1、项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程项目四项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程任务任务1 立体仓储单元的结构与工作流程立体仓储单元的结构与工作流程任务任务2 仓库搬运站单元的结构与工作流程仓库搬运站单元的结构与工作流程任务任务3 五轴搬运站机器人的结构与工作流程五轴搬运站机器人的结构与工作流程任务任务4 输送单元的结构与工作流程输送单元的结构与工作流程任务任务5 FANUC六关节机器人单元的结构与工作流程六关节机器人单元的结构与工作流程任务任务6 热处理加工单元的结构与工作流程热处理加工单元的结构与工作流程任务任务7 PROFIBUS-
2、DP网络应用网络应用项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程 任务任务1 立体仓储单元的结构与工作流程立体仓储单元的结构与工作流程项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程一、任务引入YL-268柔性制造系统由浙江亚龙科技有限公司设计生产。通过本任务的学习，将使读者了解和熟悉该系统的组成和工作原理，掌握出料仓储单元的结构和组成，以及控制编程方法。二、任务分析通过该任务的学习，应达到的知识与能力目标：(1)熟悉YL-268柔性制造系统的组成。(2)熟悉YL-268柔性制造系统的工作过程。(3)熟悉立体仓储单元的结构组成，掌握立体仓储单元的工作流程。(4)掌握小车的运行控制方法。项目四
3、柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程三、相关知识1.YL-268柔性制造系统的组成YL-268柔性制造系统由浙江亚龙科技有限公司设计生产。该装置的控制由14台PLC控制的单元组成，其中主站由一台S7-300 PLC组成，从站由S7-200 PLC组成，其组成框图如图4-1所示。主站是由S7-300 PLC和西门子WinCC flexible 触摸屏构成的双主站，用来控制12个从站的启动和停止。从站3、4和5对应立体仓库1、2和3，立体仓库1、2为入料仓库，立体仓库3为出料仓库。从站6为立体仓库搬运单元，主要工作是将工件从立体仓库3中取出放置在传送带上的托盘内，或者是将加工完成的成品工件或废件
4、放入到立体仓库1、2中。从站7、8和11为输送站，主要控制传送带的运行。从站9为5轴搬运机器人单元。主要工作是将金属工件搬运到铣床上进行加工，或者是将塑料工件搬运到钻床上进行加工；最后再将加工好的工件搬运到传送带上的托盘中。从站10为加工金属工件的铣床，及加工塑料工件的钻床。从站14为机器人搬运单元和工件比较单元，机器人将传送带上加工过的工件夹紧，放到视觉比较口中，将加工过的工件与电脑中存储的标准工件进行比较，当工件的相似率达到或超过设定值(如相似率到达85%)时，即判断工件合格；小于设定值，即判断工件不合格。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程从站13为热处理单元，主要是对比对合格
5、的金属工件进行加热处理，然后再进行冷却处理。从站12为装配单元，主要是对比对合格的塑料工件进行装配，装配是按工件颜色进行装配的，即白色小圆柱体与白色工件装配，蓝色小圆柱体与蓝色工件装配。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程2.YL-268柔性制造系统的工作原理1)系统启动系统运行包括单机、联机模式。单机、联机模式的切换只在停止状态有效。单机模式下，启动、停止、复位、急停命令均来自本地按钮盒；联机模式下，除急停命令外，其他命令只能来自主站按钮盒。设备单元处于就绪状态才可以启动。就绪状态是指各步进、伺服在原点位置、各汽缸处于初始状态、急停没有动作、没有运行、没有执行复位、没有故障等。系统
6、启动前，须清除各工位上的托盘或工件。2)系统停止单机模式下，如果给出停止命令，则必须完成本次周期工作后停止运行。联机模式下，从站的停止顺序按图4-2所示来实现。停止顺序由主站控制实现。从站只要接收到主站发已送过来的停止命令，完成本次工作周期后即可停止。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程联机情况，给出停止命令，各站响应情况如下：(1)立体仓库1、2、3和立体库搬运单元完成本周期的入库或出库工作后停止。(2)输送站1、3立即停止，电机停止，电磁铁复位。(3)输送站2的龙门单元完成本次周期工作后停止。(4)五轴搬运站完成本次工作周期后停止。(5)钻床、铣床站在五轴搬运站停止运行且完成本次
