實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目一計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用范例任務(wù)一軸承去磁與清洗計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的總體情況任務(wù)二DM-100型去磁機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)任務(wù)三BCM-1400型清洗機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)任務(wù)四軸承去磁與清洗計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)與流程習(xí)題一

實(shí)訓(xùn)目的和意義

本項(xiàng)目主要介紹軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線的總體情況和重要應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生以小組合作的形式,按照自動(dòng)化生產(chǎn)線安全操作的規(guī)程,裝配主控柜電氣控制系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人端持器(夾抓)系統(tǒng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的能力,鍛煉學(xué)生初步以自動(dòng)控制模式完成軸承去磁與清洗任務(wù)的能力。

實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目功能簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目首先介紹PLC控制、視覺傳感器、工業(yè)機(jī)器人和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)在軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用。然后,在安全生產(chǎn)的前提下,引領(lǐng)學(xué)生以自動(dòng)模式(低速運(yùn)動(dòng))實(shí)現(xiàn)PLC基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)生產(chǎn)工序、工業(yè)機(jī)器人借助視覺技術(shù)轉(zhuǎn)運(yùn)軸承以及去磁機(jī)和清洗機(jī)自動(dòng)完成軸承去磁與清洗的生產(chǎn)流程,如圖1-1所示。圖1-1-基于計(jì)算機(jī)控制的軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線

實(shí)訓(xùn)崗位能力目標(biāo)

(1)能按照安全生產(chǎn)操作規(guī)程,正確檢查并記錄生產(chǎn)線中電氣系統(tǒng)的安全接地情況、機(jī)械系統(tǒng)的使用情況以及工業(yè)機(jī)器人工作空間的設(shè)置情況。

(2)能正確理解去磁機(jī)和清洗機(jī)的工作原理與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,熟悉工業(yè)機(jī)器人在PLC和視覺系統(tǒng)配合下完成軸承去磁與清洗的工作流程。

(3)能準(zhǔn)確設(shè)定OMRON(歐姆龍)視覺系統(tǒng)的拍照流程,并合理配置生產(chǎn)線的初始狀態(tài)。

(4)具備小組合作、自主實(shí)現(xiàn)(安全速度配置)機(jī)器人完成軸承去磁與清洗的能力。

任務(wù)一軸承去磁與清洗計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的總體情況

任務(wù)目標(biāo)(1)熟悉軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線中計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況;(2)了解自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)去磁與清洗任務(wù)的軸承產(chǎn)品的分類情況;(3)掌握自動(dòng)化生產(chǎn)線完成軸承去磁與清洗任務(wù)的必要性。

子任務(wù)1-PLC及嵌入式控制技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC及嵌入式控制技術(shù)的應(yīng)用有效提升了軸承生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。西門子S7-300PLC(型號(hào)為314C－2PN/DP)、S7-200SMARTPLC(型號(hào)為SR40)及MCGS監(jiān)控觸摸屏組成軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線的主控系統(tǒng),其中,MGGS是Monitor&ControlGeneratedSystem的縮寫,即“監(jiān)督控制組態(tài)系統(tǒng)”。圖1-2所示為主控柜內(nèi)的PLC控制系統(tǒng),圖1-3所示為MCGS監(jiān)控觸摸屏的應(yīng)用。圖1-2主控柜內(nèi)的PLC控制系統(tǒng)圖1-3MCGS監(jiān)控觸摸屏的應(yīng)用

1.西門子S7-300PLC(型號(hào)為314C－2PN/DP)的應(yīng)用

(1)S7-300PLC利用“PUT”指令,將由MCGS監(jiān)控觸摸屏輸入的手動(dòng)或自動(dòng)控制指令下達(dá)給SR40PLC。

(2)S7-300PLC利用“GET”指令,采集軸承去磁與清洗流程中各傳感器和各設(shè)備的工作狀態(tài),并將其準(zhǔn)確顯示在CGS監(jiān)控觸摸屏上,以便技術(shù)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控軸承自動(dòng)去磁與清洗的生產(chǎn)過程。

(3)S7-300PLC實(shí)時(shí)在線,保持與ESTUN機(jī)器人之間的I/O通信,有效協(xié)助機(jī)器人完成軸承的搬運(yùn)與放置任務(wù)。

2.S7-200SMARTPLC(型號(hào)為SR40)的應(yīng)用

(1)S7-200PLC實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)去磁機(jī)上光纖漫反射傳感器的反饋信號(hào)(I0.4和I0.5),并且循環(huán)掃描生產(chǎn)線各設(shè)備的有效輸入和輸出信號(hào),可以以手動(dòng)或自動(dòng)模式控制軸承去磁與清洗的操作。

(2)S7-200PLC可以有效驅(qū)動(dòng)去磁機(jī)和清洗機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行。

3.MCGS監(jiān)控觸摸屏的應(yīng)用

(1)通過MCGS監(jiān)控觸摸屏,可以有效選擇系統(tǒng)的手動(dòng)或自動(dòng)模式,該觸摸屏上的按鈕可以實(shí)現(xiàn)去磁機(jī)和清洗機(jī)等設(shè)備的手動(dòng)控制。

(2)MCGS監(jiān)控觸摸屏可以有效顯示系統(tǒng)中各設(shè)備的工作狀態(tài)。

子任務(wù)2智能視覺技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

去磁機(jī)的出口位置安裝有如圖1-4和圖1-5所示的OMRON視覺系統(tǒng),在軸承去磁完畢并且停穩(wěn)后,視覺系統(tǒng)通過拍照分析軸承停穩(wěn)位置的坐標(biāo),輔助機(jī)器人對(duì)軸承完成定位圖1-4OMRON智能視覺系統(tǒng)圖1-5OMRON視覺系統(tǒng)對(duì)軸承的定位

1.FH1050視覺控制器的應(yīng)用

FH1050視覺控制器與ESTUN機(jī)器人CPU模塊之間保持EtherCAT(工業(yè)以太網(wǎng))通信,該視覺控制器得到機(jī)器人的觸發(fā)拍照指令后,可以觸發(fā)相機(jī)完成拍照,并將軸承工件的定位信息回傳給機(jī)器人控制系統(tǒng)。

2.OMRON照相機(jī)和鏡頭組合的應(yīng)用

OMRONFZ－S2M黑白照相機(jī)和3Z4S－LESV－0814V鏡頭的組合,可以對(duì)去磁機(jī)出口處300mm×300mm正方形區(qū)域(有效視野)內(nèi)停留的軸承進(jìn)行200萬像素的拍照,然后將照片對(duì)應(yīng)的數(shù)字量信息直接傳遞給現(xiàn)場(chǎng)的照相機(jī)控制器FH1050,進(jìn)行后期處理。

