CN109901509A - 一种模块化桁架式柔性生产线电气控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，针对多品种的加工工艺和小批量产能需求，采用了模块化控制的电气系统，控制桁架系统进行X轴方向和Y轴方向进行运料、上料和卸料的动作，并且配合终端设备，能够将人工的劳动通过装置系统进行自动化的控制、完成，代替人工劳动力，大大提高了工作效率，并且，本发明具有跨站搬运能力，能够同时对多组的终端设备进行操作，极大提高了线体的柔性使用率，并且具有断开式搬运能力，即可同时加工两种产品，本发明很好的解决了半成品的生产能力和产品二次维修的生产能力，本发明同时也解决了线体上设备的闲置问题，极大提高了利用率，增加更多的产能和效益。

Description

一种模块化桁架式柔性生产线电气控制系统

技术领域

本发明涉及工业自动化控制技术领域，尤其涉及一种模块化桁架式柔性生产线电气控制系统。

背景技术

自动化已经早早融入一些行业，例如纺织、汽车、船舶及其他工农业领域，随着科技的发展，智能化的控制理念又在慢慢融入自动化里面，这将会使企业的生产更加流畅，质量管控更加严密，产品将会在大数据的包裹中越来越趋于完善。

桁架式机械手，在机械加工行业应用较为广泛，其精度高、定位准、空间利用广、负载范围大，对于批量生产的机加工作，采用桁架式机械手上下料是一种不错的选择。

随着社会的发展，人工成本也在增长，并且生产过程中难免会有人为因素造成的不必要的损失，使得整体的生产成本提高，并且人工的工作效率不高，影响产品的生产效率。

发明内容

针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，使得加工更加流畅，效率更高。

为达到以上目的，本发明的技术方案为：

一种模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，包括：操作及监控终端、PLC总线控制单元、运动控制单元、以及多组桁架系统，其中；

所述多组桁架系统安装于横梁上，用于对相对应位置的终端设备进行生产操作；每组桁架系统的电机上均安装有电机驱动模块；所述电机驱动模块用于驱动电机运动，带动每组桁架系统移动，完成运料；每组桁架系统的操作机构上均安装有操作模块，用于驱动操作机构对终端装备进行上下料；

所述运动控制单元，用于向所对应的电机驱动模块发送电机控制信号，以控制对应的电机驱动模块进行电机启动或停止操作；

所述PLC总线控制单元，用于获取所述操作及监控终端的操作信号，并根据所获取的操作信号控制运动控制单元对电机驱动模块进行的操作，以及控制操作模块对操作机构的操作；

所述操作及监控终端，用于获取操作信号。

所述操作及监控终端包括：触摸屏、操控面板、数据库、HMI-CPU、以及HMI-存储器，其中；

所述触摸屏，用于对不同工艺模块化分组、快速换型的显示，且监控各模块和终端设备运行状态、警告及操作信息显示；

所述操控面板，用于不同操作模式切换、画面切换、速度设定、动作设定、限位设定、报警清除、以及急停操作；

所述数据库，用于不同规格产品工艺参数的存储和读取，以及不同工艺模块分组的存储和读取，在产品换型时选择已存储的相应加工程序进行快速换型。

所述HMI-CPU，用于工艺数据的分析计算、以及模块化分组的分析计算；

所述HMI-存储器，用于HMI画面的存储、以及数据库的存储。

所述PLC总线控制单元包括：PLC-CPU、PLC-存储器；扩展数字模块接口、模拟量模块接口、Ethernet、CANopen、部接口、以及快速I/O模块，其中；

