專利名稱：管加工裝配線控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
托輥自動化生產(chǎn)過程中，托輥管加工及裝配生產(chǎn)線的自動化控制系統(tǒng)。
背景技術：
托輥自動化生產(chǎn)線主要包括管加工及裝配線、軸加工線、軸承座組裝線、密封組裝線、自動噴涂線和軸承座沖壓線六個部分。管加工裝配線是自動化托輥生產(chǎn)線過程中最為主要、也是最為復雜的部分，承擔著從托輥管的加工到所有組件與托輥管的組裝整個全部生產(chǎn)過程，管加工裝配線控制系統(tǒng)是自動化托輥生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)當中的管加工裝配線控制子統(tǒng)統(tǒng)，主要用來實現(xiàn)管加工裝配線生產(chǎn)作業(yè)自動化所必需的電氣控制和狀態(tài)監(jiān)控。現(xiàn)有的托輥生產(chǎn)過程中，管加工及裝配線大部分采用的每一道加工工序一名工人操作一臺機床的生產(chǎn)方式，機床間的工件輸送也要靠人工來完成。為了實現(xiàn)托棍生產(chǎn)線中，管加工裝配線的工作過程自動化，申請人設計制作了一套托輥管加工裝配線的自動化控制系統(tǒng)，來完成對托輥生產(chǎn)中的管加工裝配線工作過程的控制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決了管加工裝配生產(chǎn)線的自動控制，實現(xiàn)了管加工裝配生產(chǎn)線生產(chǎn)過程每一道工序的工件上下料和加床之間的工件輸送采用機械手自動完成，很大程度的提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。管加工裝配線控制系統(tǒng)，主要分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)共有十個電氣控制站及八個機器人控制站，十個設備電氣控制站都包含有PLC控制器、人機界面、檢測單元和執(zhí)行單元，檢測單元和執(zhí)行單元主要包括機床伺服驅動器和伺服電機、上下料機械手伺服驅動器和伺服電機、I/O模塊和變頻器；PLC控制器、人機界面、檢測單元和執(zhí)行單元之間采用現(xiàn)場總線依次連接。所述的十個電氣控制站其中任意一個均可以當作集中控制主站使用，本發(fā)明方案中采用管加工裝配線的第一道工序設備切管機床的電氣控制站作為集中控制主站，其他九個電氣控制站作為控制從站。所述的十個電氣控制站是集中控制主站、鏜止口從站、除屑除銹從站、穿軸機床從站、軸承座壓裝從站、焊接機床從站、密封壓裝從站、保護蓋壓裝從站、擋圈壓裝從站、激光打標從站；所述的八個機器人控制站是左軸承座上料機器人控制站、右軸承座上料機器人控制站、左密封上料機器人控制站、右密封上料機器人控制站、左焊接機器人控制站、右焊接機器人控制站、左保護蓋上料機器人控制站、以及右保護蓋上料機器人控制站。通訊網(wǎng)絡采用以太網(wǎng)(PR0FINET)與現(xiàn)場總線(PR0FIBUS)相結合的方式來實現(xiàn)。十個電氣控制站之間均通過以太網(wǎng)(PR0FINET)進行通訊；每一個電氣控制站的PLC控制器與人機界面、機床伺服驅動器、變頻器、上料裝置伺服驅動器、下料機械手伺服驅動器、夾具編碼裝置、I/O模塊之間采用現(xiàn)場總線(PR0FIBUS)進行連接；八個機器人控制站通過現(xiàn)場總線(PR0FIBUS)與各控制從站進行通訊。
