基于Fieldbus的柔性生產(chǎn)線實踐教學(xué)系統(tǒng)的研制
摘要；本文介紹了柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各單元的功能，實訓(xùn)的要點。對Fieldbus組成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和
控制重點的信息分布圖進(jìn)行闡述。該實訓(xùn)教學(xué)設(shè)備即有教學(xué)性、真實性、多功能性、和工程實用性。、
Abstract: This text introduced Flexible Automatic Production Linessystem's construction with the important point of the function,
關(guān)鍵詞；柔性制造單元；現(xiàn)場總線；信息分布圖；
Key words:FMC；Fieldbus;inbbbbation distributing pian
制造柔性化是指制造企業(yè)對市場多樣化需求和外界環(huán)境變化的快速動態(tài)響應(yīng)能力，也就是制造系統(tǒng)快速、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)出新的產(chǎn)品能力。其定義為；柔性制造系統(tǒng)是數(shù)控加工設(shè)備、物料運儲裝置和計算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)，包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速調(diào)整，適用于變化快、中小批量生產(chǎn)。美國制造工程師協(xié)會等定義“使用計算機(jī)、柔性加工單元FMC和集成物料儲運裝置完成工件的一種集成制造系統(tǒng)?！?/FONT>
柔性加工是基于數(shù)控、計算機(jī)控制系統(tǒng)、自動化制造系統(tǒng)而組成先進(jìn)系統(tǒng)。柔性加工單元比若干單臺數(shù)控機(jī)床有更顯著的經(jīng)濟(jì)效益；在加工和配套方面柔性加工單元FMC比加工中心MC效率高出近10倍；加工時間高出1/3；投資節(jié)省17.34％;節(jié)省人員17.33％；利潤高達(dá)進(jìn)90倍（1）等。
基于Fieldbus的柔性生產(chǎn)線的開發(fā)是將計算機(jī)、PLC、變頻器、傳感器、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、Fieldbus（現(xiàn)場總線）、氣動元件等。組成一套具有；環(huán)行生產(chǎn)線，五個工位的柔性生產(chǎn)線。能完成電氣控制、信息檢測、步進(jìn)傳動、氣動加工和倉儲碼放等功能，還可根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，從而使實訓(xùn)教學(xué)集成化現(xiàn)場化。
一、系統(tǒng)的組成
柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)的組成，以環(huán)行傳送生產(chǎn)線為中心將原料供應(yīng)、氣動加工、組裝加工、檢測單元、倉儲碼放，五個柔性加工單元FMC。如圖1
每個加工單元都自成系統(tǒng)；有控制臺、計算機(jī)、PLC、對步進(jìn)電機(jī)和氣缸進(jìn)性控制。在控制臺上都畫出加工單元的控制信息圖，標(biāo)識出信息點的位置、功能、信息類型等，以便了解控制之間的相互關(guān)系，使學(xué)習(xí)者對本單元能直觀了解控制要求和連接控制線路。
1． 信息圖的作用
每個單元控制對象不同，控制方式不同。因此信息圖也是不同的。信息圖是將控制功能、
控制動作用圖畫及控制點進(jìn)行標(biāo)注。同時將單元與控制相關(guān)的位與點標(biāo)明，使學(xué)習(xí)者明確控制的要求便于編寫程序。（圖2）
2． 單元之間的控制信息聯(lián)接
柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)由兩臺變速電機(jī)和兩臺同步電機(jī)組成的環(huán)行傳送生產(chǎn)線。在傳送生產(chǎn)線上有運送工件的小車，各個加工單元的定位由傳感器檢測，當(dāng)檢測到小車后。由電磁開關(guān)和定位氣缸將運送工件的小車定位后由本單元的機(jī)械手將小車上的工件取下送到加工的工位。當(dāng)本單元完成加工任務(wù)后再送回到小車，定位的電磁開關(guān)、定位氣缸復(fù)位，完成本單元的加工任務(wù)由生產(chǎn)線送到下一個單元。
