FMS50柔性加工系统.doc

周磊 , 多辉 , hermann nagel( festo (中国) 有限公司 , 北京 100004)摘要 : 本文对 fms50 系统结构进行了介绍 , 着重阐述了该系统的多种物流模式 , 并分析了其通信控制系统的构成 。关键词 : 物流 ; 通信控制系统 ; 教学文章编号 : 1001 - 3881 (2004) 10 - 187 - 2中图分类号 : th165文献标识码 : bflexible manufacturing system fms50zhou lei , duo hui , hermann nagel( festo ( china) ltd. , beijing10004 , china)abstract : based on the description of fms5 0s configuration , multiple kinds of material flow mode were expatiated , and the communi2cation and controlling system was analyzed.key words : material flow ; communication and controlling system ; learning随着工业自动化之 “肌肉” 气动技术的飞速发展 , 其在加工制造领域的应用越来越广泛 。但是 , 伴随人们对自动化系统可靠性 、智能性和功能性要求 的逐步提高 , 单纯的气动技术早已难担重任 , 同一系统中多种技术的有机集成显得势在必行 。柔性加工系统 fms50 就是气动技术融合现场总线技术和控制技检测达标 , 就会被传输到下一单 元 , 否 则 工 件 被 丢弃 ; 当工件途经装配单元时 , 气动机械手抓取工件并 送到组装站 , 装配成完整的气缸 , 然后将成品放置在 运输车上 ; 此时 , 成品输出单元的货架有空位且其处于运行状态 , 则由提取站和分装站将运输车上的气缸推出系统之外 。由于不存在产品堆积情况 , 所以暂存 单元一直处于预备状态不会运行 。2 原料输入到成品暂存该模式与原料输入到成品输出运行模式最大区别 在于 : 提取站能够正常运行 。由于分装站处于停止状 态或工件滑槽中工件堆满 , 成品输出单元处于停止状态 。从而 , 暂存单元的空闲货架将全部接收装配单元 放置到传送带上的气缸 。3 成品暂存到成品输出在此模式下 , 由于供料站的料仓空置 , 即处于停 止状态 。检测站处于准备状态 , 空的工件运输车直接 通过原料输入单元 。装配单元由于缺少缸体 , 也是准备状态 。同样 , 成品输出单元处于准备状态 , 提取站和分装站可以完成气缸的输出 。而暂存单元处于运行 状态 , 当传送带上工件运输车有工件时 ( 显然不存在本情况) , 直接通过暂存单元 ; 当工件运输车为空时 ,则停滞在暂存单元 , 等待暂存站将货架上的气缸放到 运输车上 , 并送到成品输出单元 。4 原料输入和成品暂存到成品输出工件从原料输入单元到成品输出单元需要花费一 定的加工时间 , 成品输出单元往往大部分时间处于准备状态 , 等待装配单元送出新的气缸 , 从而影响了产 品输出的实时性 。针对这种情况 , fms50 设计了原料 输入和成品暂存到成品输出运行模式 , 即系统可以在没有产品输出要求的情况下 , 将生产出的气缸暂时存 放在暂存单元 , 必要时工件运输车能够从装配单元和 暂存单元同时提取气缸 , 这一人性化设计显然提高了产品输出效率 , 有较强的经济效益 。该模式实际上是术的典型代表 , 它根据系统的不同运行状态 ,对生产加工过程的改变和控制 。fms50 是 一 套 机 电 一 体化 培 训 系 统 , 模 拟 工 厂中短 行 程 气 缸 生 产 流 水 线的运 作 步 骤 , 包 括 原 材 料 输入 、工 件 加 工 组 装 、成品输 出 等 一 系 列 过 程 。基于实 际 功 能 要 求 , 整 个 系可实现统 ( 如 图 1 所 示) 可 以 划分为 原 料 输 入 单 元 、加 工图 1系统构成框图单元 、质量检测单元 、装配单元 、暂存单元和成品输出单元六个功能单元 。