7、工作周期后停止。(6)装配加工、热处理站、机器人视觉完成本次工作周期后停止。3)系统复位系统复位包括上电复位(不是自动执行，而是按复位按钮后执行)、急停动作复位，其他情况不允许复位。有步进或伺服的设备站(立体仓库1、2、3和立体库搬运单元、五轴搬运、钻床、铣床、机器人视觉、热处理、装配加工、输送站2等站)以及输送站1上电后必须手动复位。输送站3无须上电复位。联机模式下，从站的复位顺序按图4-2来实现，复位顺序由主站控制实现。从站只要接受到主站放送过来的复位命令，就立即执行复位流程。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程4)急停复位在复位或运行时急停动作，各从站步进、伺服、变频器立即停止
8、，汽缸保持动作状态，电磁铁复位。急停按钮复位后，须按复位按钮执行复位操作，复位完成后才可以启动。各站的复位流程如下：(1)按位置按钮前先取下手爪夹紧的工件，以及工作平台上的工件或托盘。(2)按复位按钮，执行复位，使各机构回到初始状态。具体工作自己定义。四、任务实施1.仓储单元的组成及结构仓储单元由配电箱、堆垛机、高架立体库体、立体库台架等组成，如图4-3所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程配电箱上的按钮、指示灯名称和地址分配如表4-1所示。堆垛机由X轴行走引动器、Z轴升降引动器、Y轴提升平台托板伸缩机构组成，其结构如图4-4所示，图中1、2和3的含义如表4-2所示。项目四 柔性
9、制造系统各组成单元的结构与工作流程堆垛机X、Z轴的驱动步进电动机和X、Y、Z轴的行程开关如图4-5所示，图中各标号的含义如表4-3所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程堆垛机启动运行时，要回到原点位置，定位堆垛机原点位置是由X轴上的Y2-1-4引动器复位光电传感器和Z轴的Y2-2-4引动器复位光电传感器完成。其位置如图4-6、图4-7所示，图中各标号的含义如表4-4所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程2.仓储单元传感器的结构和工作原理1)限位行程开关的结构和工作原理图4-8为X轴、Z轴限位行程开关正常工作时的结构原理图，当引动器滑块上的撞块没有和行程开关的压片撞到
10、一起时，触点A与触点C导通(常闭触点)，触点A与触点B断开(常开触点)。当引动器滑块由于运行到终端而撞到行程开关压片时，由于引动器滑块上的撞块作用，行程开关上的压片下移，使舌头下移，最终触点A与触点B导通，触点A与触点C断开。动作原理如图4-9所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程2)光电传感器的工作原理图4-10为日本欧姆龙EE-SX674A光电传感器的外观图。其作用是定位X轴、Z轴引动器原点位置，当它们到达此处时便发出输出信号，同时发光二极管亮红灯。图4-11为光电传感器原理图，在端子的正负极上加DC24V电源，当被测物体在光电传感器两极之间时，遮挡住光线，光电传感器的输出端
11、子OUT便发出开关量信号。其动作原理如图4-12所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程3.仓储单元的工作流程系统复位后，将旋钮置于单机位置，可以在单机模式下运行。运行单机模式前，应确保机械手搬运单元的行车位置处于安全位置，即立体仓库单元小车行走不会与立体仓库搬运单元发生碰撞。在单机模式下，系统默认立体仓库单元小车行走不会与立体仓库搬运单元运动产生安全冲突。根据整个柔性生产系统的设定，可将某个立体仓库单元设定为出料或进料仓库(当前设定立体仓库单元1为出料仓库，单元2、3为入料仓库)。1)入料仓库工作流程入料仓库复位后PLC默认为空仓，进入单机模式后将自动循序入料。先自动将默认空盘放
12、置于转运仓位，通过转运仓位的光电传感器检测确认默认空盘上无料。如检测默认空盘上有料，修改仓库信息后自动将料盘返回原仓位，进行下一个空仓位入料；如检测确认默认空盘上无料，则等待人工置料，当检测空盘上被置有料时，自动将托盘置于原仓位并修改仓库信息，进行下一个空仓位入料。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程2)出料仓库工作流程出料仓库复位后PLC默认为满仓，进入单机模式后将自动循序出料到转运仓位，如遇空盘，修改仓库信息后循序搜索有托盘。若检测到转运仓位的料被取走，则自动将空盘返回原仓位，进行下一个仓位出料。3)运行注意事项(1)在设备正常自动运行时，务必不要人为碰触微动开关和将手伸入光电传