上述十個電氣控制站硬件系統(tǒng)的電器元件、部件選用西門子公司生產(chǎn)的通用電氣控制元器件；八個機器人控制站選用ABB公司生產(chǎn)的成套機器人系統(tǒng)。為了滿足電氣控制部件對生產(chǎn)線設備控制的自動化，存儲于控制器中的軟件系統(tǒng)采用模塊化設計，按功能劃分為集中控制主站功能塊、切管功能塊、鏜止口從站功能塊、除屑除銹從站功能塊、穿軸機從站功能塊、軸承座壓裝從站功能塊、焊接機床從站功能塊、密封壓裝從站功能塊、保護蓋壓裝從站功能塊、擋圈壓裝從站功能塊、激光打標從站功能塊、左軸承座上料機器人控制站功能塊、右軸承座上料機器人控制站功能塊、左密封上料機器人控制站功能塊、右密封上料機器人控制站功能塊、左焊接機器人控制站功能塊、右焊接機器人控制站功能塊、左保護蓋上料機器人控制站功能塊以及右保護蓋上料機器人控制站功能塊。軟件系統(tǒng)的傳輸效率最高可達100Mbps，有效的保證了在大容量、高速度進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。為了防止在夾具選用上出現(xiàn)人為的錯誤，集中控制主站具有夾具防錯功能，管加工裝配線所有設備的工裝夾具均安裝有數(shù)字編碼裝置，采用現(xiàn)場總線(PR0FIBUS)與電氣控制站的PLC控制器進行連接，所有工裝夾具的編碼具有唯一性；在進行生產(chǎn)作業(yè)之前，集中 控制主站首先會對所有工裝夾具的數(shù)字編碼進行驗證。
附圖I:管加工裝配線自動控制系統(tǒng)硬件結構圖。
具體實施例方式 本發(fā)明以切管機床作為集中控制主站來進行說明，十個電氣控制站的PLC控制器之間采用超五類UTP網(wǎng)線進行連接；左軸承座上料機器人控制站和右軸承座上料機器人控制站采用現(xiàn)場總線(PR0FIBUS)與軸承座壓裝從站PLC控制器連接；左密封上料機器人控制站和右密封上料機器人控制站采用現(xiàn)場總線(PR0FIBUS)與密封壓裝從站PLC控制器連接；左焊接機器人控制站和右焊接機器人控制站采用現(xiàn)場總線(PR0FIBUS)與焊接機床從站PLC控制器連接；左保護蓋上料機器人控制站和以及右保護蓋上料機器人控制站采用現(xiàn)場總線(PR0FIBUS)與保護蓋壓裝從站PLC控制器連接；
第一，集中控制主站的PLC控制器選用CPU 315T-2 DP，以太網(wǎng)模塊選用CP343-1，伺服驅動器和伺服電機全部采用S120系列共7套，變頻器選用MM440系列IlKW通用變頻器，I/O模塊采用32DI與32D0各兩個；
以太網(wǎng)模塊選CP343-1的RJ45接口采用網(wǎng)線依次連接其他各電氣控制站的PLC控制器的以太網(wǎng)模塊，實現(xiàn)信息交換，同時PLC控制器通過現(xiàn)場總線(PR0FIBUS)依次連接各個模塊，具體實施方法是
1、將各種模塊分別安裝在集中控制主站的電氣柜里，各模塊之間只需要一條PR0FIBUS總線與PLC控制器連接，減少了過多連接線所帶來的不穩(wěn)定性，現(xiàn)場布線簡單易行；
2、為了保證鋼管送料時的輸送精度，切管機床安裝有光電檢測開關來檢測送料到位型號，通過判斷光電開關的送料到位信號，PLC控制器對送料伺服電機進行送料運行控制，切管機床以及上下料機械手的各種傳感器均連接到I/O模塊的輸入端；
