)控。 一般profibus-dp系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上劃分為4種類型：(1) 選取plc為dpml，系統(tǒng)無(wú)監(jiān)控站，但在調(diào)試階段需設(shè)置一臺(tái)編程設(shè)備。該結(jié)構(gòu)類型由plc完成從站遠(yuǎn)程參數(shù)工作，從站數(shù)據(jù)讀寫和總線的數(shù)據(jù)管理。(2)選取plc為dpml，建立1臺(tái)監(jiān)控站，二者一對(duì)一連接。這種結(jié)構(gòu)類型，監(jiān)控站不是dpm2，它們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)之外，無(wú)法直接讀取從站數(shù)據(jù)，只能從dpml間接地讀取獲得。 (3) 選取plc為dpml，監(jiān)控站連入到profibus網(wǎng)絡(luò)，成為dpm2。該結(jié)構(gòu)具有在線監(jiān)控、遠(yuǎn)程編程和參數(shù)化等功能特點(diǎn)。 (4) 選取具有profibus網(wǎng)卡的pc機(jī)充當(dāng)dpml，將dpml與監(jiān)控站合為一體，可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控、遠(yuǎn)程編程和參數(shù)化等。 根據(jù)本次教學(xué)型fms系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能要求，選擇第2種結(jié)構(gòu)類型。采用s7-300作為教學(xué)型fms系統(tǒng)的dpml，實(shí)現(xiàn)總線的數(shù)據(jù)管理以及從站的數(shù)據(jù)讀寫。一臺(tái)pc機(jī)作為系統(tǒng)的監(jiān)控站讀取s7-300中的數(shù)據(jù)，采用cp5611網(wǎng)卡連接dp總線，以總線方式與s7-300進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。采用wincc實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。該結(jié)構(gòu)類型下，若pc機(jī)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)仍然能夠正常運(yùn)行，只是失去了監(jiān)控功能。432 profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線的從站設(shè)計(jì)根據(jù)本次教學(xué)型fms系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能要求，從站選用s7-200系列可編程控制器。該系列可編程控制器不具備profibus通信接口，可采用dp擴(kuò)展模塊 em277連至profibus網(wǎng)絡(luò)。em277通過(guò)串行輸入輸出總線連到cpu-226，向cpu-226充當(dāng)dp通信端口，并接收主站組態(tài)，實(shí)現(xiàn)主站數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，使其可與主站交換各種類型數(shù)據(jù)。em277以dp的從站模塊來(lái)運(yùn)用，一般要設(shè)置跟主站組態(tài)時(shí)地址一致的端口地址，實(shí)現(xiàn)各站總線地址的合理性和唯一性，確保通信的準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。從站地址采用em277上的旋轉(zhuǎn)式開關(guān)進(jìn)行設(shè)定。各站在profibus現(xiàn)場(chǎng)總線中的地址分配如下圖4-2 ：圖4-2 profibus現(xiàn)場(chǎng)總線中的地址分配在profibus-dp鏈接網(wǎng)絡(luò)中，從主站通訊中需要采用特定通信地址，從站的地址通信分配如下圖4-3所示。組態(tài)硬件時(shí)從站的輸入輸出地址設(shè)置應(yīng)與表中保持對(duì)應(yīng)。圖4-3從站的輸入輸出地址分配43.3系統(tǒng)硬件組態(tài)設(shè)計(jì)主站外部地址的分配如圖4-4所示：圖4-4主站外部的地址分配主站控制按鈕盒中的按鈕對(duì)應(yīng)生產(chǎn)線的總控按鈕，控制盒控制功能設(shè)計(jì)為： 啟動(dòng)按鈕：先按復(fù)位，待各單元恢復(fù)初始狀態(tài)后按啟動(dòng)按鈕。按啟動(dòng)按鈕之后，綠色的指示燈會(huì)亮,各分站依次有對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。 停止按鈕：按下停止按鈕時(shí)各站的動(dòng)作將均進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，總站的紅色指示燈將亮。 急停按鈕：當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，應(yīng)飛速拍下急停按鈕，系統(tǒng)會(huì)立刻強(qiáng)制性將全部設(shè)備設(shè)定為停止工作狀態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)不再響應(yīng)其他按鈕的輸入信號(hào)。