所述PLC-CPU，用于总线PLC的逻辑控制及计算；

所述PLC-存储器，用于总线PLC程序的存储；

所述扩展数字模块接口，用于扩展模拟量接口和数字接口；

所述模拟量模块接口，用于扩展模拟量接口和数字接口，并对其分配地址。

所述Ethernet，用于连接操作及监控终端的Ethernet接口；

所述CANopen，用于连接运动控制单元的CANopen接口；

所述外部接口，用于连接计算机的Ethernet接口、SD卡接口、RS-、以及Encoder接口；

所述快速I/O模块，用于接受终端设备实时状态，并发送指令。

所述运动控制单元包括运动控制器，所述运动控制器与多个电机驱动模块连接，用于分配每个电机驱动模块的逻辑关系、控制每个电机驱动模块的运行方式、以及设置每个电机驱动模块的机械特性。

所述多组桁架系统包括四组结构相同的桁架，用于不同模块组合的物料传送每组桁架组合物料传送和不同模块组合的动作执行。

所述桁架上安装有机械手抓，机械手抓上设有阀岛系统，阀岛系统通过重载及电缆与PLC总线控制单元相连接，用于完成送料和卸料动作、以及通过阀岛控制气源，完成对工件的油渍吹洗动作。。

每个桁架上均安装有两台电机，每个电机均连有电机驱动模块，电机驱动模块根据接收到的电机控制信号，控制相对应电机的转动，带动桁架水平或垂直运动。

所述终端装备包括终端料仓以及终端生产设备。

所述终端装备均安装有PLC模块，所述PLC模块与PLC总线控制单元相连接。

所述操作及监控终端还用于获取工作模式信号，控制桁架系统和终端装备进行自动、手动、或校对作模式。

与现有技术比较，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，针对多品种的加工工艺和小批量产能需求，采用了模块化控制的电气系统，控制桁架系统进行X轴方向和Y轴方向进行运料、上料和卸料的动作，并且配合终端设备，能够将人工的劳动通过装置系统进行自动化的控制、完成，代替人工劳动力，大大提高了工作效率，并且，本发明具有跨站搬运能力，能够同时对多组的终端设备进行操作，极大提高了线体的柔性使用率，并且具有断开式搬运能力，即可同时加工两种产品，本发明很好的解决了半成品的生产能力和产品二次维修的生产能力，本发明同时也解决了线体上设备的闲置问题，极大提高了利用率，增加更多的产能和效益。

附图说明

图1是本发明模块化桁架式柔性生产线电气控制系统结构框图；

图2是本发明桁架系统结构框图；

图3是本发明桁架统结结构示意图；

图4是本发明模块化桁架式柔性生产线电气控制控制框图；

图5是操作及监控终端统结构框图；

图6是本发PLC总线控制单元结构框图。

图中，1—操作及监控终端；2—PLC总线控制单元；3—运动控制单元；4—桁架系统；5—阀岛系统；6—；11—触摸屏；12—操控面板；13—数据库；14—HMI-CPU；15—HMI-存储器；21—PLC-CPU；22—PLC-存储器；23—扩展数字模块接口；24—模拟量模块接口；25—Ethernet；26—CANopen；27—外部接口；28—快速I/O模块；41—电机驱动模块；42—控制操作模块；4-1—第一桁架；4-2第二桁架；4-3—第三桁架；4-4—第四桁架。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供了一种模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，包括：操作及监控终端1、PLC总线控制单元2、运动控制单元3、以及多组桁架系统4，其中；

如图2所示，所述多组桁架系统4安装于横梁上，用于对相对应位置的终端设备进行生产操作；每组桁架系统4的电机上均安装有电机驱动模块41；所述电机驱动模块41用于驱动电机运动，带动每组桁架系统4移动，完成运料；每组桁架系统4的操作机构上均安装有操作模块42，用于驱动操作机构对终端装备6进行上下料；

所述运动控制单元3，用于向所对应的电机驱动模块41发送电机控制信号，以控制对应的电机驱动模块41进行电机启动或停止操作；

所述PLC总线控制单元2，用于获取所述操作及监控终端1的操作信号，并根据所获取的操作信号控制运动控制单元3对电机驱动模块41进行的操作，以及控制操作模块42对操作机构的操作；

