柔性加工系統(tǒng)的設計與制作

1、2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室1同濟大學電子信息工程學院陸 杰 hase_2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_ 隨著社會進步和生活水平的提高，市場更加需要隨著社會進步和生活水平的提高，市場更加需要具有特色、符合顧客個人要求樣式和功能千差萬別的具有特色、符合顧客個人要求樣式和功能千差萬別的產品。激烈的市場競爭迫使傳統(tǒng)的大規(guī)模生產方式發(fā)產品。激烈的市場競爭迫使傳統(tǒng)的大規(guī)模生產方式發(fā)生改變，要求對傳統(tǒng)的零部件生產工藝加以改進。傳生改變，要求對傳統(tǒng)的零部件生產工藝加以改進。傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)不能滿足市場對多品種小批量產品的需統(tǒng)的制造系統(tǒng)不能滿足市

2、場對多品種小批量產品的需求，這就使系統(tǒng)的柔性對系統(tǒng)的生存越來越重要。隨求，這就使系統(tǒng)的柔性對系統(tǒng)的生存越來越重要。隨著批量生產時代正逐漸被適應市場動態(tài)變化的生產所著批量生產時代正逐漸被適應市場動態(tài)變化的生產所替換，一個制造自動化系統(tǒng)的生存能力和競爭能力在替換，一個制造自動化系統(tǒng)的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期內生產很大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期內生產出較低成本、較高質量的不同品種產品。出較低成本、較高質量的不同品種產品。柔性加工柔性加工已已在生產加工領域占有相當重要的位置。在生產加工領域占有相當重要的位置。 2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)

3、合教學實驗室Hase_ 本系統(tǒng)融合了飛思卡爾單片機技術、本系統(tǒng)融合了飛思卡爾單片機技術、計算機技術、控制技術和通信技術，使計算機技術、控制技術和通信技術，使工業(yè)控制可視化、智能化、自動化。在工業(yè)控制可視化、智能化、自動化。在機電一體化成為潮流的今天，本系統(tǒng)能機電一體化成為潮流的今天，本系統(tǒng)能滿足工業(yè)控制中更高層次的要求，讓人滿足工業(yè)控制中更高層次的要求，讓人們感受到機電一體化給工業(yè)控制帶來的們感受到機電一體化給工業(yè)控制帶來的設計的便利和應用的靈活。設計的便利和應用的靈活。2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_ 本設計利用本設計利用Motorola公司提供的高性能公

4、司提供的高性能8位單片機位單片機芯片芯片MC68HC908GP32為核心為核心，以工業(yè)制造中現(xiàn)實存，以工業(yè)制造中現(xiàn)實存在的循環(huán)運轉器金屬切割柔性加工流水線控制系統(tǒng)為在的循環(huán)運轉器金屬切割柔性加工流水線控制系統(tǒng)為樣本，運用傳感器原理、圖像處理、樣本，運用傳感器原理、圖像處理、Flash動畫制作及動畫制作及VB控制技術，對流水線系統(tǒng)進行控制技術，對流水線系統(tǒng)進行實時立體動畫監(jiān)控，實時立體動畫監(jiān)控，對加工工件進行對加工工件進行平整度檢測平整度檢測。通過。通過Motorola單片機匯單片機匯編程序對加工流水線機械模型進行單步測試以及連續(xù)編程序對加工流水線機械模型進行單步測試以及連續(xù)運行的控制，并讀取流

5、水線系統(tǒng)反饋的信息量，利用運行的控制，并讀取流水線系統(tǒng)反饋的信息量，利用RS-232的串口技術的串口技術，以，以VB作為控制平臺作為控制平臺，以，以Flash動動畫畫作為載體，對流水線采用三維動畫形式予以實時監(jiān)作為載體，對流水線采用三維動畫形式予以實時監(jiān)控。該模型系統(tǒng)幾乎控。該模型系統(tǒng)幾乎與實際的工業(yè)加工系統(tǒng)完全一致與實際的工業(yè)加工系統(tǒng)完全一致，且可以且可以方便的移植方便的移植到其他的工業(yè)系統(tǒng)。到其他的工業(yè)系統(tǒng)。2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_ 1 1） 充分考慮充分考慮隨機性隨機性：整個系統(tǒng)可以同時完成若干個工件整個系統(tǒng)可以同時完成若干個工件的加工過程。若