3、設備配置有液壓裝置，液壓裝置的電機運行通過繼電器控制，繼電器的線圈以及各種電磁閥均受I/O模塊的輸出信號控制；第二，所述的鏜止口從站PLC控制器選用CPU 315T-2 DP，以太網(wǎng)模塊選用CP343-1，伺服驅動器和伺服電機全部采用S120系列共11套，變頻器選用MM440系列7. 5KW通用變頻器2臺，I/O模塊采用32DI與32D0各兩個；
太網(wǎng)模塊CP343-1的兩個RJ45接口一個連接集中控制主站的PLC控制器通訊模塊，另一個連接除屑除銹控制從站，與集中控制主站及其他控制從站實現(xiàn)信息交換；同時PLC控制器通過現(xiàn)場總線(PROFIBUS)依次連接各個模塊，具體實施方法是
1、將各種模塊分別安裝在鏜止口從站的電氣柜里，各模塊之間只需要一條PROFIBUS總線與PLC控制器連接，減少了過多連接線所帶來的不穩(wěn)定性，現(xiàn)場布線簡單易行；
2、設備配置有液壓裝置，液壓裝置的電機運行通過繼電器控制，繼電器的線圈以及各種電磁閥均受I/O模塊的輸出信號控制；鏜止口機床以及上下料機械手的各種傳感器均連接到I/O模塊的輸入端；
第三，所述的除屑除銹從站PLC控制器選用CPU 315T-2 DP，以太網(wǎng)模塊選用CP343-1，伺服驅動器和伺服電機全部采用S120系列共10套，除銹變頻器選用MM440系列3. 7KW通用變頻器2臺，I/O模塊采用32DI與32D0各一個；
太網(wǎng)模塊CP343-1的兩個RJ45接口一個連接鏜止口從站的PLC控制器通訊模塊，另一個連接穿軸機床控制從站，與集中控制主站及其他控制從站實現(xiàn)信息交換；同時PLC控制器通過現(xiàn)場總線(PROFIBUS)依次連接各個模塊，具體實施方法是
1、將各種模塊分別安裝在集中控制站的電氣柜里，各模塊之間只需要一條PROFIBUS總線與PLC控制器連接，減少了過多連接線所帶來的不穩(wěn)定性，現(xiàn)場布線簡單易行；
2、設備配置有液壓裝置，液壓裝置的電機運行通過繼電器控制，繼電器的線圈以及各種電磁閥均受I/O模塊的輸出信號控制；除屑除銹機床以及上下料機械手的各種傳感器均連接到I/O模塊的輸入端；
第四，所述的穿軸機床從站PLC控制器選用CPU 315T-2 DP，以太網(wǎng)模塊選用CP343-1，伺服驅動器和伺服電機全部采用S120系列共10套，I/O模塊采用32DI與32D0各兩個；
太網(wǎng)模塊CP343-1的兩個RJ45接口一個連接除銹除屑從站的PLC控制器通訊模塊，另一個連接軸承座壓裝控制從站，與集中控制主站及其他控制從站實現(xiàn)信息交換；同時PLC控制器通過現(xiàn)場總線(PROFIBUS)依次連接各個模塊，具體實施方法是
1、將各種模塊分別安裝在鏜止口從站的電氣柜里，各模塊之間只需要一條PROFIBUS總線與PLC控制器連接，減少了過多連接線所帶來的不穩(wěn)定性，現(xiàn)場布線簡單易行；
2、設備配置有液壓裝置，液壓裝置的電機運行通過繼電器控制，繼電器的線圈以及各種電磁閥均受I/O模塊的輸出信號控制；穿軸機床以及上下料機械手的各種傳感器均連接到I/O模塊的輸入端；
第五，所述的軸承座壓裝從PLC控制器選用CPU 315T-2 DP，以太網(wǎng)模塊選用CP343-1，伺服驅動器和伺服電機全部采用S120系列共13套，I/O模塊采用32DI與32D0各兩個；
太網(wǎng)模塊CP343-1的兩個RJ45接口一個連接穿軸機床從站的PLC控制器通訊模塊，另一個連接焊接機床控制從站，與集中控制主站及其他控制從站實現(xiàn)信息交換；同時PLC控制器通過現(xiàn)場總線(PROFIBUS)依次連接各個模塊，具體實施方法是