所述操作及监控终端1，用于获取操作信号。

本发明中，示例性的，以4组桁架系统4为例进行说明，但在实际应用在，不限四组，能够根据实际的需要进行设置。所述多组桁架系统4包括四组结构相同的桁架，用于不同模块组合的物料传送每组桁架组合物料传送和不同模块组合的动作执行。如图3、4所示，4组结构相同的桁架系统4包括第一桁架4-1、第二桁架4-2、第三桁架4-3、以及第四桁架4-4，每个桁架包括水平移动轴X,垂直移动轴Z，具体的，第一桁架4-1、第二桁架4-2、第三桁架4-3、以及第四桁架4-4包括水平移动轴X1、X2、X3、X4,垂直移动轴Z1、Z2、Z3、Z4，其中X1、Z1组成一单元上下料系统，X2、Z2组成二单元上下料系统，X3、Z3组成三单元上下料系统，X4、Z4组成四单元上下料系统，各单元独立完成上下料工作及中间环节的衔接。为了对桁架进行运动控制，桁架上设有两个电机，每个电机上每个电机均连有电机驱动模块41，电机驱动模块41根据接收到的电机控制信号，控制相对应电机的转动，带动桁架水平或垂直运动。示例性的，四组桁架则需要8台电机，8台电机的电机驱动模块41通过CANopen总线与运动控制单元3相连接；8台电机分别以1个X轴+1个Z轴的形式，组成4组十字坐标形式的桁架系统，4组桁架分别安装在横梁上，通过电机动力线和编码器线与8个电机驱动模块41相连接。

优选地，所述桁架上安装有机械手抓，机械手抓上设有阀岛系统5，阀岛系统5通过重载及电缆与PLC总线控制单元2相连接，用于完成送料和卸料动作、以及通过阀岛控制气源，完成对工件的油渍吹洗动作。阀岛系统5分别安装在4组桁架之上，通过电缆与PLC总线控制单元2相连接，控制每个桁架上每组气缸的动作，完成送料机卸料动作。阀岛系统5都模块化封装，通过操作及监控终端1选择便可一键生成新工艺并存储在数据库中。阀岛系统5通过重载及电缆与快速I/O模块24连接，并接受主控PLC命令和向主控PLC反馈信息。对阀岛系统5动作编程，分布在相对应的4组桁架中，极大减少人为错误，更提高编程效率。通过可视化界面，进行具体操作，能够具有很好的防错功能，本发明只需对特定点位进行读取或校对，无需编程，极大降低线体对使用人员的要求，而机器人编程或数控编程是专业学科，对人员要求非常高，且容易出错。

进一步地，如图5所示，所述操作及监控终端1包括：触摸屏11、操控面板12、数据库13、HMI-CPU14、以及HMI-存储器15，其中；

所述触摸屏11，用于对不同工艺模块化分组、快速换型的显示，且监控各模块和终端设备运行状态、警告及操作信息显示；

所述操控面板12，用于不同操作模式切换、画面切换、速度设定、动作设定、限位设定、报警清除、以及急停操作；

所述数据库13，用于不同规格产品工艺参数的存储和读取，以及不同工艺模块分组的存储和读取，在产品换型时选择已存储的相应加工程序进行快速换型。

通过Ethernet接口与PLC总线控制单元2连接，其可以存储记录100种加工工艺数据，实现工艺数据的长期保存，在生产过程中实现快速换型

所述HMI-CPU14，用于工艺数据的分析计算、以及模块化分组的分析计算；

所述HMI-存储器15，用于HMI画面的存储、以及数据库的存储。

如图6所示，所述PLC总线控制单元2包括：PLC-CPU21、PLC-存储器22；扩展数字模块接口23、模拟量模块接口24、Ethernet25、CANopen26、外部接口27、以及快速I/O模块28，其中；

