論文關鍵詞：柔性制造系統 機電一體化 模塊化 教學培訓

論文摘要：文章介紹一種應用當前最先進的工業自動化控制技術的用于教學培訓的柔性制造系統。

1引言

隨著工業自動化技術的迅猛發展，現代自動生產加工系統中的控制和操作技術越來越復雜，往往綜合了機械、氣動、液壓、傳感器技術、PLC及伺服驅動、數控技術、機器人技術、通信技術、柔性制造及計算機集成制造技術等多門學科，因此對于工業現場的應用技術人員也提出較高的要求。對于培養生產一線的技術應用型人才的高等職業技術教育院校來說，提供模擬自動化生產加工系統的綜合實訓環節，培養學生的綜合工程應用能力，滿足現代化企業生產的需求是我們的教學理念。在教學中我們引入了德國某公司的F’MS50系統，也稱為柔性制造系統機電一體化培訓設備。

2系統的組成和功能

此柔性制造系統是一套模擬實際工業自動化生產中不同復雜程度控制過程的柔性加工中心。根據系統的不同運行狀態，可實現對生產加工過程的改變和控制。圖1所示為該物流系統的平面示意圖，整個系統由以下13個工作站組成:①供料站;②檢測站;③提取站;④加工站;⑤圖像處理站;⑥裝配站;⑦暫存站;⑧提取站;⑨成品分裝站;⑩閉環柔性輸送裝置;⑧柔性加工系統上下料機器人;⑩數控車床;⑩數控銑床。

該系統的生產過程模擬短行程氣缸的裝配，其中包括的零件有:缸體、活塞、彈簧和端蓋。整個加工系統的流程為:工件由送料站送人檢測站~檢測站檢測工件的狀況~將合格零件放人傳送帶上的工件運送車上~由提取站中的機械手上下料裝置將工件放人加工站進行加工~再將工件放回傳送帶上~工件經過圖像處理站時由工業圖像處理系統檢測將要進行裝配的工件形狀是否合格~合格工件進人下一個站(不合格工件將被剔除)~裝配站中的五軸機器人對氣缸進行組裝(其中缸體由傳送帶運送，活塞儲存在裝配站的貨盤上，端蓋和彈簧儲存在料艙中)~暫存站將裝配好的工件暫存于高層倉庫中(可按需要將工件放回到傳送帶上)一由提取站中的機械手上下料裝置按工件的顏色將工件從傳送帶上放人成品分裝站中~成品分裝站完成成品輸出。

此系統是一個可以擴展的可以連接多個工作站的系統，并在生產過程中可柔性地面對運行狀態且可以按相應的情況控制物流。其主要單元是負責向系統內個工作站間輸送零件的閉環柔性輸送裝置。每個工作站中都帶有由STEMENS S7一300系列控制器和數字量vo模塊組成的控制板，控制板與工作站的連接通過一根標準的vo電纜連接。傳送系統的控制也由SIEMENS S7實現。工作站之間的通信由vo接口定義，傳送系統內部的數據傳送由AS一1(執行器和數字傳感器組成的網絡)總線實現。工作站與傳送系統之間的通信通過vo接口定義。在FMSSo中使用SIEMENS的WinCC對系統進行監視，控制以及數據采集。為了實現WinCC和PLC之間的數據交換，該系統采用了Profibus一DP現場總線。WinCC發送數據到PLC，同時從PLC接收數據信息。通過WinCC在主機中按照級別的優先權監控每個設備的運行情況，并且通過一根電纜即可完成在線對PLC S7編程和故障診斷。

該系統包含實際生產加工的主要功能:來料分配、工件檢測、工件操作(機械手上下料)、工件加工及處理、質量控制(圖像處理)、自動裝配(五軸機器人裝配)、立體倉庫(料倉)、工件輸出、工件分揀、閉環柔性輸送裝置、數控加工等。使用該系統應可以完成不同復雜程度、各種主要課題的教學培訓，如:氣動技術、機械技術、通信技術、機械手技術、傳感器技術、PLC技術、電氣/電子技術、自動控制技術、傳動技術、物流技術、數控技術和系統管理等。

3模塊化工作站

構成柔性制造系統FMS50中的各工作站均包括獨立的電氣和可編程控制器單元，帶有一個標準vo接口用于與PLC板的連接。機械和氣動單元按照各工作站的不同生產功能可以由標準模塊組裝而成，靈活性較大，氣動系統的控制原理相似。 以工件提取站為例，該站完成將工件從傳送帶上提取并將其放置在加工站上的分度盤上的任務。它的主要組成模塊是完成x軸運動(運送工件)的無桿氣缸A、完成:軸運動(提放工件)的扁平氣缸(提升缸)B，氣動平行抓手C(抓取工件)和由3片緊湊型閥組成閥島CPV10及滑槽模塊。氣動控制回路圖如圖2所示。圖中A缸和B缸控制回路中的單向節流閥用于控制兩缸的行進速度;A缸控制回路中的兩個氣控單向閥在回路中形成氣動鎖，是一種安全措施，可使氣缸在系統斷電或停氣時在任意位置保持不動。閥島中的3個電磁閥C，M，M分別控制氣缸A，B，C。其中C型電磁閥由兩個常斷式單電控二位三通電磁閥組成;M型電磁閥是單電控二位五通電磁閥。

模塊化工作站的特點是工作站中的小型模塊應該能夠體現生產加工中的各種單獨功能或組裝加工，采用的控制模式與實際生產中相同，每個工作站均包含獨立的電氣及可編程序控制器單元且采用標準的電氣接口，每個工作站本身可以單獨用于教學實訓，每個模塊都具有相應的培訓內容，各工作站之間通過電纜或總線連接可以形成不同形式的柔性制造系統。

4該系統的教學培訓理念

FMS50系統的模塊化設計，可以單獨訓練PLC編程和機器人操作技術及各工作站，如工件自動裝配、自動輸送、緩沖倉儲等。在教學實踐中，采用模塊化教學方法，教學的過程從基礎簡單的操作和控制逐步擴展到復雜操作的控制，具體操作是將學生分組訓練，每組學生要完成從模塊的機械、氣動與電氣元件組裝安裝到工作站的氣動與電氣回路連接，再根據工藝要求進行PLC編程，調試、操作、維修及故障排除。在工作站之間的連接和工作站與傳送系統的連接過程中，學生可以了解到vo通信和總線控制技術。并且通過監視、控制以及數據采集軟件vvn}rcc，了解系統的物流和信息流運行情況。在整個訓練過程中可以使學生將所學過的專業知識加以綜合應用，并能培養學生的學習能力、獨立思考能力及團隊合作精神。由于該系統是開放式的，學生可以在訓練中加人自己的創新思想，重新組合或開發新的工作站，組成不同的機電一體化系統。在高層次的訓練中，可以對學生進行諸如遠程控制、圖像識別、機器人、交互式仿真系統COS/MIR軟件(提供建模、運動仿真及三菱機器人編程仿真)等知識的培訓。

5結束語

這種系統由于集成真實工業元件、控制系統及軟件，且采用的技術均是目前世界上在工業自動化領域內最先進最前沿的技術，具有綜合性、模塊化及可擴充等特點。它能滿足學生不同的技術基礎，具有較好的完整性、靈活性和適用性。實際教學證明，該系統成功地調動和開發了學生在機電一體化綜合應用技術方面的個人學習潛力和創新能力，實用性強，能夠滿足對機電一體化高級技術人才的培養。