浅述液压机联线工作的控制方法.pdf

文 章 编 号 1 6 7 2 0 1 2 1 2 01 1 o 5 0 0 6 2 0 2 浅 述 液 压 机 联 线 工 作 的 控 制 方 法 乔礼 惠 。徐路 ，赵 雪松 扬力 集 团 江 苏 国力锻 压机 床 有 限公 司， 江 苏 扬 州 2 2 5 0 0 9 摘 要 针对 现场 总线 控制 系统 的快速 发 展 ， 本文提 出 了液 压机 、 机 器人 及 上料 清 洗装置 的联 线 生产 方 式。 介 绍 了液 压机 的 工作特 点 ， 生产线 的 一些控 制 要求 ， 重 点介 绍 了各部位 之 间的 总线联接 方 式。 并结 合工 程 实 际应 用说 明 了这 种控 制方 法 的实用 性 。 关 键 词 机 械 制造 自动化 ； 液压 机 ； 联 线控 制 ； 总线联 接 中 图 分 类 号 T G3 8 5 ． 9 文 献 标 识 码 B 1引 言 随着 国家 对 汽车 行业 支持 力度 的加 大 ，促 进 了 汽 车及 零 配件 行业 的需 求 增长 。受 益下 游 行业 的增 长 ， 机 床市 场 整体 呈现 上 升态 势 ， 锻 压设 备 市 场需 求 增 长 尤 为显著 。 但 同时 随着 用工 成本 的不断增 加 ， 对 企 业 的 发 展 以及 降 低 生 产 成 本 都 造 成 了 一 定 的影 响 。采用 机器 人 与机 床联 线 控制 不但 可 以解 放 出更 多 的劳 动力 资源 ， 而 且运 行成 本可 大 大 降低 。 下 面就 我公 司为上 海新 鸿科 技 有 限公 司研 制开 发 的一 条液 压机 覆 盖件 生产 线 为例 ，简 要介 绍一 下 液压 机 与机 器人 联 线工 作 的控 制方 法 。 2系 统 构 成 该 生产 线液 压 机 的联线 系统 主要 由 四个 主 体部 分 构 成 6台 YL 3 4系 列 框 架 式 液 压 机 、物 料 运 输 机 器 人 、 主站 Q系列 P L C和现 场 总线控 制 系统 。 整 条 生产 线采 用 现场 总线 通讯 方式 ，并配 置 专 用 监控 系 统 。系统控 制器 则通 过 P L C实现 各设 备 的 动 作控 制 、 互 锁 和安 全 保护 、 各设 备 的 I ／ O信 号 和 数 据 通 讯 以 及 操 作 安 全 等 功 能 ， 并 具 备 实 时 监 控 功 能 。 2 ． 1液 压 机 本 项 目要 研 制 的大型 汽 车覆盖 件 液压 机柔 性 生 产 线包 括 6台液 压机 ，不 论从 数控 程 度还 是从 效 率 以 及 自动 化 上 都 达 到 了 目前 国 内液 压 机 的 领 先 水 平 ，其 中 打 头 的 单 、 双 动 液 压 机 公 称 力 为1 2 0 0 ／ 2 0 0 0 k N， 工 作 台面为 5 0 0 0 mmx 2 4 0 0 mm， 第 2 ～ 4台液 压 机公 称 力 为 1 0 0 0 k N，其 余 2台液 压 机 公 称 力 为 6 3 O kN 基金项 目 江苏省科技计划项 目 S B E 2 0 1 0 0 0 1 2 4 收 稿 日期 2 0 1 1 - 0 4 2 1 作者简介 乔礼 惠 1 9 7 9 一 ， 男 ， 工程师 ， 从事锻压设备 电气设计 2 ． 2机 器 人 机 器 人 是 由伺 服 电 机 驱 动 机 械 机 构 组 成 的 ， 各 环 节每 一个 结合 处 是一个 关 节点 或 坐标 系 。本 系统 中其用 途 主要 为物 料运 输 。 2 ． 3三 菱 Q系列 P L C Q 系列 P L C采 用 了模 块 化 的结 构形 式 ， 基 本组 成 包 括 电源 模块 、 CP U模 块 、 基 板 、 I O模板 等 。运行 处理 速度 完全 满 足控制 系 统要 求 ，便 于实 现程 序 的 组 件 化 和 结 构 化 。 2 ． 