6、干工件放在流水線上可以逐一完成整個加工過程。的加工過程。若干工件放在流水線上可以逐一完成整個加工過程。任意一個加工工件在加工過程中出現(xiàn)了問題都不會影響整個流水線任意一個加工工件在加工過程中出現(xiàn)了問題都不會影響整個流水線的加工過程。這充分體現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和先進性。的加工過程。這充分體現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和先進性。 2） 先進的先進的實時控制系統(tǒng)實時控制系統(tǒng)：可視化、新穎的立體動畫監(jiān)控：可視化、新穎的立體動畫監(jiān)控界面可以非常直觀的監(jiān)視并控制整個加工過程，完成實時操作，實界面可以非常直觀的監(jiān)視并控制整個加工過程，完成實時操作，實現(xiàn)機電一體化的自動控制。在動畫的實現(xiàn)過程中我們用現(xiàn)機電一體化的自動控制。在

7、動畫的實現(xiàn)過程中我們用AutocadAutocad建建立立體模型，再通過立立體模型，再通過PhotoShopPhotoShop進行渲染達到真實的視覺效果，再進行渲染達到真實的視覺效果，再通過通過FlashFlash制作實時動畫反映整個工作流程。這種設計思路不僅可制作實時動畫反映整個工作流程。這種設計思路不僅可以用于本系統(tǒng)還可以直接移植到其他工業(yè)系統(tǒng)設計建模，具有很強以用于本系統(tǒng)還可以直接移植到其他工業(yè)系統(tǒng)設計建模，具有很強的可移植性?？梢钥s短其他系統(tǒng)的開發(fā)時間。的可移植性。可以縮短其他系統(tǒng)的開發(fā)時間。2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_ 3）自動檢測自動檢測：對

8、加工的工件可以進行質量檢測，對加工的工件可以進行質量檢測，并進行分選堆放，整個過程無需人工參與。這種設計并進行分選堆放，整個過程無需人工參與。這種設計思路完全符合當前機電一體化過程中加工與質量檢測思路完全符合當前機電一體化過程中加工與質量檢測同步實現(xiàn)的潮流。同步實現(xiàn)的潮流。 4 4）安全性：安全性：確保加工過程的絕對安全是當今工確保加工過程的絕對安全是當今工業(yè)人性化的表現(xiàn)。本系統(tǒng)中的安全保障模塊利用光柵業(yè)人性化的表現(xiàn)。本系統(tǒng)中的安全保障模塊利用光柵確定一定的隔絕區(qū)間，在這個區(qū)間里一旦操作者不慎確定一定的隔絕區(qū)間，在這個區(qū)間里一旦操作者不慎將肢體伸入，則光柵系統(tǒng)會向單片機發(fā)出中斷請求，將肢體伸入

9、，則光柵系統(tǒng)會向單片機發(fā)出中斷請求，發(fā)出報警信號同時整個系統(tǒng)將被中斷以防止意外的發(fā)發(fā)出報警信號同時整個系統(tǒng)將被中斷以防止意外的發(fā)生。生。2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_ 5）性價比：性價比：整個系統(tǒng)能完成復雜的工業(yè)操作，整個系統(tǒng)能完成復雜的工業(yè)操作，輸入輸出的控制量非常之多，同時還要保證與計算機保輸入輸出的控制量非常之多，同時還要保證與計算機保持實時同步的信息交流（通過串口通訊）。但通過口的持實時同步的信息交流（通過串口通訊）。但通過口的擴展模塊，整個系統(tǒng)的成本并不高，僅僅一塊擴展模塊，整個系統(tǒng)的成本并不高，僅僅一塊8 8位單片機位單片機就可以完成整個控制過