13、感器感应范围内，否则将使程序误判断导致设备不能正常运行，并且可能造成设备部件的永久性损坏。(2)在设备正常自动运行时，不允许人为碰触运动的机构，否则将导致设备不能正常运行，并且也可能造成设备部件的永久性损坏。(3)在设备正常自动运行时，没有发生故障的情况下，不要按急停按钮。(4)在设备运行不正常且即将或已经发生碰撞等直接影响到设备或人身安全的情况下，应立即按下急停开关以免故障扩大。(5)在手动模式下，提升平台托板处于伸出位置，进行提升平台的升降操作时，需特别注意托板与上下物料托盘之间的距离。(6)在手动模式下进行托板的伸缩操作时，应确保托板处于安全位置，才能进行伸出操作。项目四 柔性制造系统各
14、组成单元的结构与工作流程4.单机操作步骤1)上电之前(1)注意整个电气线路可能存在多余的部件致使出现短路的现象。(2)在仓库1(入库)、仓库2(入库)的仓库位置上放置物料托盘，在仓库3(出库)的仓库位置上放置物料托盘及物料。检查X轴及Y轴是否在限位范围之内，气压是否合适，没问题后才可以上电。2)上电后第一步(1)观察红色指示灯(电源指示灯)有没有亮，以确认系统有没有电。(2)急停按钮是否在旋开位置，在单机测试时单机/联机按钮是否打到单机位置或中间位置。(3)在出入库位置上是否有托盘，有则将其取下。(4)满足(1)、(2)、(3)三点后，当绿色指示灯以2 Hz的频率闪烁时可以按下复位按钮。3)系
15、统复位在按下复位按钮或有复位信号后有以下两点动作：(1)伸出汽缸在缩回位置，如果没有缩回则执行缩回操作。(2)汽缸缩回后X轴、Y轴执行回零操作；绿色指示灯以0.5 Hz的频率闪烁。复位完成后要满足以上两点，绿色指示灯灭，红色指示灯常亮。在复位动作中如果出现异常情况则可以按急停按钮进行立刻停止，在急停按钮按下或有急停信号的情况下绿色指示灯熄灭，黄色指示灯亮。在急停旋开后黄色指示灯熄灭，绿色指示灯以1 Hz的频率闪烁，这时可以再次按下复位按钮进行复位动作。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程4)系统的运行与停止在复位完成后，系统处于等待状态。单机状态：如果系统准备就绪，则绿色指示灯熄灭；
16、反之则绿色指示灯以1 Hz的频率闪烁。待系统就绪后，按下启动按钮，系统启动：(1)X轴、Y轴电机启动，托盘到达1#仓库位。(2)汽缸伸出，Y轴电机启动上升取料盘，汽缸缩回。(3)X轴、Y轴电机启动，托盘到达出入库位置。(4)汽缸伸出，Y轴电机启动下降放料盘，汽缸缩回。(5)将料盘上的物料取走(出库)，在PLC得到取料信号后，如果没有检测到托盘的信号则直接回到零点。(6)汽缸伸出，Y轴电机启动上升取托盘，汽缸缩回。(7)X轴、Y轴电机启动，托盘回到1#仓库位。(8)汽缸伸出，Y轴电机启动下降放料盘，汽缸缩回。(9)回到零点。回到零点后再执行#2，#3，#4，#16仓库位，执行完16个仓库位后，仓
17、库位数据清零，从1#仓库位开始继续执行。按下停止按钮，则系统在一个周期执行完成后停止，同时仓库位数据清零。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程5.联机操作步骤在联机状态下三个仓库的动作如下。1)从站3，立体仓库1(入料)系统就绪后绿色指示灯灭，主站按下启动按钮，系统启动，并执行以下步骤：(1)仓库进入等待状态，等待主站信号。(2)接收物料信号，进行库位选择：金属(#1，#2，#8仓库位)；废料(#9，#10，#16仓库位)。接收到托盘出库信号，立体仓库开始动作。(3)X轴、Y轴电机启动，托盘到达1#仓库位或9#仓库位(金属或废料)。(4)汽缸伸出，Y轴电机启动上升取料盘，汽缸缩回。(
18、5)X轴、Y轴电机启动，托盘到达出入库位置。(6)汽缸伸出，Y轴电机启动下降放料盘，汽缸缩回。(7)向托盘上放物料，在PLC得到物料信号后，等待入库信号，在接收到入库信号后进入下一步；如果没有检测到托盘的信号则直接进入步骤(3)，取下一个库位的托盘。(8)汽缸伸出，Y轴电机启动上升取料盘，汽缸缩回。(9)X轴、Y轴电机启动，托盘到达1#仓库位或9#仓库位(金属或废料)。(10)汽缸伸出，Y轴电机启动下降放料盘，汽缸缩回。(11)回到零点，进入步骤(1)并等待。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程两种物料其中一种执行完8个库位之后，若继续接收到该种物料的入库请求，则系统报警，整机停止。
19、按下停止按钮，则系统在一个周期执行完成后停止，同时仓库位数据清零。其运行流程如图4-13所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程2)从站4，立体仓库2(入料)系统就绪后绿色指示灯灭，主站按下启动按钮，系统启动，并执行以下步骤：(1)仓库进入等待状态，等待主站信号。(2)接收物料信号，进行库位选择：白料(#1，#2，#8仓库位)；蓝料(#9，#10，#16仓库位)。接收到托盘出库信号，立体仓库开始动作。(3)X轴、Y轴电机启动，到达1#位仓库或9#位仓库(白料或蓝料)。(4)汽缸伸出，Y轴电机启动上升取料盘，汽缸缩回。(5)X轴、Y轴电机启动，托盘到达出入库位置。(6)汽缸伸出，Y轴