子任務(wù)3工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

自動(dòng)化生產(chǎn)線中,ESTUNER10－1600型六軸工業(yè)機(jī)器人可以代替人力在去磁與清洗工位間完成軸承轉(zhuǎn)運(yùn)。機(jī)器人按照一定的生產(chǎn)節(jié)拍,完成軸承工件的抓取、搬運(yùn)和放置等工作,如圖1-6和圖1-7所示。圖1-6工業(yè)機(jī)器人抓取去磁完畢的軸承圖1-7機(jī)器人放置清洗完畢的軸承

1.ESTUNER10－1600型六軸工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

ESTUNER10－1600型六軸工業(yè)機(jī)器人具備串聯(lián)六軸結(jié)構(gòu),擁有六個(gè)自由度(DOF),其作業(yè)半徑約為1600mm,可以對(duì)質(zhì)量在10kg以內(nèi)的軸承工件實(shí)施有效的抓取、搬運(yùn)和放置等操作,其重復(fù)定位精度為0.02mm,滿足軸承去磁和清洗工藝的要求。

2.ESTUN工業(yè)機(jī)器人端持器(氣動(dòng)三瓣夾抓)的設(shè)計(jì)

軸承工件的輪廓是圓形的,且具備一定的厚度和質(zhì)量。機(jī)器人的端持器———?dú)鈩?dòng)三瓣夾抓在空間360°范圍內(nèi)均勻分布,每120°就有一瓣手指分擔(dān)軸承正常的質(zhì)量,如圖1-8和圖1-9所示。圖1-8機(jī)器人三瓣夾抓穩(wěn)定地抓取軸承圖1-9機(jī)器人夾抓平穩(wěn)地搬運(yùn)軸承工件

子任務(wù)4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線中,S7-300PLC(型號(hào)為314C2PN/DP)、S7-200SMARTPLC(型號(hào)為SR40)、MCGS監(jiān)控觸摸屏、機(jī)器人示教器、機(jī)器人CPU模塊及工業(yè)照相機(jī)控制器共計(jì)六臺(tái)設(shè)備各自分配有IP地址,這些設(shè)備的IP地址歸納見表1-1。

子任務(wù)5自動(dòng)去磁與清洗的軸承

軸承是機(jī)械或機(jī)電設(shè)備中重要的零部件,它的主要功能是支撐機(jī)械轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng),降低轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中的摩擦系數(shù),保證其回轉(zhuǎn)精度。

在生產(chǎn)和生活中,常見的數(shù)控機(jī)床、高鐵客車、高精度軋機(jī)及空調(diào)主機(jī)等設(shè)備的動(dòng)力機(jī)構(gòu)(旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu))都廣泛采用了如圖1-10和圖1-11所示的調(diào)心球軸承和圓錐滾子軸承,以實(shí)現(xiàn)高精度、高速度和高水平的運(yùn)動(dòng)控制效果。圖1-10調(diào)心球軸承1209圖1-11-圓錐滾子軸承32216

1.自動(dòng)去磁與清洗的軸承型號(hào)

工業(yè)機(jī)器人軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線主要對(duì)三種規(guī)格的軸承工件進(jìn)行去磁和清洗操作,它們分別是調(diào)心球軸承1209、圓錐滾子軸承32216和深溝球軸承220。這三種規(guī)格

軸承工件的詳細(xì)參數(shù)見表1-2,主要包括軸承的內(nèi)徑d、外徑D、厚度B及質(zhì)量M。(注意:有些場(chǎng)合直接將軸承的質(zhì)量稱為重量。)

2.軸承制造與加工中去磁環(huán)節(jié)的必要性

(1)軸承是支撐機(jī)械轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的重要部件,我們要求軸承具備較高且較均勻的硬度、耐磨性和彈性,因此大多數(shù)軸承采用高碳鉻剛(含碳量WC≈1%,含鉻量WCr≈1.5%)制成,這樣一來,軸承在制造與加工過程中很有可能存在剩磁。

(2)初步完成加工的軸承,其內(nèi)部剩余磁場(chǎng)的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度用Brm來表示,一般情況下,Brm∈[0.1Gs,0.36Gs],雖然軸承內(nèi)部的剩余磁場(chǎng)比較微弱,但仍可能導(dǎo)致軸承的滾動(dòng)體表面吸附直徑約為幾百微米的微小金屬雜質(zhì)。

(3)DM-100型去磁機(jī)所產(chǎn)生的磁場(chǎng),可以先統(tǒng)一軸承工件中剩余磁場(chǎng)的磁力線方向,然后利用“遠(yuǎn)離法”,逐步消除軸承工件中的剩磁,去磁完畢的軸承可以進(jìn)入清洗環(huán)節(jié)。

3.軸承制造與加工中的清洗

軸承主要由內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)體組成,其各組成部件的潔凈度對(duì)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的運(yùn)轉(zhuǎn)精度、速度和平穩(wěn)度等動(dòng)態(tài)性能參數(shù)會(huì)有很大的影響。

需要注意的是,超聲波清洗的細(xì)膩程度優(yōu)于噴淋清洗。

(1)軸承超聲波清洗:軸承超聲波清洗即利用超聲波產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化作用及振動(dòng)將軸承工件表面的污垢剝離脫落,同時(shí)還可將油脂性的污物分解、乳化。

(2)軸承噴淋清洗:軸承噴淋清洗即利用環(huán)保型水基清洗液,對(duì)旋轉(zhuǎn)的軸承進(jìn)行噴淋清洗,去除軸承工件表面的污垢和油脂等污物。

任務(wù)二DM-100型去磁機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

任務(wù)目標(biāo)(1)熟悉DM-100型去磁機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理;(2)掌握DM-100型去磁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案;(3)掌握DM-100型去磁機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

子任務(wù)1-DM-100型去磁機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

DM-100型去磁機(jī)主要包括傳送機(jī)構(gòu)和去磁機(jī)構(gòu)兩部分。傳送機(jī)構(gòu)由傳送電機(jī)和傳送帶組成,負(fù)責(zé)由上料起點(diǎn)到去磁終點(diǎn)傳送,如圖1-12所示。去磁機(jī)構(gòu)由鐵芯和電磁線圈組成,分布在傳送帶中央上、下兩側(cè),負(fù)責(zé)產(chǎn)生沿傳送帶呈指數(shù)函數(shù)分布的交變磁場(chǎng),如圖1-13所示。它滿足了對(duì)軸承工件先充磁(統(tǒng)一剩磁場(chǎng)方向)、后去磁的工作要求。圖1-12DM-100型去磁機(jī)外形(正面)圖1-13DM-100型去磁機(jī)外形(背面)

1.DM-100型去磁機(jī)的結(jié)構(gòu)

