劉嬌月，石社軒

（河南工業(yè)職業(yè)技術學院，河南南陽473009）

1 引言

依托學院的軟硬件資源，某柔性制造工程實驗室創(chuàng)新建設了高職院校實訓基地。在工程中心現(xiàn)有數控機床、RV－3SD 機械手、PLC 及其它軟硬件資源基礎上，配套組裝井式上料倉、模擬立體倉庫等部件單元，加裝光電傳感器、控制器和執(zhí)行機構，開發(fā)設計了控制軟件和接口程序，完善控制功能，組成了具有上料、加工、檢測、倉儲等一整套完整功能的柔性加工實訓系統(tǒng)。

該實訓系統(tǒng)以工業(yè)生產和工程應用為背景，參照現(xiàn)代制造企業(yè)的柔性加工制造系統(tǒng)，結合機電技術類的《機器人控制技術》、《電氣控制技術》、《傳感器技術》、《數控機床控制技術》、《液壓與氣動技術》等課程的人才培養(yǎng)標準要求，涵蓋了機器人、柔性制造、先進傳感器、集成化制造、智能控制等高新技術應用，是一個融合光、機、電、氣一體化的教學綜合應用平臺，系統(tǒng)整體集成度較高，具有軟件設計開放性和實踐演練模擬性。

2 實訓系統(tǒng)硬件組成及功能

實訓系統(tǒng)基本組成單元有：上料單元、加工單元、倉儲單元、機器人本體及示教單元、控制單元。

（1）上料單元：由井式工件庫、光電檢測傳感器、頂料氣缸等組成。通過傳感器信號探測工件位置，配合機器人完成工件的上料。

（2）加工單元：由一臺數控鉆銑中心組成，根據系統(tǒng)控制指令，在接收到上料單元發(fā)出的到位信號后，按照編制程序進行工件的鉆銑加工。

（3）倉儲單元：由一個鋁型材結構模擬立體倉庫組成，主要完成加工工件的放置及工件的中轉功能。

（4）機器人本體及示教單元

由一個六自由度關節(jié)的機器人組成，可在半徑不小于600mm，角度不小于340°的扇形范圍內活動。用于執(zhí)行機器人設定程序動作。

示教單元由液晶顯示屏、使能按鈕、急停按鈕、操作鍵盤組成，與機器人控制器連接。用于對機器人的參數設置、手動示教、位置編輯、程序編輯等操作。

（5）控制單元

由機器人控制器、PLC、控制面板等組成。

機器人控制器包括操作面板、數碼顯示窗口、以太網接口、外部輸入輸出端口、USB 接口、示教單元（TB）接口等。用于控制機器人本體運行和存儲機器人程序。

PLC 型號采用SIEMENS CPU226 AC／DC／RLY，鋁型材網孔板安裝，負責接收、處理各單元檢測信號，與機器人控制器、上位機進行通信，發(fā)出電機、氣缸等執(zhí)行機構動作控制指令。

圖1 控制系統(tǒng)總體連接示意圖

系統(tǒng)控制面板由“上電”、“復位”、“開始”、“停止”、“急?！薄ⅰ奥?lián)動／單動”等控制按鈕與穩(wěn)壓電源、保護電路等組成，用于對整個實訓系統(tǒng)的手動控制和電路保護。

3 控制系統(tǒng)聯(lián)接與運行過程

控制系統(tǒng)總體連接示意圖、PLC I／O 接線圖分別如圖1、圖2所示，PLC 的I／O 分配表如表1所示。其中，圖1中C1 為控制面板接線端子排，C4為機器人控制器接線端子排。

實訓系統(tǒng)的控制系統(tǒng)核心為PLC，選型為SIEMENS CPU226 AC／DC／RLY （24 輸 入16 輸出），輸出口為繼電器型，系統(tǒng)中共使用了17 個輸入點和15 個輸出點，輸入輸出端口主要連接按鈕控制板、上料機構檢測傳感器、數控鉆銑中心、機器人控制器及開關電源。傳感器采用光電傳感器及磁性開關，分別檢測料筒中物料的有無、是否缺料、料臺到料與否及推料電磁閥的位置。