I、將各種模塊分別安裝在軸承座壓裝從站的電氣柜里，各模塊之間只需要一條PROFIBUS總線與PLC控制器連接，減少了過多連接線所帶來的不穩(wěn)定性，現(xiàn)場布線簡單易行；
2、左軸承座上料機器人控制站和右軸承座上料機器人控制站通過PROFIBUS總線與軸承座壓裝機床PLC控制器連接；當PLC控制器根據(jù)監(jiān)控的機床狀態(tài)判斷軸承座上料條件具備后，向左軸承座上料機器人控制站和右軸承座上料機器人控制站發(fā)出軸承座上料指令，左軸承座上料機器人和右軸承座上料機器人分別向兩端壓裝頭的頂尖放置軸承座；
3、設備配置有液壓裝置，液壓裝置的電機運行通過繼電器控制，繼電器的線圈以及各種電磁閥均受I/O模塊的輸出信號控制；軸承座壓裝機床以及上下料機械手的各種傳感器均連接到I/O模塊的輸入端；
第六，所述的焊接機床從PLC控制器選用CPU 315T-2 DP，以太網(wǎng)模塊選用CP343-1，伺服驅動器和伺服電機全部采用S120系列共9套，I/O模塊采用32DI與32D0各一個；
太網(wǎng)模塊CP343-1的兩個RJ45接口一個連接軸承座壓裝從站的PLC控制器通訊模塊，另一個連接密封壓裝從站，與集中控制主站及其他控制從站實現(xiàn)信息交換；同時PLC控制·器通過現(xiàn)場總線(PROFIBUS)依次連接各個模塊，具體實施方法是
I、將各種模塊分別安裝在密封壓裝從站的電氣柜里，各模塊之間只需要一條PROFIBUS總線與PLC控制器連接，減少了過多連接線所帶來的不穩(wěn)定性，現(xiàn)場布線簡單易行；
2、左焊接器人控制站和右焊接機器人控制站通過PROFIBUS總線與焊接機床PLC控制器連接；當PLC控制器根據(jù)監(jiān)控的機床狀態(tài)判斷焊接條件具備后，向左焊接機器人控制站和右焊接機器人控制站發(fā)出焊接指令，左焊接機器人和右焊接機器人分別進行兩端軸承座的焊接；
3、設備配置有液壓裝置，液壓裝置的電機運行通過繼電器控制，繼電器的線圈以及各種電磁閥均受I/O模塊的輸出信號控制；焊接機床以及上下料機械手的各種傳感器均連接到I/O模塊的輸入端；
第七，所述的密封壓裝從站PLC控制器選用CPU 315T-2 DP，以太網(wǎng)模塊選用CP343-1，伺服驅動器和伺服電機全部采用S120系列共9套，I/O模塊采用32DI與32D0各一個；
太網(wǎng)模塊CP343-1的兩個RJ45接口一個連接焊接機床從站的PLC控制器通訊模塊，另一個連接保護蓋壓裝從站，與集中控制主站及其他控制從站實現(xiàn)信息交換；同時PLC控制器通過現(xiàn)場總線(PROFIBUS)依次連接各個模塊，具體實施方法是
1、將各種模塊分別安裝在密封壓裝從站的電氣柜里，各模塊之間只需要一條PROFIBUS總線與PLC控制器連接，減少了過多連接線所帶來的不穩(wěn)定性，現(xiàn)場布線簡單易行；
2、左密封上料機器人控制站和右密封上料機器人控制站通過PROFIBUS總線與密封壓裝機床PLC控制器連接；當PLC控制器根據(jù)監(jiān)控的機床狀態(tài)判斷軸承座上料條件具備后，向左密封上料機器人控制站和右密封上料機器人控制站發(fā)出密封上料指令，左密封上料機器人和右密封上料機器人分別向兩端壓裝頭的頂尖放置密封組件；
3、設備配置有液壓裝置，液壓裝置的電機運行通過繼電器控制，繼電器的線圈以及各種電磁閥均受I/O模塊的輸出信號控制；密封壓裝機床以及上下料機械手的各種傳感器均連接到I/O模塊的輸入端；