DM-100型去磁機(jī)屬于三相用電設(shè)備(380V供電),其正常工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)磁場(chǎng)。當(dāng)去磁機(jī)正常上電時(shí),該設(shè)備利用傳送帶中央上方和下方的電磁機(jī)構(gòu)(鐵芯和相應(yīng)線圈)產(chǎn)生中間強(qiáng)且兩邊弱(呈指數(shù)函數(shù)分布)的交變磁場(chǎng),如圖1-14所示。圖1-14DM-100型去磁機(jī)———電磁機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)圖(正面觀察)

(1)去磁機(jī)電磁鐵芯:0.3mm厚的冷軋硅鋼片壓制成電磁機(jī)構(gòu)鐵芯,電磁線圈均勻分布于其兩側(cè),鐵芯裝置為交變磁場(chǎng)提供磁力線回路。

(2)去磁機(jī)電磁線圈:電磁線圈由漆包線纏繞而成,電磁線圈中流過交流電流時(shí),在去磁機(jī)傳送帶上方和下方會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中間強(qiáng)、兩側(cè)弱,且呈指數(shù)函數(shù)衰減的交變磁場(chǎng),用于軸承工件的去磁操作。

(3)去磁機(jī)磁感應(yīng)強(qiáng)度:去磁機(jī)交變磁場(chǎng)可以磁化其有效范圍內(nèi)的鐵磁性材料,DM-100型去磁機(jī)傳送帶中央?yún)^(qū)域電磁機(jī)構(gòu)正下方的最高磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)800Gs(高斯)。注意:磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B有兩個(gè)常用單位,即特斯拉(T)和高斯(Gs),二者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下:

(4)“遠(yuǎn)離法”去磁:去磁機(jī)上電后,產(chǎn)生一個(gè)沿著傳送帶先呈指數(shù)函數(shù)增強(qiáng)趨勢(shì),然后呈指數(shù)函數(shù)衰減趨勢(shì)分布的磁場(chǎng),當(dāng)傳送帶帶動(dòng)軸承工件由上料起點(diǎn)行至去磁機(jī)中央時(shí),由于外部磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B迅速增加,軸承內(nèi)部剩磁場(chǎng)的磁力線方向得到統(tǒng)一,當(dāng)傳送帶帶動(dòng)軸承工件由去磁機(jī)中央行至去磁終點(diǎn)時(shí),由于外部磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B迅速減小,軸承內(nèi)部剩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B趨近于零,從而達(dá)到“遠(yuǎn)離法”去磁的效果。

2.DM-100型去磁機(jī)的工作原理

在DM-100型去磁機(jī)中,電磁機(jī)構(gòu)的最大工作電流Idmax=100A,此時(shí),去磁機(jī)傳送機(jī)構(gòu)中心區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度B達(dá)到最大值Bdmax=800Gs。

1)去磁機(jī)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的計(jì)算

通常情況下,去磁機(jī)電磁機(jī)構(gòu)的額定工作電流

IDM-∈[20A,80A],這樣可以保證軸承工件最佳的去磁效果。若IDM-=80A,根據(jù)以下公式推導(dǎo):

由式(1.2)可得出,去磁機(jī)傳送機(jī)構(gòu)中心區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度

BDM-∈[160Gs,640Gs]。

2)去磁磁場(chǎng)的分布

以去磁機(jī)電磁機(jī)構(gòu)的額定工作電流IDM-=50A為例,去磁機(jī)傳送機(jī)構(gòu)中心區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度BDM-=400Gs(0.04T),如圖1-15所示。

從DM-100型去磁機(jī)正面觀察,左側(cè)充磁區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bdl隨工件逐漸靠近中心區(qū)域呈指數(shù)函數(shù)增強(qiáng)趨勢(shì),左側(cè)充磁區(qū)的總長(zhǎng)度為1125mm,如式(1.3)所示,其中任意一點(diǎn)坐標(biāo)x∈[-1125mm,0mm],x點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bdl(x)滿足:

從DM-100型去磁機(jī)正面觀察,右側(cè)去磁區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bdr隨工件逐漸遠(yuǎn)離中心區(qū)域呈指數(shù)函數(shù)衰減趨勢(shì),右側(cè)去磁區(qū)的總長(zhǎng)度為1125mm,如式(1.4)所示,其中任意一點(diǎn)坐標(biāo)x∈[0mm,1125mm],x點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bdr(x)滿足:

注意:我們同時(shí)參考圖1-14和圖1-15,從去磁機(jī)正面觀察,其傳送帶左半部分為充磁區(qū),對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度用Bdr(x)表示,而傳送帶右半部分為去磁區(qū),對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度用Bdr(x)表示。

去磁機(jī)可細(xì)分為九個(gè)工作區(qū)域,如圖1-15所示。x軸上Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→0五個(gè)區(qū)域?yàn)槿ゴ艡C(jī)左側(cè)的充磁區(qū),從去磁機(jī)上料起點(diǎn)出發(fā),隨著傳送帶自左向右運(yùn)行,該區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度Bdr(x)呈指數(shù)函數(shù)增強(qiáng)趨勢(shì),即Bdr(x)呈現(xiàn)E→D→C→B→A的五級(jí)分段式階梯增長(zhǎng)趨勢(shì),且0區(qū)為去磁機(jī)中心區(qū)域,其磁感應(yīng)強(qiáng)度Bdm0=400Gs(對(duì)應(yīng)的IDM-=50A)。隨著去磁機(jī)充磁區(qū)磁感應(yīng)強(qiáng)度逐步增強(qiáng),軸承內(nèi)部剩磁場(chǎng)的磁力線方向得到統(tǒng)一。圖1-15去磁機(jī)———電磁機(jī)構(gòu)磁感應(yīng)強(qiáng)度Bd(x)的分布圖

當(dāng)去磁機(jī)工作電流IDM-=50A時(shí),DM-100型去磁機(jī)的九個(gè)區(qū)段分別對(duì)應(yīng)交變磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度Bdl(x)的指數(shù)階梯增長(zhǎng)和Bdr(x)的指數(shù)階梯衰減,去磁機(jī)額定工作狀態(tài)下的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bd(x)分區(qū)見表1-3。通常,我們將軸承上料檢測(cè)光纖傳感器安裝在去磁機(jī)Ⅰ區(qū),將軸承去磁到位檢測(cè)光纖傳感器安裝在去磁機(jī)Ⅷ區(qū),形成軸承去磁過程的閉環(huán)控制。