20、电机启动下降放料盘，汽缸缩回。(7)如果没有检测到托盘的信号则直接进入步骤(3)，取下一个库位的托盘；如果检测到托盘信号则X轴电机启动，使取料钢盘回到安全位置。(8)向料盘上放物料，在PLC得到物料信号后，等待入库信号，在接收到入库信号后X轴电机启动，使取料钢盘到达出入库位置。(9)汽缸伸出，Y轴电机启动上升取料盘，汽缸缩回。(10)X轴、Y轴电机启动，托盘到达1#位仓库或9#位仓库(白料或蓝料)。(11)汽缸伸出，Y轴电机启动下降放料盘，汽缸缩回。(12)回到零点，进入步骤(1)并等待。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程两种物料其中一种执行完8个库位之后，若继续接收到该种物料的入
21、库请求，则系统报警，整机停止。按下停止按钮，则系统在一个周期执行完成后停止，同时仓库位数据清零。其运行流程如图4-13所示。3)从站5，立体仓库3(出料)系统就绪后绿色指示灯灭，主站按下启动按钮，系统启动，并执行以下步骤：(1)仓库进入等待状态，等待主站信号，接收到出库信号后，立体仓库开始动作。(2)X轴、Y轴电机启动，托盘到达1#位仓库。(3)汽缸伸出，Y轴电机启动上升取料盘，汽缸缩回。(4)X轴、Y轴电机启动，料盘到达出入库位置。(5)汽缸伸出，Y轴电机启动下降放料盘，汽缸缩回。(6)将托盘上的物料取走，在PLC得到取料信号后，延时3s进入下一步；如果没有检测到托盘的信号则直接进入步骤(2
22、)，取下一个库位的物料。(7)汽缸伸出，Y轴电机启动上升取料盘，汽缸缩回。(8)X轴、Y轴电机启动，托盘回到1#位仓库。(9)汽缸伸出，Y轴电机启动下降放料盘，汽缸缩回。(10)回到零点。回到零点后再执行仓库位#2，#3，#4，#16，执行完16个仓库位后，仓库位数据清零，从1#位仓库开始继续执行。按下停止按钮，则系统在一个周期执行完成后停止，同时仓库位数据清零。其运行流程如图4-13所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程6.控制与保护1)系统急停处理在机械运行的过程中如果出现故障，可以随时按下急停按钮进行紧急停止动作。在按下急停按钮后绿色指示灯熄灭，黄色指示灯亮。在旋开急停按钮
23、后系统保持原来的位置不变，绿色指示灯以1 Hz的频率闪烁。排除故障后，可以按下复位按钮进行复位动作。2)X、Z轴的控制及保护PLC两路PTO脉冲输出(Q0.0，Q0.1)及方向信号(Q0.2，Q0.3)分别通过两个步进驱动器来驱动X轴与Z轴步进电动机，以实现小车X轴前后定位及小车Z轴提升平台上下定位。两个槽型光耦分别提供X轴与Z轴的原点位置信号。在X轴及Z轴两端分别安装两个串联的微动开关，作为X轴及Z轴的限位保护。一旦发生越位，微动开关常闭接点断开，则继电器线圈失电，直接断开驱动器电源，同时继电器常开接点断开，输出限位信号至PLC，由PLC停止PTO脉冲输出。小车的X轴在程序内设定为必须确认Y
24、轴提升平台托板处于缩回位置才能移动。3)X、Z轴的坐标零点设定及复位出料仓库单元X、Z轴采用步进电动机开环控制。在实际应用中，步进电动机开环控制要实现定位控制，通常由光电传感器信号给定一个坐标零点，以此为基础通过控制PTO脉冲数来进行位置控制。在系统上电及故障恢复后，一般须对系统进行复位，重新找回定位控制坐标零点。必要时，为了消除可能的步进电动机开环控制的失步误差，应在程序正常运行过程中进行坐标零点校正。坐标零点位置设定须考虑工作流程、程序及安全等因素，且在系统进行复位时找零。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程 任务任务2 仓库搬运站单元的结构与工作流程仓库搬运站单元的结构与工作流
25、程项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程一、任务引入三轴龙门式搬运机器人由三个部分组成，即三轴龙门式机器人机构、机器人支架和控制箱。控制箱主要控制三轴龙门式搬运机器人的驱动电动机及气动阀等四个电气驱动，实现器件的龙门搬运。控制箱有相应的指示灯，以指示整机的运行状态。通过本任务的学习，使学生熟悉并掌握三轴龙门式搬运机器人的结构和工作流程。二、任务分析通过该任务的学习，应实现以下知识目标：(1)对整体控制系统有基本的了解。(2)认识三轴引动器、限位行程开关、光电传感器、驱动步进电动机的位置、安装、型号规格和作用。(3)熟悉三轴引动器、限位行程开关、光电传感器、驱动步进电动机的基本原理。项目