4 De c i v e Ne t 总 线 De v i c e N e t 是 由美 国 Ro c k we l l自动化 开 发 的 现 场 总线标 准 ， 一种 基 于 C AN技 术开 发 的符 合全 球 工 业标 准 的低 成本 、 高性 能 的通 信 网络 。 3液 压 机 、 机 器 人 及 上 料 清 洗 装 置 的 控 制 特 点 机 床 、机器 人及 上料 清 洗装 置 的布 置如 图 1所 示 。在液 压机 的操作 面板 上设 置有 “ 单 机／ 联 线 ” 工作 方 式选 择开 关 ， 当选 择到 “ 单 机 ” 工 作方 式 时 ， 液 压机 单 台 电气 控制 系统 中的 P L C， 通 过 总线 发 送 “ 单 机 ” 信 号指 令 到上位 机 主站 。而 上位 机接 受 到信 号 后对 机 器人 发送 停 止信 号 ，将液 压机 独立 出来实 现 单 台 机 的人 工操 作 ，机 器人停 在 设定 的原 点 位置 不 参 与 机 床 的动作 ，避免 了因单 台机器 人 或机 床本 身 部 件 出现故 障而停 止整 条 生产线 的运行 。另外 也有 利 于 单 台液 压 机 的 日常维 护 以及 故 障诊 断 。 当选择 到 “ 联 线 ” 工作 方 式 时 ， 上 位 机 接受 到联 线 信 号 ， 同时 发 出 联 线 指令 ， 使 液压 机 与机器 人 之 间进 行 协调 动作 ， 机 器人 负责 上 、 下料 工作 ， 液 压机 主控 制 单元 接受 到 模 具 发 出 的检测 信号 并 同时接 受 到机 器人 发 出 的位 置 确认信 号 后 自动进 行 压制工 件 的工 作 ，压 制动 作 完 成后及 时 发 出信号 给 机器 人 。除线 首 液压 机上 下 料 孥 鞣 *蜷荨 f 嚣岬疆耆 垂 嘟 臻_L 叫 善。 程序号啊 故障_ 压机一 压机二 压机三 ■_ I 盟l ■_ I ●● 拆垛机 ● ● ● 一 璺 一 叠 敞 痒 有 料 ■ 有 科 ■ 运 行 l 运行 瓣 - ■ 一 ■__一■- 一■k t l I” I I Lk } k} 士 l } 故障l i 障 故 障 故障 l 互 ‘ 互 勰 胍 置 有料 l 墨 一 ■ ■ ● _ 一 运行 一 ■豳 __- ⋯ ■ 一 图 二 翻 图 1 机床、 机器人及上料清洗装置的布置 配备 两 台机 器人外 ，其 余 每 台液 压机 均配 备 一 台机 器人 。 整条线 的液 压机 和机器人 动作 相互 协 调 ， 在 生 产线 的线 首设 有 自动上 料清 洗装 置 ，安装 有两 台台 车可 进行 交叉 输送 上料 ，从第 一 台上 料 到最后 出料 按 序 交叉 进行 ， 提升 了生产效 率 。 4联 线 生 产 安 全 配 置 与 实 现 在 每 台机床 侧 面都 安装有 带蜂 鸣器 的三 色报 警 灯 ， 正 常运 行 时显示 绿灯 ， 而 当处 于等待 状 态时 显示 黄 灯 ， 当 出现故 障时 显示 红灯 并发 出蜂 鸣报警 声 。 同 时 整条 生产 线工 作 区域设 置有 围栏 装置 ，在 围栏 装 置 上设 有安 全 门便 于维护人 员 出入 。系 统程 序 中设 置 有安 全 门开 门请 求 操作 ， 当按 下开 门请 求按 钮 时 ， 只有 待 相对 应 的机床 压制 动作 完成并 回到上 限位 以 及 对应 的机 器人 回归 到原点 位 置后才 能 打开 安 全 门 进入 工作 区域 。完 成 维护 工作 出来后 必须 先关 上 安 全 f _ 1 ， 再按 下 复位按 钮 ， 机器 人 和机床 将延 续 之前 中 断 了的工 作 。另考 虑实 际使 用 情 况 设 置 有 生 产 线 清 空 程 序 ， 待 生 产 任务 完 成后 按 下生 产线 清 空 按钮 ， 将 从 第 一 台 机 床 始 依 次 清 空 模 具 内 工 件 直 至 最 后 一 台 机 床 模 具 中的工 件取 出 ， 机 器 人 也 全部 回位 到 原点 位置 。 