子任務(wù)2DM-100型去磁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

當(dāng)我們從去磁機(jī)背面觀察,軸承工件通常由去磁機(jī)入口處上料,運(yùn)送到去磁機(jī)出口處去磁完畢,DM-100型去磁機(jī)傳送帶右半部分為充磁區(qū),而左半部分為去磁區(qū)。當(dāng)人工裝配軸承完成時(shí),軸承會(huì)從圖1-16所示的傳送帶右半部分入口處(上料起點(diǎn))進(jìn)入充磁區(qū)。此時(shí),圖1-16中去磁機(jī)入口處的1#光纖漫反射傳感器(1#亮點(diǎn))可有效檢測(cè)軸承進(jìn)入的信號(hào),進(jìn)而通過PLCSR40控制傳送帶的自動(dòng)啟動(dòng)和去磁過程的自動(dòng)運(yùn)行。圖1-16去磁機(jī)入口(1#光纖檢測(cè))

同理,當(dāng)軸承完成去磁時(shí),軸承被傳送帶運(yùn)送到去磁機(jī)的出口處,如圖1-17所示。圖1-17去磁機(jī)出口(2#光纖檢測(cè))

1.傳送帶自動(dòng)啟動(dòng)和去磁過程自動(dòng)開啟

西門子S7-200SMARTSR40(24DI/16DO)是控制去磁過程自動(dòng)開啟的現(xiàn)場(chǎng)控制器。當(dāng)充磁區(qū)的1#光纖漫反射傳感器檢測(cè)到有軸承進(jìn)入時(shí),SR40輸入端子I0.4=1(24V),形成閉環(huán)反饋后,西門子PLCSR40通過運(yùn)行內(nèi)部程序,觸發(fā)其輸出端子Q0.0=Q0.1=1(24V)。進(jìn)而,SR40通過外部中間繼電器KA1(傳送帶繼電器)和KA2(去磁繼電器)線圈得電,控制傳送帶自動(dòng)啟動(dòng)和去磁過程自動(dòng)開啟,如圖1-18所示。圖1-18傳送帶自動(dòng)啟動(dòng)和去磁過程自動(dòng)開啟的流程

2.傳送帶自動(dòng)停車和去磁過程自動(dòng)停止

西門子S7-200SMARTSR40(24DI/16DO)是控制去磁過程自動(dòng)停止的現(xiàn)場(chǎng)控制器。當(dāng)去磁區(qū)的2#光纖漫反射傳感器檢測(cè)到有軸承去磁到位時(shí),SR40輸入端子I0.5=1(24V),形成閉環(huán)反饋后,西門子PLCSR40通過運(yùn)行內(nèi)部程序,觸發(fā)其輸出端子Q0.0=Q0.1=0(0V)。進(jìn)而,SR40通過外部中間繼電器KA1(傳送帶繼電器)和KA2(去磁繼電器)線圈失電,控制傳送帶自動(dòng)停車和去磁過程自動(dòng)停止,如圖1-19所示。圖1-19傳送帶自動(dòng)停車和去磁過程自動(dòng)停止的流程

3.S7-200SMARTSR40PLC對(duì)去磁過程的I/O配置

為有效檢測(cè)軸承的“上料完成”和“去磁到位”信號(hào),SR40PLC為現(xiàn)場(chǎng)去磁過程的1#和2#光纖漫反射傳感器、傳送帶手動(dòng)/自動(dòng)啟停、去磁手動(dòng)/自動(dòng)啟停等數(shù)字量信號(hào)逐一分配了I/O點(diǎn),其I/O配置見表1-4。

4.S7-200SMARTSR40PLC對(duì)去磁操作的控制流程

當(dāng)軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線主控柜上電時(shí),主控設(shè)備西門子S7-300314C2PN/DPPLC和現(xiàn)場(chǎng)控制器S7-200SMARTSR40PLC均處于上電狀態(tài),如圖1-20所示。此時(shí),可以詳細(xì)檢查各PLC的運(yùn)行狀態(tài)和通信狀態(tài)。圖1-20SR40PLC對(duì)去磁操作的控制流程

子任務(wù)3DM-100型去磁機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

DM-100型去磁機(jī)是三相交流(U、V、W)用電設(shè)備,其名稱代號(hào)中的“DM”來自英文單詞“Demagnetizing”,譯為“去磁”;其名稱代號(hào)中的“100”表示該去磁機(jī)的最大去磁工作電流為100A。

DM-100型去磁機(jī)主要由傳送機(jī)構(gòu)和去磁機(jī)構(gòu)組成。其傳送機(jī)構(gòu)應(yīng)用三相交流異步電機(jī)M(配以減速器)拖動(dòng)傳送帶運(yùn)行,為軸承去磁提供傳送動(dòng)力。其去磁機(jī)構(gòu)通常使用AC380V/[20A,80A]的交流電產(chǎn)生交變磁場(chǎng),通過“遠(yuǎn)離法”使軸承有效去磁。

1.DM-100型去磁機(jī)傳送機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

DM-100型去磁機(jī)的傳送機(jī)構(gòu)使用YS90L41.5kW的三相交流異步電機(jī)M(配以減速器)作為動(dòng)力裝置,拖動(dòng)傳送帶水平運(yùn)行。圖1-21為去磁機(jī)傳送機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)原理圖。注意:QF1為系統(tǒng)總空開,QF2為傳送機(jī)構(gòu)空開,KM1為傳送電機(jī)M主電路的接觸器。

圖1-21-DM-100型去磁機(jī)———傳送機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

(1)手動(dòng)模式:采用旋鈕SA1手動(dòng)控制M的單向啟停運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)自動(dòng)模式:SR40PLC通過執(zhí)行其內(nèi)部自動(dòng)控制子程序,控制繼電器KA1的常開觸點(diǎn)閉合或斷開,從而有效控制去磁機(jī)中傳送電機(jī)M的單向啟停運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)傳送帶對(duì)軸承的平穩(wěn)輸送。

2.DM-100型去磁機(jī)傳送機(jī)構(gòu)的電氣操作流程

(1)生產(chǎn)線主控柜安全接地檢查完成后,閉合斷路器QF1和QF2,按下控制柜門上對(duì)應(yīng)的綠色按鈕(帶指示燈),當(dāng)按鈕綠色指示燈亮起時(shí),表明系統(tǒng)主電路接通,此時(shí)去磁機(jī)傳送機(jī)構(gòu)的電源已經(jīng)安全接入。

(2)人工裝配軸承完成后,將軸承平穩(wěn)推送到去磁機(jī)入口處,當(dāng)1#光纖漫反射傳感器檢測(cè)到軸承上料完成時(shí),S7-200SMARTSR40PLC的輸入端子I0.4=1(24V),執(zhí)行PLC自動(dòng)控制子程序后,SR40PLC的輸出端子Q0.0=1(24V),外部中間繼電器KA1線圈得電,其常開觸點(diǎn)KA1閉合。