設備運行時，接入220V 單相交流電源，打開主電源開關和機器人控制器電源開關。按動面板上“復位”鍵，程序開始復位，機器人回到初始位置。

按動面板上的“開始”鍵，程序開始運行，井式上料機構檢測到有工件，且出料臺無工件時，向外推出一個工件，并輸出到料信號到機器人；機器人將工件取走后放入加工中心卡盤位置，給PLC 控制器輸出工件已放置信號；等卡盤夾緊后機器人手抓打開，并運行至等待位置，輸出工件放置完成信號，等待加工完成信號；等加工中心加工完成后，機器人取走工件，放置到立體倉庫相應的倉位上。

運行過程中，按下“停止”鍵，可控制機器人及其它機構停止運行。當機器人出現(xiàn)意外情況時，按下機器人控制器“急停”按鈕，可對機器人進行急停操作。意外情況排除后，先按機器人控制器或示教單元上的“RESET”鍵解除急停報警。

當料庫頂部光電檢測傳感器檢測到有工件時，頂料氣缸伸出，將工件推到出料臺，出料臺底部光電檢測傳感器檢測到有工件時輸出信號到PLC，等待機器人取走工件。

機器人運行到工件出料臺位置后，驅動氣夾將工件夾緊，頂料氣缸縮回。機器人再將工件搬運到等待放入數控加工單元加工位置。

當機器人把待加工工件放置到預定位置后，開始對工件進行加工，執(zhí)行完加工程序后，工件被機器人取走。

圖2 控制系統(tǒng)PLC 接線圖

當鉆銑加工中心加工任務完成后，機器人將工件搬運至倉庫倉位中，放置時先從頂層左邊開始，工件放滿后系統(tǒng)停止運行。

表1 PLC 輸入輸出點分配表

4 系統(tǒng)對應開發(fā)的實訓課程與項目

（1）機器人控制技術及應用

包括對工業(yè)機器人示教單元的使用、工業(yè)機器人的操作、機器人軟件系統(tǒng)的編程、調試等實訓教學項目。

（2）PLC 控制技術

包括對S7－200PLC 的裝調、操作、軟件編程與調試及PLC 工業(yè)通信網絡的連接與程序調試等實訓項目。

（3）數控技術

包括對數控鉆銑中心的操作、編程、加工等實訓項目。

（4）氣動控制技術

包括各種電磁閥、氣缸的氣動控制線路的設計、接線及裝調等實訓項目。

（5）傳感器檢測技術

包括對光電傳感器、磁性開關、光柵尺、角編碼器等傳感器的裝調、檢修等實訓項目。

（6）柔性自動檢測生產線調試與運行

包括對機械控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等及整個柔性制造系統(tǒng)的安裝、調試、系統(tǒng)維護及故障檢測等實訓項目。

5 結束語

柔性制造實訓系統(tǒng)結合了現(xiàn)代機器人控制技術、電氣控制技術、傳感技術、數控編程與加工等技術，模擬現(xiàn)代化生產工廠中的柔性化工作模式和生產加工環(huán)節(jié)，貼近真實的實踐訓練環(huán)境。系統(tǒng)中每個模塊單元都能獨立運行且采用分布式控制布局，綜合性強，同時具有很強的可擴展性。通過該實訓平臺，進行了高職院校自動化類相關專業(yè)機械組裝、電氣線路設計與接線、PLC編程與調試、工業(yè)機器人編程與調試等多門課程的實訓教學，還承擔了企業(yè)自動化類技術人員崗位培訓及進行技能比賽的工作任務，在國家骨干高等職業(yè)院校建設和高端技能型人才培養(yǎng)工作中發(fā)揮了積極作用。

［1］劉嬌月，楊聚慶等.自制實驗實訓設備，創(chuàng)新高職實踐基地建設［J］.實驗室研究與探索，2013，7：254－257.

［2］劉子建，李勇軍.構建面向工程的實驗教學體系［J］.實驗技術與管理，2007，24（3）：1－4.

［3］楊聚慶，劉嬌月等.一體化的多功能機床電氣控制實訓臺研制［J］.實驗室研究與探索，2011，4（4）192－194.

［4］張克發(fā).總線型柔性生產線的應用［J］.中國科技縱橫，2013，（1）：119.