第八，所述的保護蓋壓裝從站PLC控制器選用CPU 315T-2 DP，以太網(wǎng)模塊選用CP343-1，伺服驅動器和伺服電機全部采用S120系列共9套，I/O模塊采用32DI與32D0各一個；
太網(wǎng)模塊CP343-1的兩個RJ45接口一個連接密封壓裝機床從站的PLC控制器通訊模塊，另一個連接擋圈壓裝從站，與集中控制主站及其他控制從站實現(xiàn)信息交換；同時PLC控制器通過現(xiàn)場總線(PROFIBUS)依次連接各個模塊，具體實施方法是
1、將各種模塊分別安裝在密封壓裝從站的電氣柜里，各模塊之間只需要一條PROFIBUS總線與PLC控制器連接，減少了過多連接線所帶來的不穩(wěn)定性，現(xiàn)場布線簡單易行；
2、左保護蓋上料機器人控制站和右保護蓋上料機器人控制站通過PROFIBUS總線與保 護蓋壓裝機床PLC控制器連接；當PLC控制器根據(jù)監(jiān)控的機床狀態(tài)判斷保護蓋上料條件具備后，向左保護蓋上料機器人控制站和右保護蓋上料機器人控制站發(fā)出保護蓋上料指令，左保護蓋上料機器人和右保護蓋上料機器人分別向兩端壓裝頭的頂尖放置保護蓋；
3、設備配置有液壓裝置，液壓裝置的電機運行通過繼電器控制，繼電器的線圈以及各種電磁閥均受I/O模塊的輸出信號控制；保護蓋壓裝機床以及上下料機械手的各種傳感器均連接到I/O模塊的輸入端；
第九，所述的擋圈壓裝從站PLC控制器選用CPU 315T-2 DP，以太網(wǎng)模塊選用CP343-1，伺服驅動器和伺服電機全部采用S120系列共9套，I/O模塊采用32DI與32D0各一個；
太網(wǎng)模塊CP343-1的兩個RJ45接口一個連接保護蓋壓裝機床從站的PLC控制器通訊模塊，另一個連接激光打標從站，與集中控制主站及其他控制從站實現(xiàn)信息交換；同時PLC控制器通過現(xiàn)場總線(PROFIBUS)依次連接各個模塊，具體實施方法是
1、將各種模塊分別安裝在密封壓裝從站的電氣柜里，各模塊之間只需要一條PROFIBUS總線與PLC控制器連接，減少了過多連接線所帶來的不穩(wěn)定性，現(xiàn)場布線簡單易行；
2、設備配置有液壓裝置，液壓裝置的電機運行通過繼電器控制，繼電器的線圈以及各種電磁閥均受I/O模塊的輸出信號控制；擋圈壓裝機床以及上下料機械手的各種傳感器均連接到I/O模塊的輸入端；
第十，所述的激光打標從站PLC控制器選用CPU 315T-2 DP，以太網(wǎng)模塊選用CP343-1，伺服驅動器和伺服電機全部采用S120系列共9套，I/O模塊采用32DI與32D0各一個；
太網(wǎng)模塊CP343-1的兩個RJ45接口一個連接保護蓋壓裝機床從站的PLC控制器通訊模塊，另一個連接激光打標從站，與集中控制主站及其他控制從站實現(xiàn)信息交換；同時PLC控制器通過現(xiàn)場總線(PROFIBUS)依次連接各個模塊，具體實施方法是
1、將各種模塊分別安裝在密封壓裝從站的電氣柜里，各模塊之間只需要一條PROFIBUS總線與PLC控制器連接，減少了過多連接線所帶來的不穩(wěn)定性，現(xiàn)場布線簡單易行；
2、激光打標裝置采用光電式激光打標機，激光打標控制器通過PROFIBUS總線與PLC控制器連接，激光打標機床在對托輥進行定位完成后，輸出指令信號給激光打標控制器啟動達標程序開始打標，打標完成后，激光打標控制器輸出達標完成彳目號給PLC控制器，由PLC控制器發(fā)出指令進行夾具松開、激光打標下料機械手完成下料；