(3)隨著繼電器KA1常開觸點(diǎn)閉合,接觸器KM1線圈得電,主電路中接觸器KM1的主觸點(diǎn)隨即閉合,傳送帶電機(jī)M得電,傳送帶拖動(dòng)軸承進(jìn)入去磁過程。

(4)當(dāng)軸承去磁結(jié)束時(shí),2#光纖漫反射傳感器檢測(cè)到軸承去磁到位,S7-200SMARTSR40PLC的輸入端子I0.5=1(24V),執(zhí)行PLC程序后,SR40PLC的輸出端子Q0.0=0(0V),外部中間繼電器KA1線圈失電,其常開觸點(diǎn)KA1斷開復(fù)位,傳送帶電機(jī)M停車,去磁傳送過程結(jié)束。

3.DM-100型去磁機(jī)電磁機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

DM-100型去磁機(jī)的電磁機(jī)構(gòu)采用電磁線圈L通電,然后與該機(jī)構(gòu)鐵芯通過電磁感應(yīng)生成交變的電磁場(chǎng),利用“遠(yuǎn)離法”對(duì)軸承實(shí)施去磁。如圖1-22所示,該去磁機(jī)的電磁機(jī)構(gòu)主要包括去磁控制電路、門極控制電路和去磁觸發(fā)電路三部分。圖1-22DM-100型去磁機(jī)———電磁機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

(1)手動(dòng)模式:采用按鈕SB2手動(dòng)控制去磁機(jī)電磁機(jī)構(gòu)的工作。

(2)自動(dòng)模式:SR40PLC通過執(zhí)行內(nèi)部程序,控制繼電器KA2的常開觸點(diǎn)閉合或斷開,從而有效控制去磁機(jī)電磁機(jī)構(gòu)的得、失電,實(shí)現(xiàn)軸承工件去磁操作的自動(dòng)控制。

4.DM-100型去磁機(jī)電磁機(jī)構(gòu)的電氣操作流程

(1)去磁機(jī)電磁機(jī)構(gòu)安全接地檢查完成后,閉合斷路器QF1和QF3,接通去磁機(jī)電磁機(jī)構(gòu)的AC380V電源,同時(shí)確保按下控制柜門上的綠色按鈕(帶指示燈),當(dāng)按鈕的綠色指示燈亮起時(shí),表明系統(tǒng)主電路接通,此時(shí)去磁機(jī)電磁機(jī)構(gòu)的電源已經(jīng)安全接入。

(2)人工裝配軸承完成后,當(dāng)1#光纖漫反射傳感器檢測(cè)到軸承上料完成時(shí),S7-200SMARTSR40PLC的輸入端子I0.4=1(24V),執(zhí)行PLC程序后,SR40PLC的輸出端子

Q0.1=1(24V),外部中間繼電器KA2線圈得電,其常開觸點(diǎn)KA2閉合。

(3)隨著繼電器KA2常開觸點(diǎn)閉合,接觸器KM2線圈得電,門極控制電路中接觸器KM2的主觸點(diǎn)隨即閉合,門極觸發(fā)電路AP01的G1和G2端子輸出有效,去磁觸發(fā)電路中的電力電子晶閘管VT1和VT2雙向?qū)?去磁機(jī)電磁線圈L得電,去磁機(jī)完成軸承工件的去磁操作。

(4)軸承去磁結(jié)束時(shí),2#光纖漫反射傳感器檢測(cè)到軸承去磁到位后,S7-200SMARTSR40PLC的輸入端子I0.5=1(24V),執(zhí)行PLC程序后,SR40PLC的輸出端子Q0.1=0(0V),外部中間繼電器KA2線圈失電,其常開觸點(diǎn)KA2斷開復(fù)位,去磁機(jī)電磁線圈L失電,去磁過程結(jié)束。

任務(wù)三BCM-1400型清洗機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

任務(wù)目標(biāo)(1)熟悉BCM-1400型清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理;(2)掌握BCM-1400型清洗機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案;(3)掌握BCM-1400型清洗機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

子任務(wù)1-BCM-1400型清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

軸承工件在機(jī)械加工和裝配過程中,其表面往往都附著有微小固體顆粒雜質(zhì)或有機(jī)污物,因此為提高軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度,延長(zhǎng)其使用壽命,一般使用環(huán)保型水基弱堿性清洗液對(duì)軸承進(jìn)行噴淋清洗。

1.BCM-1400型清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)

BCM-1400型清洗機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和噴淋機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由三相變頻電機(jī)M3和清洗平臺(tái)(也稱為旋轉(zhuǎn)平臺(tái))組成,如圖1-23所示。圖1-23BCM-1400型清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)

BCM-1400型清洗機(jī)的清洗平臺(tái)采用三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),如圖1-24所示。圖1-24清洗平臺(tái)的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.BCM-1400型清洗機(jī)的工作原理

由于BCM-1400型清洗機(jī)采用小型三相變頻器(VFD)驅(qū)動(dòng)清洗平臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3(YS80240.75kW)的連續(xù)旋轉(zhuǎn),因此,清洗平臺(tái)可以獲得較為滿意的轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度,以保證軸承工件清洗的質(zhì)量,BCM-1400型清洗機(jī)的工作原理圖如圖1-25所示。圖1-25BCM-1400型清洗機(jī)的工作原理圖

1)清洗平臺(tái)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)

軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線中,BCM-1400型清洗機(jī)的變頻器(VFD)可以根據(jù)軸承清洗過程對(duì)旋轉(zhuǎn)速度的需要,輸出f(K)∈[1Hz,50Hz]的三相電壓(U、V、W)信號(hào),驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3連續(xù)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)M3的旋轉(zhuǎn)速度n(K)與其定子繞組中施加的電源頻率f(K)之間的關(guān)系滿足以下公式:

式中:f(K)和n(K)分別表示系統(tǒng)在第K個(gè)采樣周期里,變頻電機(jī)M3定子繞組的電源頻率和此頻率下M3的轉(zhuǎn)速,明顯可以看出f(K)和n(K)呈正比;p表示電機(jī)M3的磁極對(duì)數(shù),本項(xiàng)目中p=2;sN表示電機(jī)M3的額定轉(zhuǎn)差率,本項(xiàng)目中sN=6.7%。變頻電機(jī)M3的常用性能參數(shù)見表1-5。

2)清洗平臺(tái)輸出轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)

按照實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的要求,BCM-1400型清洗機(jī)三層結(jié)構(gòu)的清洗平臺(tái)可支持三種規(guī)格型號(hào)的軸承工件完成噴淋清洗任務(wù)。

若旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3定子電源的頻率f2(K)=5Hz,此時(shí)其產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩Tem(K)與定子繞組電壓U(K)之間滿足如下公式:

一般情況下,旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩TN(K)∈[0.6,0.8]Tem(K)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3針對(duì)不同規(guī)格型號(hào)的軸承,在定子電壓和輸出轉(zhuǎn)矩方面進(jìn)行的微調(diào)整見表1-6。

子任務(wù)2BCM-1400型清洗機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

當(dāng)ESTUN機(jī)器人在清洗平臺(tái)上平穩(wěn)放置軸承后(如圖1-26所示),其向主控PLCS7-300314C2PN/DP發(fā)送“放置軸承完畢”的有效反饋信號(hào)(I/O信號(hào)),主控PLCS7-300與S7-200SMARTSR40PLC之間通過S7協(xié)議通信,命令SR40控制現(xiàn)場(chǎng)的清洗設(shè)備完成軸承工件的清洗,如圖1-27所示。圖1-26清洗平臺(tái)上平穩(wěn)放置軸承圖1-27軸承清洗完畢

1.水泵自動(dòng)啟動(dòng)和清洗平臺(tái)自動(dòng)開啟

控制系統(tǒng)中S7-300314C2PN/DPPLC是主站,S7-200SMARTSR40PLC是從站,下位機(jī)SR40負(fù)責(zé)直接控制自動(dòng)清洗過程中水泵和清洗平臺(tái)的開啟,如圖1-28所示。圖1-28水泵自動(dòng)啟動(dòng)和清洗平臺(tái)自動(dòng)開啟的流程

(1)當(dāng)ESTUN機(jī)器人(ER10-1600)抓取軸承平穩(wěn)放置在清洗平臺(tái)上后,機(jī)器人主控柜內(nèi)CPU模塊右側(cè)的I/O擴(kuò)展模塊中的數(shù)字量輸出端子DO17=1(24V),這意味著機(jī)器人將“軸承已平穩(wěn)放置”的信息反饋給主控PLCS7-300314C2PN/DP。

(2)S7-300PLC通過“PUT指令”,命令PLCSR40啟動(dòng)軸承的自動(dòng)清洗操作。

(3)PLCSR40通過運(yùn)行其內(nèi)部程序,觸發(fā)其輸出端子Q0.2=Q0.3=1(24V),進(jìn)而觸發(fā)外部中間繼電器KA3和KA4同時(shí)得電。

(4)清洗水泵電機(jī)M2和清洗平臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3同時(shí)得電,系統(tǒng)進(jìn)入定時(shí)時(shí)長(zhǎng)為10s的自動(dòng)清洗流程,直至清洗操作完畢。

2.水泵自動(dòng)停止和清洗平臺(tái)自動(dòng)停車

控制系統(tǒng)中,軸承的自動(dòng)清洗過程依靠S7-200SMARTSR40PLC內(nèi)部的定時(shí)器T37自動(dòng)計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)。一般情況下,軸承工件的清洗時(shí)間設(shè)定為10s,當(dāng)清洗操作結(jié)束時(shí),

SR40PLC自動(dòng)關(guān)斷清洗水泵電機(jī)M2和清洗平臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3,如圖1-29所示。圖1-29水泵自動(dòng)停止和清洗平臺(tái)自動(dòng)停車的流程

(1)當(dāng)下位機(jī)SR40PLC啟動(dòng)自動(dòng)清洗操作時(shí),會(huì)同步觸發(fā)SR40內(nèi)部的通電延時(shí)定時(shí)器T37(T37的定時(shí)時(shí)長(zhǎng)為10s),這樣一來,清洗平臺(tái)旋轉(zhuǎn)且噴淋系統(tǒng)清洗軸承工件的時(shí)長(zhǎng)剛好設(shè)定為10s。

(2)S7-300通過“GET指令”,將生產(chǎn)線中軸承的自動(dòng)清洗狀態(tài),準(zhǔn)確顯示在MCGS觸摸屏上,用于現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備狀態(tài)的檢查。

(3)當(dāng)定時(shí)器T37定時(shí)時(shí)間一到,其常閉點(diǎn)切斷了輸出端子Q0.2和Q0.3的得電回路,SR40輸出端子Q0.2=Q0.3=0(0V),進(jìn)而觸發(fā)外部中間繼電器KA3和KA4失電,此時(shí)軸承工件自動(dòng)清洗操作結(jié)束。

(4)從站SR40PLC通過S7通信協(xié)議,向主站S7-300PLC反饋關(guān)于自動(dòng)清洗完畢的信息,以便控制系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)生產(chǎn)流程。

3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)清洗生產(chǎn)過程的I/O配置

為有效檢測(cè)ESTUN機(jī)器人對(duì)軸承的“平穩(wěn)放置”信號(hào),并有效實(shí)現(xiàn)下位機(jī)S7-200SMARTSR40PLC對(duì)自動(dòng)清洗過程的控制,我們針對(duì)ESTUN機(jī)器人數(shù)字量輸出、S7-300數(shù)字量輸入、清洗水泵電機(jī)M2和清洗平臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3的啟停狀態(tài)等數(shù)字量信號(hào)逐一分配了I/O點(diǎn),其I/O配置見表1-7。

4.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)清洗操作的控制流程

當(dāng)軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線主控柜上電時(shí),在S7協(xié)議的支持下,西門子S7-300314C2PN/DPPLC、

S7-200SMARTSR40PLC、MCGS觸摸屏和編程計(jì)算機(jī)之間可以通過交換機(jī)實(shí)現(xiàn)TCP/IP通信(工業(yè)以太網(wǎng)通信),如圖1-30所示。圖1-30計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)清洗操作的控制流程

(1)西門子S7-300314C2PN/DPPLC的數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊與ESTUN機(jī)器人的數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊之間保持I/O通信,當(dāng)機(jī)器人側(cè)DO17=1,且S7-300側(cè)I136.0=1時(shí),機(jī)器人將軸承工件平穩(wěn)放置于清洗平臺(tái)上,且對(duì)S7-300形成有效反饋。

(2)S7-300PLC通過“PUT指令”,將其內(nèi)部位寄存器P#DB10.DBX20.5的有效值“1”賦予SR40PLC內(nèi)部變量寄存器區(qū)的V0.5位,從而同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)清洗水泵電機(jī)M2和清洗平臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3。

(3)通過S7-200SMARTSR40PLC的通電延時(shí)定時(shí)器T37,將自動(dòng)清洗過程的定時(shí)時(shí)長(zhǎng)設(shè)為10s。一般情況下,軸承以低速旋轉(zhuǎn)的方式完成清洗操作。

(4)當(dāng)軸承自動(dòng)清洗完成后,SR40PLC內(nèi)部變量寄存器區(qū)的V20.6=1(高電平持續(xù)2s),S7-300PLC通過“GET指令”,將SR40PLC中V20.6的有效值“1”讀回,并將該有效值賦予S7-300PLC內(nèi)部位寄存器P#DB11.DBX20.6。