所述PLC-CPU21，用于总线PLC的逻辑控制及计算；

所述PLC-存储器22，用于总线PLC程序的存储；

所述扩展数字模块接口23，用于扩展模拟量接口和数字接口；

所述模拟量模块接口24，用于扩展模拟量接口和数字接口，并对其分配地址。

所述Ethernet25，用于连接操作及监控终端1的Ethernet接口；

所述CANopen26，用于连接运动控制单元3的CANopen接口；

所述外部接口27，用于连接计算机的Ethernet接口、SD卡接口、RS-232、以及Encoder接口；

所述快速I/O模块28，用于接受终端设备实时状态，并发送指令。接受4台终端料仓实时状态并发送指令；接受6台终端生产设备实时状态并发送指令；其特点是接受和发送指令的响应时间最短，响应速度最快，适合于精密控制。

所述运动控制单元3包括运动控制器，所述运动控制器与多个电机驱动模块41连接，用于分配每个电机驱动模块41的逻辑关系、控制每个电机驱动模块41的运行方式、以及设置每个电机驱动模块41的机械特性。所述机械特征存储在运动控制器中，运动控制器通过CANopen总线与主PLC总线控制单元2连接，并接受PLC总线控制单元2命令。

示例性的，所述终端装备6均安装有PLC模块，所述PLC模块与PLC总线控制单元2相连接，用于与PLC总线控制单元2信息交互，用于自身生产控制。终端装备6包括4台终端料仓和6台终端生产设备，具体的，所述终端生产设备可以为车床或数控机床等生产性设备。本发明中，每个桁架以及终端装备6均可分别在自动，手动，校对等不同或相同运行方式下工作，终端装备6其对外接口模块化设计和封存，通过快速I/O模块24与PLC-CPU连接，并接受主控PLC命令和向主控PLC反馈信息。

进一步地，所述操作及监控终端1还用于获取工作模式信号，控制桁架系统4和终端装备6进行自动、手动、或校对作模式。100种工艺数据信息的增加，修改和删除通过操作及监控终端的操控面板2完成。

本发明利用操作及监控终端1控制4组桁架、4组阀岛和4组机械手抓与4台终端料仓和6台控制终端的有序组合或拆分，组成最多100种新的生产工艺；向存储终端写入和读取100组组合结果，实现高效、灵活的换型；监控当前组合和运动轨迹；监控生产现场及预警报警。PLC总线控制单元2控制运动控制器，实现对4组桁架的控制；PLC总线控制单元2还控制4台终端料仓和6台控制终端设备，实现命令的接受和发送，从而实现生产线的自动生产。6台控制终端设备和4台终端料仓接受PLC总线控制器命令及自身运动状态的及时反馈。本发明具有断开式搬运能力，即可同时加工两种产品。本发明很好的解决了半成品的生产能力和产品二次维修的生产能力，解决了实际生产中的诸多难点问题，本发明同时也解决了线体上设备的闲置问题，极大提高了利用率，增加更多的产能和效益。

本发明具有人工干预检测和独立维修能力，即人为使一个站停止工作，方便人员测量、检测和调整，之后可继续加工，整个过程不影响其他站点运正常行。

本模块化桁架式柔性生产线电气控制系统的优点在于：高效率，高质量，降低劳动强度，缩减加工成本，避免人为疲劳引起的误操作，模块化设计无需编程，对操作人员要求低，达到降本增效的目的。

对于本领域技术人员而言，显然能了解到上述具体实施例只是本发明的优选方案，因此本领域的技术人员对本发明中的某些部分所可能作出的改进、变动，体现的仍是本发明的原理，实现的仍是本发明的目的，均属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，其特征在于，包括：操作及监控终端(1)、PLC总线控制单元(2)、运动控制单元(3)、以及多组桁架系统(4)，其中；

所述多组桁架系统(4)安装于横梁上，用于对相对应位置的终端设备进行生产操作；每组桁架系统(4)的电机上均安装有电机驱动模块(41)；所述电机驱动模块(41)用于驱动电机运动，带动每组桁架系统(4)移动，完成运料；每组桁架系统(4)的操作机构上均安装有操作模块(42)，用于驱动操作机构对终端装备(6)进行上下料；