26、四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程三、相关知识1.三轴引动器的作用由三轴引动器组成的一台搬运机器人，其主要作用是将立体仓库出收货平台上的工件搬运到输送线上的工件托盘内，或将输送线上工件托盘内的成品搬运到立体仓库出收货平台上。2三轴引动器的工作原理三轴是指X、Y、Z三个方向各设置一台引动器来满足搬运过程中的位置要求，三轴引动器的结构如图4-14所示，各标注说明如表4-5所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程(1)X轴引动器的功能。X轴引动器的功能是将抓取机械手(以下简称机械手)从立体仓库一侧运行到输送线(A)一侧，或将机械手从输送线(A)一侧运行到立体仓库一侧。(2)Y轴引
27、动器的功能。由于设置了三台立体仓库(源料库、成品库、废品库)，其出收货平台与Y轴垂直摆放。输送线(A)上有两个工件托盘停放点，并沿Y轴摆放。Y轴引动器的功能是驱动机械手沿Y轴作直线定位运行，从而使机械手能够准确地到达规定的位置进行抓取或释放操作。(3)Z轴引动器的功能。Z轴引动器上安装了工件抓取机械手，用于抓紧工件(或释放工件)。Z轴引动器是垂直安装的，其作用是：使机械手及工件能够在垂直方向上下移动，从而使工件在垂直方向上脱离托盘或进入托盘，即完成对工件的提起或放下两个动作的操作。综合以上三点，X、Y轴引动器用于机械手在水平方向上的精确定位，Z轴引动器则完成对工件提起或放下的操作。气动机械手爪
28、完成对工件抓紧或释放的操作。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程3.亚龙三轴龙门式搬运机器人的机构1)Y轴引动器械机构说明如图4-15所示，Y轴引动器安装在步进电机输出轴上的齿轮与固定在支架上的齿条相啮合，而步进电动机通过其安装支架与Y轴引动器大溜板连接在一起，当齿轮跟随步进电动机的输出轴一起旋转时，由于齿轮与齿条的啮合作用，齿轮将沿旋转方向作直线移动，并使步进电动机、支架及大溜板跟其一起在导轨引导下沿Y轴作直线移动。Y轴引动器的配置说明如表4-6所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程2)X轴引动器机构说明通过图4-16和表4-7可知，X轴引动器采用步进电动机进行驱动，
29、同步轮驱动同步带进行传动，开口型直线滑轨作为移动引导，组成了一个沿X轴方向进行往复移动的引动器。X轴引动器机构的标注说明如表4-7所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程3)Z轴引动器机构说明图4-17为Z轴引动器机构图，表4-8为Z轴引动器机构说明。从图4-17可知，Z轴引动器由步进电动机驱动，滚珠丝杆传动，光杆导轨引导，形成一套引动器，并上装气动机械手指，完成对工件抓紧提升、放下、释放等操作。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程Z轴引动器机构标注说明如表4-8所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程滚珠丝杆(F
30、NW1404-402)技术参数如表4-9所示。4)步进驱动器Z轴采用Kinco 2M412步进驱动器，其特点如下：(1)供电电压最大可达直流40V。(2)采用双极性恒流驱动方式，最大驱动电流可达每相1.2A，可驱动电流小于1.2A的任何两相双极型混合式步进电机。(3)对于电机的驱动输出相电流可通过DIP开关调整，以配合不同规格的电机。(4)具有DIP开关可设定电机静态锁紧状态下的自动半流功能，可以大大降低电机的发热。(5)采用专用驱动控制芯片，具有最高可达256/200的细分功能，细分可以通过DIP开关设定，能提供最好的运行平稳性能。(6)控制信号的输入电路采用光耦器件进行隔离，从而降低了外部
31、噪声的干扰。X轴采用Kinco 2M530步进驱动器，其供电电压为直流2448V，输出相电流为1.23.5A。Y轴采用Kinco 2M860步进驱动器，其供电电压为直流2480V，输出相电流为2.56.0A。Z轴采用Kinco 2M412步进驱动器，其外形和典型接线图如图4-18所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程Kinco 2M412步进驱动器规格参数如表4-10所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程在图4-18所示驱动器的顶部有一个红色的八位DIP功能设定开关，可以用来设定驱动器的工作方式和工作参数，但在更改拨码开关的设定之前一定要断开电源。DIP开关的正视图