(5)主控PLCS7-300通知ESTUN機(jī)器人:軸承工件自動(dòng)清洗操作已經(jīng)完畢,機(jī)器人可以重新回到清洗平臺(tái)表面,將軸承工件抓取并搬運(yùn)到半成品放置處。

子任務(wù)3BCM-1400型清洗機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

軸承清洗是軸承加工與生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié),軸承工件清洗的質(zhì)量直接決定軸承在工程應(yīng)用中的品質(zhì)。BCM－1400型清洗機(jī)采用噴淋的方式對(duì)清洗平臺(tái)上沿軸心旋轉(zhuǎn)的軸

承工件實(shí)施高效的清洗操作。

BCM-1400型清洗機(jī)主要由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和噴淋機(jī)構(gòu)組成。其旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中,旋轉(zhuǎn)平臺(tái)拖動(dòng)不同規(guī)格型號(hào)的軸承以合適的速度自轉(zhuǎn),以獲取最佳的清洗效果。

1.BCM-1400型清洗機(jī)噴淋機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

BCM-1400型清洗機(jī)的噴淋機(jī)構(gòu)使用YS80140.55kW的三相交流異步電機(jī)M2作為動(dòng)力裝置,驅(qū)動(dòng)水泵工作。圖1-31-為清洗機(jī)噴淋機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)原理圖。注意:QF4為清洗機(jī)電控系統(tǒng)總空開,QF5為噴淋機(jī)構(gòu)空開,KM3為水泵電機(jī)M2主電路的接觸器。圖1-31-BCM-1400型清洗機(jī)———噴淋機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

(1)手動(dòng)模式:采用旋鈕SA2手動(dòng)控制水泵電機(jī)M2的單向啟停運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)自動(dòng)模式:SR40PLC通過執(zhí)行內(nèi)部程序,控制繼電器KA3的常開觸點(diǎn)閉合或斷開,從而有效控制清洗機(jī)噴淋機(jī)構(gòu)中水泵電機(jī)M2的單向啟停運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)對(duì)清洗液的自動(dòng)加壓。

2.BCM-1400型清洗機(jī)噴淋機(jī)構(gòu)的電氣操作流程

(1)生產(chǎn)線主控柜安全接地檢查完成后,閉合斷路器QF4和QF5,按下控制柜門上對(duì)應(yīng)的綠色按鈕(帶指示燈),當(dāng)按鈕的綠色指示燈亮起時(shí),表明系統(tǒng)主電路接通,此時(shí)清洗機(jī)———噴淋機(jī)構(gòu)的電源已經(jīng)安全接入。

(2)確認(rèn)清洗機(jī)的噴淋機(jī)構(gòu)處于自動(dòng)狀態(tài),當(dāng)軸承平穩(wěn)放置在清洗平臺(tái)上后,工業(yè)機(jī)器人將此狀態(tài)(DO17=1)有效反饋給S7-300PLC,隨后通過執(zhí)行S7-300PLC和SR40PLC內(nèi)部的通信與控制程序,SR40PLC的輸出端子Q0.2=1(24V),外部中間繼電器KA3線圈得電,其常開觸點(diǎn)KA3閉合。

(3)隨著繼電器KA3常開觸點(diǎn)閉合,接觸器KM3線圈得電,主電路中接觸器KM3的主觸點(diǎn)隨即閉合,水泵電機(jī)M2得電工作,清洗機(jī)噴頭噴出清洗液,執(zhí)行清洗任務(wù)。

(4)當(dāng)軸承清洗操作定時(shí)10s結(jié)束時(shí),噴頭停止噴清洗液,通過執(zhí)行SR40PLC內(nèi)部的程序,使得SR40PLC中變量寄存器區(qū)的V20.6=1(24V持續(xù)2s)。

(5)S7-300PLC通過“GET指令”讀取SR40PLC內(nèi)部V20.6=1的狀態(tài),進(jìn)而將其自身內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位P#DB11.DBX20.6的狀態(tài)置為“1”。

(6)通過運(yùn)行S7-300PLC內(nèi)部的程序,S7-300數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊中的輸出端子DO136.1=1,S7-300PLC通知機(jī)器人:軸承清洗已完畢,可再次抓取軸承完成涂油操作。

3.BCM-1400型清洗機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

BCM-1400型清洗機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使用YS80240.75kW的三相交流異步電機(jī)M3作為動(dòng)力裝置,驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)工作。圖1-32為清洗機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)原理圖。注意:QF4為清洗機(jī)電控系統(tǒng)總空開,QF6為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)空開,KM4為旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3主電路的接觸器。圖1-32BCM-1400型清洗機(jī)———旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

(1)手動(dòng)模式:采用旋鈕SA3手動(dòng)控制變頻器(VFD)的啟制動(dòng),令其輸出端子U(24)、V(25)和W(26)輸出特定頻率的三相電壓信號(hào),從而有效控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3的單向啟停運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)自動(dòng)模式:SR40PLC通過執(zhí)行內(nèi)部程序,控制繼電器KA4的常開觸點(diǎn)閉合或斷開,從而有效控制變頻器(VFD)根據(jù)軸承負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,以適當(dāng)?shù)念l率f(K)輸出三相電壓信號(hào)U(K),驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3平滑啟制動(dòng),實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的自動(dòng)控制。

4.BCM-1400型清洗機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的電氣操作流程

(1)首先檢查生產(chǎn)線主控柜電氣接地是否安全,其次確認(rèn)清洗平臺(tái)上沒有其他未清洗的軸承工件,最后閉合斷路器QF4和QF6,按下控制柜門上對(duì)應(yīng)的綠色按鈕(帶指示燈),當(dāng)按鈕綠色指示燈亮起時(shí),表明系統(tǒng)主電路接通,此時(shí)清洗機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的電源已經(jīng)安全接入。

(2)確認(rèn)清洗機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)處于自動(dòng)狀態(tài),當(dāng)軸承平穩(wěn)放置在清洗平臺(tái)上后,機(jī)器人將此狀態(tài)有效反饋給S7-300PLC,通過執(zhí)行S7-300PLC和SR40PLC內(nèi)部的程序,SR40PLC的輸出端子Q0.3=1(24V),外部中間繼電器KA4線圈得電,其常開觸點(diǎn)KA4閉合。

(3)隨著繼電器KA4常開觸點(diǎn)閉合,接觸器KM4線圈得電,主電路中接觸器KM4的主觸點(diǎn)隨即閉合,旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3得電工作,旋轉(zhuǎn)平臺(tái)拖動(dòng)軸承工件以安全的速度自轉(zhuǎn),執(zhí)行清洗任務(wù)。