所述运动控制单元(3)，用于向所对应的电机驱动模块(41)发送电机控制信号，以控制对应的电机驱动模块(41)进行电机启动或停止操作；

所述PLC总线控制单元(2)，用于获取所述操作及监控终端(1)的操作信号，并根据所获取的操作信号控制运动控制单元(3)对电机驱动模块(41)进行的操作，以及控制操作模块(42)对操作机构的操作；

所述操作及监控终端(1)，用于获取操作信号。

2.根据权利要求1所述的模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，其特征在于，所述操作及监控终端(1)包括：触摸屏(11)、操控面板(12)、数据库(13)、HMI-CPU(14)、以及HMI-存储器(15)，其中；

所述触摸屏(11)，用于对不同工艺模块化分组、快速换型的显示，且监控各模块和终端设备运行状态、警告及操作信息显示；

所述操控面板(12)，用于不同操作模式切换、画面切换、速度设定、动作设定、限位设定、报警清除、以及急停操作；

所述数据库(13)，用于不同规格产品工艺参数的存储和读取，以及不同工艺模块分组的存储和读取，在产品换型时选择已存储的相应加工程序进行快速换型。

所述HMI-CPU(14)，用于工艺数据的分析计算、以及模块化分组的分析计算；

所述HMI-存储器(15)，用于HMI画面的存储、以及数据库的存储。

3.根据权利要求1所述的模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，其特征在于，所述PLC总线控制单元(2)包括：PLC-CPU(21)、PLC-存储器(22)；扩展数字模块接口(23)、模拟量模块接口(24)、Ethernet(25)、CANopen(26)、外部接口(27)、以及快速I/O模块(28)，其中；

所述PLC-CPU(21)，用于总线PLC的逻辑控制及计算；

所述PLC-存储器(22)，用于总线PLC程序的存储；

所述扩展数字模块接口(23)，用于扩展模拟量接口和数字接口；

所述模拟量模块接口(24)，用于扩展模拟量接口和数字接口，并对其分配地址。

所述Ethernet(25)，用于连接操作及监控终端(1)的Ethernet接口；

所述CANopen(26)，用于连接运动控制单元(3)的CANopen接口；

所述外部接口(27)，用于连接计算机的Ethernet接口、SD卡接口、RS-232、以及Encoder接口；

所述快速I/O模块(28)，用于接受终端设备实时状态，并发送指令。

4.根据权利要求1所述的模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，其特征在于，所述运动控制单元(3)包括运动控制器，所述运动控制器与多个电机驱动模块(41)连接，用于分配每个电机驱动模块(41)的逻辑关系、控制每个电机驱动模块(41)的运行方式、以及设置每个电机驱动模块(41)的机械特性。

5.根据权利要求1所述的模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，其特征在于，所述多组桁架系统(4)包括四组结构相同的桁架，用于不同模块组合的物料传送每组桁架组合物料传送和不同模块组合的动作执行。

6.根据权利要求5所述的模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，其特征在于，所述桁架上安装有机械手抓，机械手抓上设有阀岛系统(5)，阀岛系统(5)通过重载及电缆与PLC总线控制单元(2)相连接，用于完成送料和卸料动作、以及通过阀岛控制气源，完成对工件的油渍吹洗动作。

7.根据权利要求5所述的模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，其特征在于，每个桁架上均安装有两台电机，每个电机均连有电机驱动模块(41)，电机驱动模块(41)根据接收到的电机控制信号，控制相对应电机的转动，带动桁架水平或垂直运动。

8.根据权利要求1所述的模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，其特征在于，所述终端装备(6)包括终端料仓以及终端生产设备。

9.根据权利要求8所述的模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，其特征在于，所述终端装备(6)均安装有PLC模块，所述PLC模块与PLC总线控制单元(2)相连接。

10.根据权利要求1所述的模块化桁架式柔性生产线电气控制系统，其特征在于，所述操作及监控终端(1)还用于获取工作模式信号，控制桁架系统(4)和终端装备(6)进行自动、手动、或校对作模式。