柔性生產(chǎn)線各單元控制單元是由有控制臺、計算機(jī)、FX2N-32MT的PLC組成。它們之間由CC—bbbb現(xiàn)場總線，FX2N-16CCL-M(2) 為主站通信模塊、FX2N-32CCL-M(2) 為從站通信模塊、CC-bbbb專用電纜(2)將一個主站與四個從站的FMC單元組成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)柔性生產(chǎn)線PLC對PLC通信。
二、各單元的特性
柔性生產(chǎn)線各單元的設(shè)計是根據(jù)加工零件的整套工藝而設(shè)計的。各單元可以獨立加工，又可根據(jù)加工零件的要求進(jìn)行組和。因此，各單元都有其特點的，在設(shè)計電氣控制時認(rèn)清其特點就易于掌握。
1． 供料單元FMC
供料單元見（圖2）有兩臺步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、一個PLC、四個氣缸、一個機(jī)械手、兩個傳感器、一個電源模塊。完成的功能；將工件由料倉送到轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動一定的角度后，將鋼珠送到工件上，轉(zhuǎn)盤再轉(zhuǎn)到機(jī)械手的下方，由機(jī)械手將工件抓起運到生產(chǎn)線上的小車，送到下一工序。
本單元的特點由PLC作為主控，控制的重點有；A.有兩個定位；一個是轉(zhuǎn)盤的定位，有三次定位，料倉送到轉(zhuǎn)盤后、第二次轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)到鋼珠工位、最后轉(zhuǎn)到機(jī)械手下。另一個是小車的定位。B.驅(qū)動和檢測，步進(jìn)電機(jī)傳動的角度與步進(jìn)電機(jī)運行的速度和精度的控制和傳感器的檢測。C.氣缸控制，機(jī)械手抓工件、上下運動、定位都是由氣缸完成的。
2. 氣動加工單元FMC
本單元有一臺步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、一個PLC、三個氣缸、一個機(jī)械手、兩個傳感器、一個電源模塊。完成的功能；將生產(chǎn)線上小車的工件抓起運到工作臺上，再由氣缸送到氣動沖壓工位下加工，沖壓后的工件由機(jī)械手運送到傳感器處進(jìn)行檢測，當(dāng)鋼珠壓進(jìn)工件后，將工件送回生產(chǎn)線上的小車。
氣動加工的特點；對工件的氣動沖壓與傳感器的檢測。都是三維動作控制、與傳感器檢測信號的判斷。
3. 組裝單元FMC
組裝單元的控制，有兩臺步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、一個PLC、四個氣缸、兩個傳感器、一個電源模塊。完成的功能；將料倉工件盒抓取到工作臺上，第二步將生產(chǎn)線上的小車裝的工件抓取放到工件盒中，第三步將另一個料倉的工件上蓋抓取到放在盒上，完成組裝后把組裝后的盒再放回生產(chǎn)線上的小車。
組裝的特點；定位、檢測信號的判斷、步進(jìn)電機(jī)的控制。
4. 檢測單元FMC
檢測單元；有兩臺步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、一臺伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動器、一個定位模塊、一個PLC、一個氣缸、一個機(jī)械手、兩個傳感器、一個電源模塊。完成的功能，將生產(chǎn)線上的小車裝的工件，抓取到檢測傳感器上方進(jìn)行檢測，不合格的放到廢品臺上，合格的放到回小車，送到下一工序。
檢測單元的特點；X、Y方向的動作都由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，Z軸由伺服電機(jī)驅(qū)動，定位檢測的控制精度。
5．存儲單元FMC
本存儲單元；有一臺步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、一個變速電機(jī)、一個變頻器、一個PLC、一個氣缸、一個機(jī)械手、一個電源模塊。完成的功能，將生產(chǎn)線上的小車裝的工件，抓取送到倉庫的貨架排放整齊。
存儲單元的特點；按貨架的層次和排序，整齊放好工件。
6．環(huán)形生產(chǎn)線
有兩臺變速電機(jī)、兩臺變頻器、兩臺步進(jìn)電機(jī)。完成生產(chǎn)流水運輸線，使小車循環(huán)運行。
三、柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)實訓(xùn)的功能
該系統(tǒng)是一套實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)備它涉及到，電力拖動、PLC、變頻器、傳感器、現(xiàn)場總線、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、氣動控制技術(shù)、和機(jī)械傳動技術(shù)等多項技術(shù)的綜合。為學(xué)生提供了課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、技能的提高。