(4)當(dāng)軸承清洗操作定時(shí)10s結(jié)束時(shí),旋轉(zhuǎn)電機(jī)停車,通過執(zhí)行SR40PLC內(nèi)部的程序,使得SR40PLC中變量寄存器區(qū)的V20.6=1(24V持續(xù)2s)。

(5)S7-300PLC通過“GET指令”讀取與SR40PLC內(nèi)部V20.6對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位P#DB1.DBX20.6的狀態(tài),進(jìn)而將其內(nèi)部數(shù)據(jù)塊GET[DB11]中存儲(chǔ)位P#DB11.DBX20.6的狀態(tài)置為“1”(與噴淋機(jī)構(gòu)同步)。

(6)在S7-300PLC內(nèi)部的程序中,數(shù)據(jù)位P#DB11.DBX20.6的狀態(tài)直接映射給予輸出端子DO136.1,當(dāng)DO136.1=1時(shí),軸承清洗完畢,機(jī)器人可再次抓取軸承完成涂油操作。

任務(wù)四軸承去磁與清洗計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)與流程

任務(wù)目標(biāo)(1)熟悉軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線的組態(tài)與功能;(2)掌握軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線的工作流程。

工業(yè)機(jī)器人軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線主要應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、PLC技術(shù)、智能視覺技術(shù)、嵌入式技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成軸承工件的自動(dòng)去磁、自動(dòng)清洗、搬運(yùn)及放置等任

務(wù)。該生產(chǎn)線主要包括五大自動(dòng)控制系統(tǒng)和兩個(gè)操作工位,如圖1-33所示。主控PLCS7-300通過高效的調(diào)度,使機(jī)器人以合理的節(jié)拍進(jìn)行軸承的去磁與清洗生產(chǎn)。圖1-33軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線的組態(tài)與通信

子任務(wù)1-軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線的組態(tài)與功能

1.PLC主控系統(tǒng)的組成與功能

工業(yè)機(jī)器人軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線的PLC主控系統(tǒng)主要包括西門子S7-300314C2PN/DPPLC、

S7-200SMARTSR40PLC、MCGS觸摸屏和編程計(jì)算機(jī)等。以上控制器之間可以通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)TCP/IP通信,如圖1-33所示。

(1)S7-300314C2PN/DPPLC主要裝載通信及部分I/O控制指令,并主要負(fù)責(zé)準(zhǔn)確收集生產(chǎn)線各設(shè)備的狀態(tài)信息、傳送“手/自動(dòng)切換”控制指令、保障PLC與機(jī)器人之間的I/O通信。

(2)S7-200SMARTSR40PLC主要裝載軸承工件去磁和清洗的主程序、手動(dòng)控制子程序和自動(dòng)控制子程序,主要負(fù)責(zé)軸承工件的自動(dòng)檢測(cè)、去磁和清洗操作。

(3)MCGS觸摸屏作為嵌入式控制系統(tǒng)主要裝載系統(tǒng)手動(dòng)控制的子程序,并主要負(fù)責(zé)工業(yè)機(jī)器人軸承去磁與清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線的“手/自動(dòng)切換”控制、手動(dòng)控制指令輸出以及系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的顯示。

2.工業(yè)機(jī)器人視覺系統(tǒng)的組成與功能

工業(yè)機(jī)器人視覺系統(tǒng)負(fù)責(zé)精確分析軸承停穩(wěn)之后的位置信息,該視覺系統(tǒng)主要包括OMRONFH1050型視覺控制器(視覺系統(tǒng)主機(jī))、FZS2M型黑白照相機(jī)(200萬像素)、3Z4SLESV0814V型鏡頭(有效視野為300mm×300mm)等器件,如圖1-33所示。

(1)當(dāng)去磁機(jī)對(duì)軸承工件完成去磁操作時(shí),軸承工件會(huì)直接停在去磁機(jī)傳送帶末端有效視野為300mm×300mm的方形區(qū)域內(nèi),然后S7-300PLC和ESTUN工業(yè)機(jī)器人會(huì)觸發(fā)視覺系統(tǒng)拍照,OMRONFH1050型視覺控制器可以直接對(duì)軸承位置圖片進(jìn)行處理,提取軸承工件在傳送帶表面沿x軸和y軸的坐標(biāo)信息。

(2)FH1050型視覺控制器可以將軸承位置坐標(biāo)信息通過TCP/IP通信,直接回傳給ESTUN工業(yè)機(jī)器人的CPU模塊,引導(dǎo)機(jī)器人識(shí)別軸承的位置。

3.ESTUN六軸工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的組成與功能

ESTUNER10-1600型機(jī)器人具備串聯(lián)機(jī)械結(jié)構(gòu),該機(jī)器人系統(tǒng)主要包括機(jī)器人主控柜、機(jī)器人本體、示教器和軸承專用端持器(機(jī)器人夾抓)等。

(1)ESTUNER10-1600型六軸工業(yè)機(jī)器人可以代替人力勞動(dòng),完成軸承工件的位置識(shí)別、抓取、搬運(yùn)和放置等基本操作。

(2)ESTUNER10-1600型六軸工業(yè)機(jī)器人端持器的最大載荷為10kg,其作業(yè)半徑為1600mm,可以與S7-300PLC進(jìn)行I/O通信,實(shí)現(xiàn)軸承去磁與清洗流程的自動(dòng)控制。

4.自動(dòng)去磁機(jī)系統(tǒng)的組成與功能

自動(dòng)去磁機(jī)系統(tǒng)主要包括光纖漫反射傳感器檢測(cè)機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)傳送機(jī)構(gòu)、去磁機(jī)構(gòu)及電流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等。

(1)1#光纖漫反射傳感器檢測(cè)到軸承工件“進(jìn)料完成”后,將進(jìn)料有效的檢測(cè)信號(hào)(I/O信號(hào))直接反饋給SR40,SR40同步啟動(dòng)自動(dòng)傳送與去磁機(jī)構(gòu),實(shí)施軸承自動(dòng)去磁。

(2)2#光纖漫反射傳感器檢測(cè)到軸承工件“去磁到位”后,將到位有效的檢測(cè)信號(hào)(I/O信號(hào))直接反饋給SR40,SR40同步停止自動(dòng)傳送與去磁機(jī)構(gòu),結(jié)束軸承自動(dòng)去磁。

5.自動(dòng)清洗機(jī)系統(tǒng)的組成與功能

自動(dòng)清洗機(jī)系統(tǒng)主要包括軸承噴淋清洗池、水泵電動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)、三層清洗平臺(tái)及清洗噴頭等。

(1)當(dāng)ESTUN工業(yè)機(jī)器人平穩(wěn)地在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上放置好軸承后,“放置完畢”的I/O信號(hào)反饋