5总 线 控 制 的 结 构 框 架 联 线 系 统 主 站 采 用 三 菱 Q 系 列 高 性 能 P L C， 双 C P U非 冗 余 系 统 ， Q2 5 H 为 主 P L C， 下 挂 一 个 Q o z H 作 为 外 围设 备 控 制 。 通 过 串 口模 块 QJ 7 1 C 2 4 采 用 RS 4 8 5方 式 MODB US RT U协 议 控 制 变 频 器驱 动 传 输 电机 ，控 制 废 料 的 自动 运 输 。 主 站 采 用 支 持 De v i e e n e t总 线 的 模 块 Q J 7 1 DN9 1 ， 控 制 机 器人 进 行送 料 动 作 ， 当机 器 人 送 料 到 首 个 液 压 机 模 具 内 部 时 ， De v i e e Ne t总线 给从 站 机 床 欧 姆 龙 C J 2 M 系 列 P L c发 出允许 动作 指 令 。当检 测 到机 床 所 有准 备 动 作 包 括 机 床 处 于 联 线 工 作 状 态 、 所 有安 全 信号 到位 、 物 料 到 位 、 机器 人 退 出危 险 区等 完 成 后 ， 首 台 机 床 开 始 压 制 工 作 。完 成第 一 道工 序 后 ， 首 台机 床 滑块 回程 到机 器 人 允 许 进 入 的 位 置 ，从 站 通 过 De v i c e N e t 总线 发送 信号 给 主站 ， 同 时 2号机 器 人 取 1号 机 床 物 料 到 2号 机 床 ， 1号 机 器人 再 次送 料 ；当 1号 机床 压制 完成 的物 料 到达 2号 机床模 具 内部后 ， 2号模 具检 测到 物料 到位 ，通过 P r o f i b u s总 线 发送 信号 给从 站 ，同时 2号 机器 人完 成动 作退 回 到位 后 发送信 号 给 主站 ，主站 将所有 信 号经 过逻 辑 计算 ， 发 出允许动作 信 号给从 站 ， 同时从 站对 机床 其 他外 围准 备信 号进 行检 测 ， 待所 有信号 都 到位 后 ， 机 床 开始动 作并 进行 节拍 计 时 ，当机床 与机 器入 的相 关动 作完 成后 ，按 同样 原理 理驱 动 3号机 床及 相 应 的枧 器人 动作 。 当联 线最后 一 台机床 完 成动作 后 ， 通 过机 器人 将物 料抓 送到 包装 输送 机上 ，待 达 到一 定 的数 量后启 动 指示 要求 出料 。 联 线 生产 的 同时将 每 台机床 实时 生产 数据 送 入 到 中央控 制 电脑 中进 行 节拍 备份 ， 统计 工作效 率 。 通 过 中央控 制 电脑 的计 算 ，根 据不 同模 具所 需要 液压 机 行程 的不 同 ， 合理 使用不 同的工艺 配 方 ， 同时 驱 动 机 器人 达 到最 高的 工作效 率 。总线 连接 示意 见 图2 。 税嚣人控靠 器 视器大控戳器 机器 太控锚器 规嚣A控髓器 机器大控锱 器 祝器人控铺器 杌器人控制器 图2 总线连接示意 文 章 编 号 1 6 7 2 0 1 2 1 2 0 1 1 0 5 0 0 6 4 - 0 4 串行 通 讯 技 术 在 变 频 器 上 的 应 用 张 为 堂 ， 尤 爱 香 扬州锻 压机 床 集 团有 限公 司 ， 江苏扬 州 2 2 5 1 2 8 摘 要 介绍 了可编程 控 制器和 变频器 利用 RS 4 8 5通 讯 组成 的通讯 网络 。 关键 词 机 械制 造 自动 化 ； 变频器 ； 串行通 讯 ； 应用 中 图 分 类 号 T G3 3 5 文 献 标 识 码 B 1引 言 随 着通 讯 技术 的发展 ，许 多 工业 控 制 上用 的 电 气控 制 元 件 都预 留 了通讯 接 口 ， 特 别 是 RS 4 8 5通 讯 格式 接 口。它 们一般 都 支持 无协 议数 据 传输 格 式 的 通讯 ， 使通 讯 网络 系统 的组 建相 当方 便 。 在 机械 压力 机 上 主传 动利 用变 频调 速 技术 越来 越普 遍 。