1． 程序設(shè)計PLC
在PLC學(xué)習(xí)中按程序直接控制設(shè)備運動，觀查程序的可靠性，提高編程的技能。
（1）編程驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)的程序，按驅(qū)動的速度和變速的要求,進(jìn)行一維、兩維、三維的時
和實時控制。
（2）PLC與PLC之間的通信，PLC與變頻器之間的通信程序設(shè)計。
2．網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)的功能
該系統(tǒng)可以進(jìn)行CC—bbbb網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)，通過主站模塊與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)模塊實現(xiàn)CC—bbbb網(wǎng)絡(luò)之間的通信；還可通過變頻器通信模塊、傳感器通信模塊等實現(xiàn)PLC與變頻器、傳感器等的CC—bbbb通信。
用RS485進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)。系統(tǒng)可以通過FX2N—485—BD（3）模塊，實現(xiàn)PLC與PLC之間1：1和1：N的網(wǎng)絡(luò)通信，也可實現(xiàn)PLC與變頻器之間的485網(wǎng)絡(luò)通信。
3．實訓(xùn)操作臺
實訓(xùn)操作臺包括了各種控制電器、信息分布圖、信號源及輸出信號端子等（圖1）。能使學(xué)生較快的掌握系統(tǒng)控制點的布局，能很方便地進(jìn)行控制聯(lián)接、編程、調(diào)試的操作。
控制電器有計算機(jī)、FX2N-32MT的PLC、FX2N-16CCL-M通信模塊、RS485—BD模塊、變頻器等。
信息分布圖是與實物是對應(yīng)的信息點分布圖，信息分布圖標(biāo)出信息點的位置、功能、相互關(guān)系、信息類型，可使學(xué)生對該裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制元件的分布、元件的作用和聯(lián)接方式有較為直觀、形象、全面的了解，更有效地提高學(xué)習(xí)效率。
4．實訓(xùn)的功能
該系統(tǒng)是在實踐教學(xué)中具有創(chuàng)新思想下研制的教學(xué)系統(tǒng)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的設(shè)備。通過在本系統(tǒng)上的實訓(xùn)，使學(xué)生能將所學(xué)的相關(guān)知識和技能應(yīng)用到實際上可以與企業(yè)進(jìn)行直接對接。具有工程上設(shè)備的特點、又有教學(xué)的特點。是具有真實性、直觀性、多功能的教學(xué)設(shè)備。
(1) 該系統(tǒng)匯集了多相先進(jìn)技術(shù)，能完成幾十個實訓(xùn)項目。
(2) 具有工程設(shè)備的特點，是高水平的實訓(xùn)教學(xué)設(shè)備，操作方便，使用安全，維護(hù)簡便，可靠性高等
特點。
（3）系統(tǒng)采用CC—bbbb網(wǎng)絡(luò)組成系統(tǒng)，具有較好的人機(jī)界面，可以方便的進(jìn)行現(xiàn)場和遠(yuǎn)程的監(jiān)控。
結(jié)束語；本系統(tǒng)參了2006年國際高新成果技術(shù)交易會。受到與會的專家的認(rèn)同和贊賞，同時對企業(yè)
的技術(shù)改造有一定的借鑒。本系統(tǒng)已作為新型的教學(xué)設(shè)備推向市場，已有同行認(rèn)可，取得較好的市場定單。
參考文獻(xiàn)；
1．劉飛．先進(jìn)制造系統(tǒng) 北京 中國科學(xué)技術(shù)出版社2005（1）：264-266
2．中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件?？刂婆c通信總線CC-bbbb；北京中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005
3．三菱電機(jī)株式會社．FX系列特殊功能模塊用戶手冊．2004：8
本文標(biāo)簽：基于Fieldbus的柔性生產(chǎn)線實踐教學(xué)系統(tǒng)的研制
* 由于無法獲得聯(lián)系方式等原因，本網(wǎng)使用的文字及圖片的作品報酬未能及時支付，在此深表歉意，請《基于Fieldbus的柔性生產(chǎn)線實踐教學(xué)系統(tǒng)的研制》相關(guān)權(quán)利人與機(jī)電之家網(wǎng)取得聯(lián)系。
關(guān)于“基于Fieldbus的柔性生產(chǎn)線實踐教學(xué)系統(tǒng)的研制”的更多資訊
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