32、如图4-19所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程DIP开关功能说明如表4-11所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程4.亚龙三轴龙门式搬运机器人控制箱亚龙三轴龙门式搬运机器人控制箱平面图如图4-20、图4-21所示，各标注说明如表4-12所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程四、任务实施1.控制要求本任务要求控制X轴、Y轴的单轴运动。2.任务要求和目的(1)遵守实验室规则，注意人身安全和设备安全。(2)熟悉控制配电箱的配置。(3)预习和掌握各运行程序。(4)通过实验，掌握三轴龙门式搬运机器人的单轴运动原理
33、和控制方法。3.任务实施1)控制配电箱的配置根据本系统对三轴龙门式搬运机构的定位精度要求，采用步进电动机开环控制。搬运机纵向行走机构采用两相步进电动机2S86Q-3080，配套驱动器2M860。机械手横向移动采用两相步进电动机2S56Q-2976，配套驱动器2M530。机械手垂直升降采用两相步进电动机2S42Q-2940，配套驱动器2M412。电气主控制器选用西门子PLC CPU226 DC/DC/DC。CPU226 DC/DC/DC提供Q0.0和Q0.1两路脉冲输出，以驱动横向与纵向步进电动机实现机械手的平面双轴定位。外加CPU222 DC/DC/DC提供Q0.0一路脉冲输出，以驱动Z轴步进
34、电动机实现机械手的垂直升降定位。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程接近开关TL-M2ME1提供搬运机构纵向行走的零坐标位置信号，两个槽型光耦分别提供机械手横向移动及垂直升降的零坐标位置信号，在搬运机构纵向行走和机械手横向移动及机械手垂直升降导轨两端分别各安装两个串联的微动开关，作为搬运机构纵向行走及机械手横向移动的越位保护。一旦发生越位，微动开关常闭接点断开，则继电器线圈失电而直接断开驱动器电源，同时继电器常开接点断开，输出一个负逻辑的越位信号至PLC，由PLC停止PTO脉冲输出。2)X轴运行程序程序设计使用STEP 7-Micro/WIN软件向导生成的PTO脉冲控制子程序，控制X
35、轴行走，运行一小段距离。具体步骤如下：(1)打开STEP 7-Micro/WIN软件，新建一个项目。点击工具菜单中的位控向导项，弹出“位置控制向导”窗口，如图4-22所示，选择“配置S7-200 PLC内置PTO/PWM操作”，点击“下一步”按钮。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程(2)如图4-23所示，选择“Q0.0”，点击“下一步”按钮。(3)如图4-24所示，选择“线性脉冲串输出(PTO)”，点击“下一步”按钮。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程(4)如图4-25所示，MAX_SPEED设定为“5000”脉冲/s，MIN_PEED设定为“500”脉冲/s，SS_S
36、PEED设定为“500”脉冲/s，点击“下一步”按钮。(5)加减速时间设定。如图4-26所示，加减速时间为默认值，点击“下一步”按钮。(6)定义包络。如图4-27所示，增加一个新运动包络，点击“是(Y)”按钮。(7)运动包络定义。如图4-28所示，目标速度设定为“3000”脉冲/s，结束位置为“6400”脉冲，再点击“绘制包络”按钮，然后点击“确认”按钮。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程(8)配置子程序存储区地址。如图4-29所示，选择默认地址，点击“下一步”按钮。(9)生成子程序。如图4-30所示，点击“完成”按钮。(10)现在软件已经自动生成PTO脉冲控制子程序：PTO0_C
37、TRL、PTO0_RUN、PTO0_MAN子程序及PTO0_DATA数据块。数据块如图4-31所示，子程序如图4-32所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程(11)程序设计。在主程序中调用控制子程序PTO0_CTRL及运行包络子程序PTO0_RUN，如图4-33所示。PTO0_CTRL子程序一直使能，PTO0_RUN子程序由单机/联机开关使能。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程(12)输入脉冲方向控制及指示灯控制梯形图，如图4-34所示。X轴运行程序至此编写完成，保存此程序。3)Y轴运行程序新建一个项目，用STEP 7-Micro/WIN软件位置控制向导生成PTO脉冲