10、程，充分利用了單片機的每個端就可以完成整個控制過程，充分利用了單片機的每個端口。其較高的性價比決定了它具有很高的實用性?？?。其較高的性價比決定了它具有很高的實用性。 6）模塊化：模塊化：由單片機作為中間橋梁，將流水線的由單片機作為中間橋梁，將流水線的各個模塊有機的結合起來，充分展示了模塊化的好處，各個模塊有機的結合起來，充分展示了模塊化的好處，也充分利用了單片機的處理能力，有機的協(xié)調了各個模也充分利用了單片機的處理能力，有機的協(xié)調了各個模塊的功能。塊的功能。 2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_ 1 1）輸入輸出量很多且彼此邏輯關系復雜輸入輸出量很多且彼此邏輯關

11、系復雜： 整個系統(tǒng)共有整個系統(tǒng)共有16個開關量和傳感器，個開關量和傳感器，24個馬達控個馬達控制量，要用一個合適的算法使得開關量和傳感器實時制量，要用一個合適的算法使得開關量和傳感器實時反映系統(tǒng)的工作狀況，并根據當前狀態(tài)控制系統(tǒng)的動反映系統(tǒng)的工作狀況，并根據當前狀態(tài)控制系統(tǒng)的動作即控制相應馬達的停作即控制相應馬達的停/轉，流水線本身的規(guī)模決定了轉，流水線本身的規(guī)模決定了系統(tǒng)動作比較復雜，馬達之間有聯(lián)動和互鎖關系，這系統(tǒng)動作比較復雜，馬達之間有聯(lián)動和互鎖關系，這些在設計中都要充分考慮到。我們采用的是些在設計中都要充分考慮到。我們采用的是“狀態(tài)狀態(tài)”法法（詳見模塊設計），很好的解決了這一控制難題。

12、（詳見模塊設計），很好的解決了這一控制難題。 2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_ 2 2）監(jiān)控系統(tǒng)的實時性監(jiān)控系統(tǒng)的實時性： 在整個系統(tǒng)的加工過程中，立體動畫必須同步在整個系統(tǒng)的加工過程中，立體動畫必須同步的反映系統(tǒng)的加工狀態(tài)，從而有效地進行監(jiān)控，確保的反映系統(tǒng)的加工狀態(tài)，從而有效地進行監(jiān)控，確保系統(tǒng)流水線穩(wěn)定正常的進行加工，在必要的時刻可以系統(tǒng)流水線穩(wěn)定正常的進行加工，在必要的時刻可以將整個系統(tǒng)復位。我們采用了將整個系統(tǒng)復位。我們采用了MSCommMSComm控件，（詳見?？丶?，（詳見模塊設計），很好的解決了這一同步監(jiān)控難題塊設計），很好的解決了這一同步監(jiān)控

13、難題 2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_l工作電壓：工作電壓： 24VDC 24VDCl傳感器：傳感器： 電感式接近開關電感式接近開關 6 6l 限位開關限位開關 10 10l執(zhí)行機構：執(zhí)行機構： 單向馬達單向馬達 6 6 雙向馬達雙向馬達 8 8l控制部分：控制部分： 數字輸入數字輸入 13 13l數字輸出：數字輸出： 22 22l模擬輸入：模擬輸入：1 1l外觀尺寸（長外觀尺寸（長寬寬高）：高）：600550330mm 2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_l流水線實物圖流水線實物圖l流水線示意動畫流水線示意動畫l系統(tǒng)框圖系統(tǒng)

14、框圖 l設計思路設計思路2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_ 返回2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室13點擊此處進入flash動畫演示請點擊鼠標有鍵在新窗口中打開 返回2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_ 返回2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_ 將復雜的流水線控制系統(tǒng)分為四大模塊實將復雜的流水線控制系統(tǒng)分為四大模塊實現(xiàn)，四大模塊之間既各自獨立（這樣便于模塊現(xiàn)，四大模塊之間既各自獨立（這樣便于模塊化設計）又由單片機作為中間橋梁相互聯(lián)系構化設計）又由單片機作為中間橋梁相互聯(lián)系構