3、設備配置有液壓裝置，液壓裝置的電機運行通過繼電器控制，繼電器的線圈以及各種電磁閥均受I/O模塊的輸出信號控制；激光打標機床以及上下料機械手的各種傳感器均連接到I/o模塊的輸入端?！?br>
權利要求
1.托輥生產(chǎn)線的管加工裝配線控制系統(tǒng)，主要分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，其主要特征為整條管加工裝配線的電氣系統(tǒng)采用集中控制模式，設有一臺集中控制主站進行控制；整個管加工裝配線所有電氣設備均受集中控制主站的指令控制和狀態(tài)監(jiān)控；每一臺設備均設有上料機械手和下料機械手，整個管加工裝配線可以實現(xiàn)無需人工干預的全自動化生產(chǎn)加工； 其主要包括硬件系統(tǒng)共有十個設備電氣控制站及八個機器人控制站；軟件系統(tǒng)是存儲于控制器中用于托輥管加工裝配線各設備動作的程序指令、使控制器執(zhí)行相應的管加工裝配設備動作流程的功能模塊。
2.根據(jù)權利要求I所述，其特征在于十個設備電氣控制站其中任意一臺都可以同時作為集中控制主站使用，其他九臺設備控制器作為控制從站，相互之間均通過以太網(wǎng)進行通訊；八個機器人控制站分別通過現(xiàn)場總線與所在加工エ序的設備控制器進行連接。
3.根據(jù)權利要求I所述，其特征在于每一臺設備均設有上下料機械手進行自動上下料，在自動工作模式下，托輥生產(chǎn)過程中整個管加工裝配可以實現(xiàn)無人化全自動生產(chǎn)作業(yè)。
4.根據(jù)權利要求I所述，其特征在于集中控制主站具有夾具防錯功能，管加工裝配線所有設備的エ裝夾具均安裝有數(shù)字編碼裝置，該裝置通過數(shù)據(jù)線與所在機床的電氣控制站進行連接，所有エ裝夾具的編碼具有唯一性；在進行生產(chǎn)作業(yè)之前，集中控制主站首先會對所有エ裝夾具的數(shù)字編碼進行驗證。
5.根據(jù)權利要求I所述，其特征在于所述的十個設備電氣控制站都包含有PLC控制器、人機界面、以太網(wǎng)模塊、檢測単元和執(zhí)行單元，檢測單元和執(zhí)行單元主要包括機床伺服驅動器和伺服電機、上下料機械手伺服驅動器和伺服電機、I/o模塊和變頻器；PLC控制器、人機界面、檢測單元和執(zhí)行單元之間采用現(xiàn)場總線依次連接。
全文摘要
托輥生產(chǎn)線的管加工裝配線控制系統(tǒng)，主要分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)；硬件系統(tǒng)共有十個電氣控制站及八個機器人控制站，十個電氣控制站之間均通過以太網(wǎng)(PROFINET)進行通訊；整條生產(chǎn)線的電氣系統(tǒng)采用集中控制模式，設有一臺集中控制主站進行控制；管加工裝配線所有設備均設有上下料機械手，在自動工作模式下，托輥生產(chǎn)過程中整個管加工裝配采用無人化全自動生產(chǎn)作業(yè)。管加工裝配線控制系統(tǒng)具有夾具防錯功能，在進行生產(chǎn)加工之前，集中控制主站會對生產(chǎn)線所有夾具的數(shù)字編碼進行校驗。
文檔編號G05B19/414GK102854844SQ20121034357
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權日2012年9月17日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:深圳市神拓機電設備有限公司