38、控制子程序，与X轴运行程序基本相同。脉冲输出点选择Q0.1，MAX_SPEED设定为5000脉冲/s，MIN_SPEED设定为500脉冲/s，SS_SPEED设定为500脉冲/s，脉冲方向控制输出点改为Q0.3。4)Z轴运行程序Z轴运行程序也与X轴运行程序基本相同，只不过Z轴PTO脉冲由PLC CPU222的Q0.0输出，Q0.2作为方向控制输出点。Z轴PTO脉冲控制子程序的各输入参数通过PLC CPU226的输出(I/O通信)实现。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程(1)新建一个PLC CPU222项目，用STEP 7-Micro/WIN软件位置控制向导生成PTO脉冲控制子程序。
39、与X轴运行程序基本相同，脉冲输出点选择Q0.0，MAX_SPEED设定为5000脉冲/s，MIN_SPEED设定为500脉冲/s，SS_SPEED设定为500脉冲/s，脉冲方向控制输出点改为Q0.2。PLC CPU222脉冲控制程序如图4-35所示。(2)新建一个PLC CPU226项目。PLC CPU226脉冲控制程序如图4-36所示。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程4.运行调试1)X轴的控制和运行X轴的控制和运行步骤如下：(1)在控制箱断电的情况下，慢慢手动将搬运机器人手爪机构推至X轴(横向)中间位置。(2)运行STEP 7-Micro/WIN软件，打开X轴运行程序。用通信线
40、将PC与PLC226建立通信，清除PLC226内容。编译后下载程序，将PLC置于运行模式。(3)将单机/联机转换开关置于正确位置，绿灯亮。PTO0_RUN子程序已经使能。(4)按下启动按钮，并松开，搬运机器人手爪机构沿X轴行走一段距离停止。(5)按下复位按钮，并松开，可以观察到黄灯由灭到亮或由亮到灭，说明脉冲方向控制已经改变。(6)再次按下启动按钮，并松开。搬运机器人沿X轴反方向行走一段距离停止。(7)Y轴的控制和运行实验完成，退出STEP 7-Micro/WIN软件，断开电源。2)Y轴的控制和运行Y轴的控制和运行步骤如下：(1)在控制箱断电的情况下，慢慢手动将搬运机器人机构推至Y轴(行走)中
41、间位置，并保证三个立体仓库单元的小车处于安全位置，不致阻碍搬运机器人机构的行走。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程(2)运行STEP 7-Micro/WIN软件，打开Y轴运行程序。用通信线将PC与PLC226建立通信，清除PLC226内容。编译后下载程序，将PLC置于运行模式。(3)将单机/联机转换开关置于正确位置，绿灯亮。PTO0_RUN子程序已经使能。(4)按下启动按钮，并松开，搬运机器人沿Y轴行走一段距离停止。(5)按下复位按钮，并松开，可以观察到黄灯由灭到亮或由亮到灭，说明脉冲方向控制已经改变。(6)再次按下启动按钮，并松开，龙门式搬运机器人沿Y轴反方向行走一段距离停止。(
42、7)Y轴的控制和运行实验完成，退出STEP 7-Micro/WIN软件，断开电源。3)Z轴的控制和运行Z轴的控制和运行步骤如下：(1)在控制箱断电的情况下，慢慢手动将搬运机器人手爪机构推至Z轴(垂直)中间位置。(2)运行STEP 7-Micro/WIN软件，打开Z轴PLC224运行程序。用通信线将PC与PLC224建立通信，清除PLC222内容。编译后下载程序，将PLC置于运行模式。(3)打开Z轴PLC226运行程序。用通信线将PC与PLC226建立通信，清除PLC226内容。编译后下载程序，将PLC置于运行模式。(4)将单机/联机转换开关置于正确位置，绿灯亮。PTO0_RUN子程序已经使能。
43、(5)按下启动按钮，并松开，搬运机器人手爪机构沿Z轴垂直升降一段距离停止。(6)按下复位按钮，并松开，可以观察到黄灯由灭到亮或由亮到灭，说明脉冲方向控制已经改变。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程(7)再次按下启动按钮，并松开，搬运机器人沿Z轴垂直反方向升降一段距离停止。(8)Z轴的控制和运行实验完成，退出STEP 7-Micro/WIN软件，断开电源。5控制与保护1)上电之前(1)注意整个电气线路可能存在多余的部件致使出现短路的现象。(2)在放料台上是否有物料存在，Z轴、X轴、Y轴是否在工作范围以内，气压是否合适，确认没问题后可以上电。2)上电后第一步(1)观察红色指示灯有没有亮
44、，确认系统有没有电。(2)急停按钮是否在旋开位置，在单机测试时，单机/联机按钮是否打到单机位置。(3)满足(1)、(2)两点后，黄色指示灯没有亮起，绿色指示灯以2 Hz的频率闪烁时可以按下复位按钮。3)系统复位系统在按下复位按钮或有复位信号后有以下动作：(1)Z轴、X轴、Y轴顺序回零。(2)夹紧汽缸在松开位；绿色指示灯以0.5 Hz的频率闪烁。(3)复位完成后要满足以上两点，绿色指示灯和黄色指示灯熄灭，红色指示灯常亮。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程(4)在复位动作中如果出现异常情况可以按急停按钮进行立刻停止，在急停按钮按下或有急停信号的情况下绿色指示灯熄灭，黄色指示灯亮。在急停
