机电一体化装配系统安全性分析.pdfVIP

第三届全国信息与电子工程学术会议、四川省电子学会曙光分会第十四届学术年会暨院青年科协第八届学术年会论文集 279 机电一体化装配系统安全性分析 颜运强’罗永红刘志 (中国工程物理研究院软件评测中心四川 绵阳621900) 摘要本文介绍了利用Siemens机床系统实现高精度装配系统的基本原理，即以工艺程序控 制装配流程，使用激光测距仪和高精度图像采集器实现工件的位置测量，以实现工件的准确装配， 同时，为了提高系统的安全性和可靠性，在抓取和放置工件时，对压力进行实时检测，使用压缩机 驱动保护爪对工件的搬移过程进行保护，使用真空泵驱动吸头吸取工件，使用PLC对系统关注的安 全信号进行实时采集并处理，另外，在结合SiemtmsMMC及其上自开发程序的基础上，实现高精度 机电一体化自动装配系统． Siemens 关键词工艺程序机电一体化装配系统Siemens机床PLCMMC 1 引言 随着电子技术、机械加工技术、机床技术以及软件技术的发展，促进了自动装配技术在各个领 域的应用，逐渐替代低效率、高强度的手工劳动，如工业化自动生产线、自动高精度零件装配等， 大大提高了装配的效率和精度，将人们从繁重的手工劳动中解脱出来，保证了装配工作的一致性和 装配质量的稳定性。目前，在自动化装配技术中，机械手和机床是两种被广泛使用的装配形式，而 使用机床的装配技术更适于有高精度装配要求的场合。本文以Siemens840D机床系统为例，介绍了 使用机床构造高精度装配系统的原理，同时，在此构造原理的基础上，对系统的安全性进行了深入 的剖析，为尽早发现系统安全性隐患、完善系统设计起到了积极的作用。 2组成原理 使用机床构造装配系统时，机床及其控制系统，如NC，工件定位工装、抓取工装、工件位置 测量系统是系统的基本组成部分。其中，抓取工装使用真空气动系统控制吸头实现工件的抓取与放 置；工件位置测量系统由高精度摄像头和激光测距仪组成，实现工件的位置、偏心以及姿态测量。 详细的组成原理如图l所示。 如图l所示，840DNC是整个机床控制系统的核心，与驱动系统进行通信，执行用户编写的装 配程序，对运动轴进行控制，实现既定的装配线路和流程。根据安装空间、步进螺距等因素，可以 选择不同的驱动系统，611D是Siemens生产的数字化驱动控制系统，松下驱动系统为模拟驱动系统， 840D机床装配 但其体积小、螺距小、安装方便等优点，经常被用于驱动调姿机构，集成到Siemens 系统时，需要使用SiemensANA模拟控制模块进行信号转换。 MMC为Siemens生产的人机交互界面，其使用MPI总线与840D 编写的装配程序，监控系统中各种重要的信号。 280 机电一体化装配系统安全性分析 图l 机床装配系统组成原理 PLC是840D机床系统的重要组成部分，具有控制功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于扩 展等优点，被广泛应用与工业控制系统中。在图l中，PLC被用于处理装配系统外围的各种I／O信 号，包括各驱动轴的参考点、参考点确认、正限位，负限位、正超程、负超程、正向、负向、区域 等信号，用于控制真空气动系统，对吸头进行吸放控制，以控制工件的吸取或放置。同时，通过 Siemens的CP341模块，实现与测量系统进行通信，发送测量任务，获取测量结果，以实现工件的 准确放置。通过对压力传感器的检测，判断抓取工装是否有效接触工件、工件是否有效接触待装台， 以便抓取或放置工件。 在Siemens 便通知测量系统，PLC将系统关心的各轴状态、压力传感器状态、测量结果等数据传输到NC系统。 3安全性分析 3．1压力监测 如图l所示，为了获取可靠的压力数据，避免因压力传感器故障导致装配异常，每个压力传感 器安装有两个应力片，通过二次仪表采集压力传感器的数据，并传入PLC系统，系统对主辅压力传 感器的压力差进行实时计算，超过用户设定值时判断压力传感器故障，通知NC系统及时停止装配 第三届全国信息与电子工程