15、成有機的整體系統(tǒng)。其中硬件電路完成兩大功成有機的整體系統(tǒng)。其中硬件電路完成兩大功能，一個是流水線運作的邏輯控制，一個是直能，一個是流水線運作的邏輯控制，一個是直流電機的驅動。其中流水線的邏輯控制是一大流電機的驅動。其中流水線的邏輯控制是一大難點，這里要求多個工件同時能夠在流水線上難點，這里要求多個工件同時能夠在流水線上有條不紊的工作。這對單片機的程序編寫提出有條不紊的工作。這對單片機的程序編寫提出了一個尋求合適算法的要求。其次，加上必要了一個尋求合適算法的要求。其次，加上必要的外圍設備與單片機協(xié)調工作可以實現(xiàn)對加工的外圍設備與單片機協(xié)調工作可以實現(xiàn)對加工產品的質量檢測和對加工過程的安全保障。產

16、品的質量檢測和對加工過程的安全保障。 返回2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_l流水線控制系統(tǒng)流水線控制系統(tǒng)利用摩托羅拉匯編語言利用摩托羅拉匯編語言完成過程控制完成過程控制 l控制界面模塊控制界面模塊利用利用Vusial basic Vusial basic 語言實現(xiàn)語言實現(xiàn)流水線的控制界面劣勢流水線的控制界面劣勢l工件表面平整度測試模塊工件表面平整度測試模塊基于摩托羅基于摩托羅拉單片機的光電測試方法拉單片機的光電測試方法 l安全保障模塊安全保障模塊利用安全光柵屏障提高系統(tǒng)利用安全光柵屏障提高系統(tǒng)的安全性的安全性 2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合

17、教學實驗室Hase_“狀態(tài)法”控制馬達從而控制履帶的轉停及轉動方向。 “狀態(tài)法”的基本思路 將每一個開關和傳感器的狀態(tài)抽象成為電信號以（將每一個開關和傳感器的狀態(tài)抽象成為電信號以（0、1）表示，故整個流）表示，故整個流水線上的開關和傳感器都可以看作單片機的輸入量，根據輸入量之間的關系我們水線上的開關和傳感器都可以看作單片機的輸入量，根據輸入量之間的關系我們可以設計出輸出量與輸入量之間的邏輯代數關系，利用這些邏輯關系控制馬達從可以設計出輸出量與輸入量之間的邏輯代數關系，利用這些邏輯關系控制馬達從而控制履帶的轉停及轉動方向。而控制履帶的轉停及轉動方向。 2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器

18、聯(lián)合教學實驗室Hase_ 控制的馬達均為直流馬達，關鍵的控制量為速度控制，正反轉控制。由PWM波發(fā)生電路控制馬達速度，正反轉靠光耦及MOS管電路控制。2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_ 返回2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_利用com口通信將相關信息傳送至計算機，通過分析，利用vb演示界面實時播放相關視頻文件以及傳感器狀態(tài)。此外，通過vb控制界面，設計單步檢測功能，通過向串口發(fā)送信號控制仿真模

19、型電機運轉，以實現(xiàn)測試功能。實時動畫實現(xiàn)方法：1）模型抽象:通過實際部件測量等抽象方式，達到了解所需繪制對象的總體形象，基本構造以及主要比例關系。2）建模及顯示：采用Autocad進行部件建模，然后采用flash對繪制的部件進行渲染， VB程序通過對串口信息的采集結合flash進行動畫實時顯示。 2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_ 返回2022-3-25同濟大學-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學實驗室Hase_這個模塊的主要功能是結合MC68HC908GP32單片機，通過計算機程序控制儀器和虛擬儀器技術共同實現(xiàn)流水線上工件平整度的自動檢測。設計中使用的主要技術包括：發(fā)光二極管和光電傳感器的使用；平整度檢測硬件實現(xiàn)；與Motorola芯片配合