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集中式控制冲压自动生产线设计

作者: yhsstools 时间:2019-09-07 来源:未知
摘要:采用单控制器控制多机械手冲压自动线的集中控制方案。以冰箱压缩机支撑板冲压生产为研究对象,构建了由6台机械手、4台冲头、1台翻盖机和1台给料机组成的冲压自动生产线。...

连续冲压生产主要是单台机床的手工装卸和控制,存在自动化程度低、安全事故多、工作环境噪声大、质量稳定性差等问题。在劳动力成本不断上涨的影响下,机器已成为取代人的发展趋势。用机器人代替人来改进传统的冲压生产工艺,是解决传统冲压行业就业困难、提高技术水平的重要途径。通用六自由度机器人由于价格昂贵、运动自由度过剩以及末端执行器的二次开发需要,对特定工艺的冲压生产适应性较差。相反,简单的四自由度或五自由度机械手是根据特定产品冲压工艺的特点设计的,具有成本低、针对性强、直接使用等优点。现有的整体式冲压移动自动生产线存在更换生产线困难、设备成本高等问题,难以满足多品种小批量冲压生产的需要。由多自由度冲压装卸机器人和冲床构成的自动冲压生产线,可以最大限度地提高生产效率,降低生产成本,提高产品质量稳定性,改善冲压生产环境,改善冲压生产工艺,对提高冲压生产水平具有重要意义。

采用机器人辅助的全自动生产流水线已被广泛应用于工业生产的多个领域,如汽车车身覆盖件的焊接,在这些系统中,常采用分布式控制模式,各个对象具有自己独立的控制器,能完成各自规定的动作,对象之间通过某种通信方式组成网络,由上位机和各对象之间进行信息传递,实现多机器人、工装设备之间的协作。这种模式在实时性要求高、动态多变环境的系统中具有优势,系统组建简单快速,但成本相对较高、协作难度大。文献[6]采用了分布式控制模式,给出了工控机610L负极片自动化生产线设计方案,该方案采用了多串口卡的通信模式。文献[7]给出了一种基于三菱可编程逻辑控制器(Programmable logic controller,PLC)的垃圾衍生燃料自动生产线设计方案,该方案采用RS-232串口通信协议,实现PLC与上位工控机之间的通信。基于多个PLC之间通过RS-485串口通信的分布式控制模式,可实现最多8个被控对象的PLC之间的通信。

在冲压加工中,有时需要更换工件的上下表面,这可以通过将两个五自由度机械手与一个卸料台相结合来实现。另外,两台四自由度冲压搬运机械手可与翻盖机配合,达到装卸和翻转的目的。可满足冲压生产、模具装卸的要求。每个机械手都有一个独立的控制器。虽然单个控制器的成本较低,但控制器数目越多,由于使用多个机械手而导致的总成本就越大。多轴运动控制器可以集中控制几十个甚至几百个轴,也可以控制由交流伺服电机驱动的多轴机器人,从而相对地降低了各个机械手的控制成本。针对冲压工艺的特点,提出了一种集中控制的自动冲压生产线设计方案。该方案采用单轴运动控制器川MP2300作为主控制器,控制6台机械手、1台翻转机、1台给料机和4台冲床。系统控制器通过以太网与外部网络互连,通过M/II总线将定位脉冲发送给各机械手的伺服单元,并通过I≤O开关信号与冲床、翻盖机和馈线机进行交互。

  基于集中式控制模式的冲压自动线,各机械手均由1个控制器控制,该控制器和冲床、翻转机和上料机等设备通过I/O信号进行启动或完成的信息交互。系统选用安川运动控制器MP2300,该控制器采用以太网通信模式与计算机、触摸屏或其他的运动控制器进行信息交互。各个四自由度机械手运动轴均由交流伺服电机驱动,控制器通过M/II总线,给各个机械手的运动轴的伺服单元发送定位脉冲,各轴由伺服单元设置的轴号予以识别。控制器MP2300与翻转机、冲床和上料机等设备,采用I/O开关量方式进行信息交互。

       冲压自动生产线的运行模式主要由手动操作模式和自动操作模式两部分组成。手动方式完成冲床、机械手、翻转机和送料器等设备的独立动作控制,可以设定是否使用机械手,以满足不同产品的生产需要,增加或减少机械手的配置。自动模式需要系统满足初始状态、无异常报警等条件才能运行,是正常生产的运行模式。

  该系统建立了伺服异常、极限异常、运动异常、负压异常和控制器异常等异常信息监测系统。当出现异常时,系统自动停止运行,并立即通过三色警示灯中的红色警示灯和蜂鸣器报警。在触摸屏中显示异常信息,在触摸屏异常报警窗口中查询异常报警提示信息,并根据异常报警提示信息进行故障排除。故障处理后,当系统在满足运行状态时重新运行时执行复位。

(1)提出了一种多机器人辅助冲压自动生产线的集中控制方案。采用单台运动控制器作为上位机,控制6台机器人、4台冲头、1台翻盖机和1台送料机。控制器通过M/II高速(10 Mbps/s)总线控制各机器人的运动轴,通过I≤O信号控制打孔、翻转机和馈线。
  (2)冲压自动生产线上位机采用以太网通信方式,易于集成到更广泛的柔性制造系统和物联网系统中,实现远程控制。
  (3)以冰箱压缩机支撑板为对象,构建并调试了传统单工序冲压及冲压处理机器人的自动冲压生产线。在设定的工作空间和动作要求下,自动冲压生产线的最大动作拍可达8s/s。

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