相 应地 可 通 过可 编程 控制 器 与变 频器 的通 讯来 对 变频 器进 行 控 制 、 监 视 。这里 介 绍 以三菱 F X2 N系 列 P C通过 RS 4 8 5串行通 讯来 控 制 F R A7 4 0变频 器 的工作 。 2系 统 的 构 成 和 应 用 原 理 三菱 F X2 N系 列 的 P C，有 专 用 的 RS 4 8 5 BD通 讯板 ， 它 直 接 与 F X2 N系 列 P C连接 ， 可 以用 于 以下 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 6 0 7 作者简介 张为堂 1 9 7 5 一 ， 男， 工程师， 从事机械压力机设计与研究 6结 束 语 现场 生 产证 明 ，采用 联线 方式 生 产 的工作 效 率 达到 平 常人 工单 机生 产 的两倍 以上 。整个 控制 系统 抗 干扰 能 力 较强 ， 稳 定 可靠 ， 静 、 动 态 控 制精 度 比较 高 。 随着 现场 总线 控制 系统 的快速 发展 ， 必将 推 动整 个 控制 领域 的一 次 变革 。 【 参 考文 献 】 数 据 传输 ①非 协议 数 据传 输 ， 这 种 数据 传输 方 式 由 于 RS 4 8 5 B D 内没有缓 冲 内存 ， 数 据 接 收和 发送 通过 P C的通 讯指 令 RS所 确 定 的 P C数 据 寄存 器 实 现 『 l J 。 ② 专 用 协 议 数 据 传 输 ，这 种 数 据 传 输 方 式 和 带 有 RS 4 8 5通 讯单 元 的数 据传 输 可在 1 N基础 上 用 此协 议 实 现 。③并 行 传输 ， 1 1 方 式 实现 F X 2 N控 制 器 内 1 0 0个辅 助继 电器 1 0个数 据寄 存 器 的数 据 传输 。④ N N 网络数 据 传输 ，与 F X2 N控 制器 可 在 N N的基 础 上 进 行 。 非 协议 数 据传 输使 用灵 活 ，很 容 易与其 他 具有 RS 4 8 5通 讯接 口的 电器设 备 组建 成 网络 。本 应 用所 使 用 的数 据传 输就 是非 协议 数据 传 输 ，并 采用 全 双 工通 讯方 式 。在 系统 中采 用 RS 4 8 5 B D时 ， 可 以实 现 的通 讯 长度最 大 为 5 0 m。在 一 种机 械 压力 专机 上 采 用 了一 台 P C， 一 台人 机 界 面和两 台变频 器 。其 中一 台 为 F R A7 4 0矢量 型变 频 器用 于驱 动 主 电动 机 ； 另 【 1 ] 俞新陆腋 压机的设计与应用【 M 】 ．北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 2 】 周 明． 现场总线控制系统【 M 】 ． 中国电力出版社， 2 0 0 2 ． [ 3 ] MI T S U B I S H I ． 可编程控制器 ME L S E C Q系列大全 新 [ M] ， 2 0 0 4 ． f 4 ] S H AN G HA I F A N U C．机器 人培训教材 ， 2 0 0 8 ． 【 5 】 符起贤， 张贵成． 一种新型的多机连线自动搬运生产线fJ 】 ． 锻压装 备与制造技术 ， 2 0 1 0 ， 4 5 1 3 2 3 4 ． f 6 ]6 王顺 菊． 浅谈 P r o fi b u s 总线 电缆 的安装 规范 [ J ] ． 锻 压装备 与制造 技术 ， 2 0 1 1 ， 4 6 1 5 4 5 6 ． Br i e f di s c u s s i o n o n t he c o nt r o l mo de o f o n l i ne wo r k s t y l e o f h yd r a u l i c ma c h i ne c o mb i n e d wi t h p r a c t i c a l