45、按钮旋开后黄色指示灯熄灭，绿色指示灯以1 Hz的频率闪烁，这时可以再次按下复位按钮进行复位。4)系统的运行与停止在复位完成后，系统处于等待状态。(1)单机状态：如果系统就绪则绿色指示灯熄灭；反之，绿色指示灯以1 Hz的频率闪烁。待系统就绪后，按下启动按钮，Y轴移动到库3；再按下启动按钮，手爪到库3去夹取物料；再按下启动按钮，手爪将物料放到运输站1信号位上的运料小车上；最后再按下启动按钮，Z轴、X轴、Y轴顺序回零，本周期结束。(2)联机状态：如果系统就绪则绿色指示灯熄灭；反之，绿色指示灯以0.5Hz的频率闪烁。如果收到出库信号，则系统动作同单机状态；当收到入库信号时，X轴上升一定位置，然后Y轴移
46、动到库2，接着手爪将放置在运输站9信号位运料小车上的物料夹取，如果是好料则移动到库2等待位，坏料和金属料则移动到库1等待位；当收到入库信号时，将物料放至相应库位的托盘上；如果入的是库1，则Z轴、X轴、Y轴顺序回零，并且在X轴回零完成的同时发送一个信号给库1使其入库；如果入的是库2，则Z轴、X轴顺序回零，并且在X轴回零完成的同时发送一个信号给库2使其入库，待库2入库完成信号发过来后，Y轴才能回零。如果在这个过程中没有停止信号，则循环运作；如果有停止信号，则本周期结束后停止运行。5)系统急停处理在机械运行的过程中如果出现故障，则可以随时按下急停按钮进行一个紧急停止动作。在按下急停按钮后绿色指示灯熄
47、灭，黄色指示灯亮。在旋开急停按钮后，系统保持原来的位置不变，绿色指示灯以1 Hz的频率闪烁。待排除故障后可以按下复位按钮进行复位。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程 任务任务3 五轴搬运站机器人的结构与工作流程五轴搬运站机器人的结构与工作流程项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程一、任务引入五轴搬运站机器人的主要工作是将要进行加工的工件在传送带上夹紧，并将金属工件搬运到铣床上进行加工，或者是将塑料工件搬运到钻床上进行加工，最后再将加工好的工件搬运到传送带上的托盘中。通过实训，使学生熟悉并掌握五轴搬运站机器人的结构和工作流程。二、任务分析通过该任务的学习，应实现以下知识目标：
48、(1)对整体的控制系统有基本的了解。(2)通过实训熟悉工业机器人各个轴动作、限位行程开关、光电传感器、驱动步进电动机的基本原理、规格型号、安装位置和作用。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程三、相关知识1.五轴搬运站机器人五轴搬运站机器人的机械手主要功能是将传送带上的工件搬运到加工机床上进行加工，等加工完成后再将加工机床上的工件搬运回传送带上。五轴搬运站机器人具有五个轴，对应五个运动方向，其中J1、J2为伸缩轴和上下运动轴(由步进电动机控制)；J3为旋转轴(0220)，J4轴为前后移动轴，J3、J4由直流电机控制；J5轴为左右移动轴，由步进电动机控制。其结构如图4-37所示。项目四
49、柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程2.五轴搬运站机器人的结构如图4-38所示，P1-1为J1轴直线执行器；P1-2为J2轴直线执行器；P1-3为J3轴旋转执行器；P2-1为J4轴直线执行器；P2-2为J5轴直线执行器。(1)J1轴直线执行器。如图4-39所示，P1-1-1为步进电机；P1-1-2为左限位行程开关，P1-1-3为电缆支架，P1-1-4为固定块，P1-1-5为滚珠丝杠，P1-1-6为光杆导轨，P1-1-7为右限位行程开关，P1-1-8为气动手指。项目四 柔性制造系统各组成单元的结构与工作流程(2)J2轴直线执行器。如图4-40所示，P1-2-1为步进电机；P1-2-2为上限位行
50、程开关，P1-2-3为行程开关撞块，P1-2-4为直线执行器滑块，P1-2-5为光杆导轨，P1-2-6为滚珠丝杠。(3)J3轴旋转执行器。如图4-41所示，P1-3-1为直流减速电机，P1-3-2为旋转码盘，P1-3-3为旋转执行器底座，P1-3-4为读码光电传感器，P1-3-5为执行器逆时针旋转限位行程开关，P1-3-6为执行器顺时针旋转限位行程开关。J3轴旋转执行器的传动剖面图如图4-42所示，P1-3-8为平面轴承；P1-3-9为从动齿轮支撑架；P1-3-10为从动齿轮，齿轮的模数M=1.5，齿数Z=80；P1-3-11为从动齿轮，采用轴向轴承；P1-3-12为主动齿轮，M=1.5，Z=