直到排除故障后，松開急停按鈕，并通過(guò)復(fù)位按鈕讓其他機(jī)構(gòu)恢復(fù)狀態(tài)后，再通過(guò)之前的啟動(dòng)按鈕重新啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。 復(fù)位按鈕：按下復(fù)位按鈕時(shí)總站的黃色指示燈亮，系統(tǒng)對(duì)各分站進(jìn)行重新初始化，各標(biāo)志位以及內(nèi)部計(jì)數(shù)器等清零，重新開始。為確保系統(tǒng)的使用安全，在編程時(shí)主站會(huì)以下一站的常閉信號(hào)作為其上一站正常工作的互鎖條件。 第5章 系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試以系統(tǒng)中的串聯(lián)機(jī)器人以及碼垛機(jī)的profibus總線通訊與控制為例，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試的介紹。5.1 串聯(lián)機(jī)器人控制試驗(yàn)與調(diào)試系統(tǒng)運(yùn)行步驟（1）關(guān)閉氣泵氣路開關(guān)，啟動(dòng)氣泵到預(yù)定壓力，開啟氣路開關(guān)；（2）接通總控臺(tái)操作盒上的電源開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕；（3）啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行控制軟件；（4）點(diǎn)擊“登錄開”按鈕進(jìn)入登陸界面；（5）點(diǎn)擊“確定”按鈕（默認(rèn)口令為空），進(jìn)入系統(tǒng)主界面；（6）點(diǎn)擊“進(jìn)入系統(tǒng)”按鈕，進(jìn)入自動(dòng)控制界面；（7）在分項(xiàng)控制界面中，點(diǎn)擊“串聯(lián)機(jī)器人”，進(jìn)入串聯(lián)機(jī)器人控制界面，如圖5-1所示。圖5-1 串聯(lián)機(jī)器人啟動(dòng)后界面 （8）在串聯(lián)機(jī)器人控制界面中，點(diǎn)擊“聯(lián)機(jī)”按鈕，建立profibus主站與串聯(lián)機(jī)器人的通訊連接，當(dāng)連接完后如圖5-2所示：圖5-2串聯(lián)機(jī)器人通訊連接后界面（9）點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕，進(jìn)行機(jī)器人的復(fù)位操作，如圖5-3所示; 注意：復(fù)位時(shí)，請(qǐng)確保機(jī)器人處于安全位置，小心以免復(fù)位時(shí)機(jī)器人碰到其他物品。圖5-3 串聯(lián)機(jī)器人復(fù)位中界面（10）機(jī)器人復(fù)位完成后如圖5-4，機(jī)器人處于空閑，可以在示教選擇中選擇數(shù)字（可以選擇1-6），然后點(diǎn)擊再現(xiàn)按鈕，機(jī)器人再現(xiàn)示教1動(dòng)作開始，當(dāng)機(jī)器人示教完成后請(qǐng)點(diǎn)擊;相應(yīng)的完成相應(yīng)按鈕即可。5.2 碼垛機(jī)控制試驗(yàn)與調(diào)試1、碼垛機(jī)控制試驗(yàn)過(guò)程碼垛機(jī)由歐姆龍plc控制，通過(guò)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(guò)主控軟件的設(shè)定，控制碼垛機(jī)運(yùn)行，從原料庫(kù)的倉(cāng)格中把托盤和工件取出，放到出庫(kù)傳送帶上。碼垛機(jī)出庫(kù)運(yùn)動(dòng)由plc來(lái)完成，當(dāng)碼垛機(jī)接收到出庫(kù)請(qǐng)求時(shí)，碼垛機(jī)由上至下，有左至右掃描原料庫(kù)的各個(gè)倉(cāng)格，并對(duì)掃描到的第一個(gè)有工件的倉(cāng)格進(jìn)行出庫(kù)操作，出庫(kù)運(yùn)行狀態(tài)位有效；碼垛機(jī)將取到的工件放入出庫(kù)傳送帶上后，碼垛機(jī)出庫(kù)完成，出庫(kù)完成狀態(tài)位有效；當(dāng)碼垛機(jī)退回到安全位置后，碼垛機(jī)出庫(kù)運(yùn)動(dòng)完成，碼垛機(jī)出庫(kù)運(yùn)行狀態(tài)位無(wú)效，至此碼垛機(jī)的出庫(kù)運(yùn)動(dòng)完成。如果原料庫(kù)中沒(méi)有檢測(cè)到工件，則原料庫(kù)空狀態(tài)位置1。2、系統(tǒng)運(yùn)行步驟：（1）將工件和托盤放在原料庫(kù)中，擺放整齊；（2）關(guān)閉氣泵氣路開關(guān)，啟動(dòng)氣泵到預(yù)定壓力后開啟氣路開關(guān)；（3）接通總控臺(tái)操作盒上的電源開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕；圖5-4串聯(lián)機(jī)器人通訊連接后界面（4）啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行控制軟件，出現(xiàn)軟件啟動(dòng)界面；（5）點(diǎn)擊“登錄開”按鈕,出現(xiàn)登陸界面；（6）點(diǎn)擊“確定”按鈕，進(jìn)入主界面；（7）點(diǎn)擊“進(jìn)入系統(tǒng)”按鈕，進(jìn)入系統(tǒng)界面；（8）在系統(tǒng)分項(xiàng)控制界面中，點(diǎn)擊“碼垛機(jī)控制”，進(jìn)入碼垛機(jī)控制界面，如圖5-4所示；（9）上電完成后，點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕，碼垛