与传统物流系统最大的差异在 于 : fms50 的组成单元都独立地具有运行 、预备和停 止三种状态 , 所有功能单元不是简单地依次逐个进行 动作 , 若某个单元处于停止状态或运行状态 , 其它单 元仍能够毫无影响地独自完成动作 。基于此 , fms50可以归纳为四种系统运行模式 : 原料输入到成品输 出 、原料输入到成品暂存 、成品暂存到成品输出以及原料输入和成品暂存到成品输出 。互异运行模式涉及 不同数量的功能模块 , 下面针对这些不同的运行模式 和物流形式分别进行阐述 。1 原料输入到成品输出fms50 系统完成初始化后 ,供料站将原材料输送到检测站 , 由检测站完成检测后将工件推出原料输入单元放置到传送带工件运输车上 ; 随后 , 加工单元的 气动提取装置将工件从运输车移到旋转加工台上 , 加暂存单元 ;当工件运输车为空时 ,则运输车可以从暂存单元获得气缸送往成品输出单元 。图 2 fms50 系统结构图fms50 任意时刻的运行模式主要取决于气缸的实际需求量和当前系统的状态 , 如成品的输出或储存要 求 、料仓的状况 、装配单元中气缸端盖和弹簧储备情况以及暂存单元货架的状况等 。由于动作执行和状态检测是靠气动/ 电动缸和各种规格的传感器来完成的 ,大量电源线 、信号线的布局形式就成为首要问题 , 本 系统采用 as - i 总线网络来解决 。功能模块和网络标准接口都是 as - i 总线的技术特征 , 为系统的安装 、 调试 、扩展和维护带来极大方便 ; as - i 是总线供电方式 , 信号传输线可以向站点提供电源 。义为 网 络 主 站 , 相 互 之 间 不 能 直 接 进 行 数 据 交 换 ;wincc 发送数据到 plc , 并从 plc 接受数据信息 , 从 而完成 plc 间数据交换 ; plc 输入 、输出或 m 寄存器可以在 wincc 中实现实时监测 。fms50 的控制系统由 9 个 plc 和 1 个 pc 模拟控 制器构成 ( 如图 4 所示) , plc 对现场的 i/ o 信号进行实时管理 , 并将当前状态信息返回到 pc , 其中 12号地址 plc 通过 rs485 电缆连接到 20 号地址 plc 上 ,不能被 wincc 直接访问 ; 运行 wincc 的 pc 扮演人与 系统交互接口的角色 , 按照人为意识对系统实施逻辑控制 。图 3 功能单元与传送带间通信结构在 fms50 系统中 , 加 工 单 元 的 提 取 站 和 加 工 站 分别由一个 plc 来控制 , 由于两站自身 i/ o 信号点数 较少 , 两者相互之间信号连线较少并安装于同一位 置 , 可以 采 用 一 对 一 布 线 形 式 ; 而 传 送 带 主 控 plc 与功能单元的工件运输车停滞平台 ( 图 3 中小方框所 示) 相距较远 , 且相互之间存在较多的信息交换 , 则 采用 as - i 总线实现连接 。其它单元同样如此 , 所以 采用相同的连线方式 。既然处于同一系统 , fms50 中 plc 之间必然需要 沟通 信 息 。fms50 采 用 scada 系 统 wincc 对 系 统 进行监视 、控制以及数据采集 , 并 作 为 所 有 plc 之 间互通信息的转换平台 。同时 , 鉴于现场总线技术开 放性 、分散化和低成本的特点 , profibus - dp 总线成 为 wincc 与 plc 间数据交换的路径 。plc 工作站被定图 4 系统通信结构随着网络技术在工业控制领域日益突出的地位 , 整个通信系统除了可以使用 profibus - dp 总线进行组 态以外 , 还能够采用 lan 、industrial ethernet 或 inter2 net 技术完成 系 统 组 态 。可 见 , fms50 系 统 不 再 是 单 纯的气动系统 , 而是多种技术的集合体 。fms50 柔性加工系统作为一套过程控制工程的演 示设备 ,覆盖了物流 、通信 、现场总线 、plc 编程 、图形 过程控制以及维护和故障处理等多方面的技术 , 不仅 显示了气动系统的优越性 ,且充分体现了多种先进技 术与气动技术的互融性 。毫无疑问 ,