机构装配线电气控制系统设计
摘 要经济的发展导致企业之间的竞争越来越激烈，为了提高竞争优势，很多企业放弃了原来的单一品种、大规模的生产模式，开始尝试多品种、小批量的形式。装配是产品的制造与加工过程中至关重要的一步。柔性装配就是这样一种具备高效率、高柔性的装配系统，它主要是将产品制造装配过程中各工位的控制系统联系起来，统一利用计算机控制，在柔性装配中，装配技术、机器人技术、机电技术、传感器技术等都得到了充分的利用，柔性装配在小批量、多品种的生产模式中优势更为明显。柔性装配控制系统中最为关键的步骤就是控制程序，主要要求为：1.可实时监测装配质量；2.软件可编程；3.有人机接口；4.可扩展更换；5.要实现硬件模块化。在电气控制中，作为一种低压电器，行程开关的应用是非常广泛的，要想降低产品的成本、提高产品质量，就一定要利用先进的控制技术。本文在分析了柔性装配在国内外的研究现状后，设计了一种设计了行程开关柔性装配线PLC控制系统。文章主要完成了三项工作：一、详细的规划了装配线的布局，选择控制方案及控制硬件，设计了装配控制系统结构，完成了主站以及控制系统硬件网络组态的设计，二者都是在总线的基础上设计的；二、对每个装配单元的工艺流程进行了分析，设计了五个装配单元的控制设计，并详细介绍了每个单元的控制方案、气动控制回路、软件流程以及硬件连接等，给出了关键部分的程序；三、编写上位机监控操作界面，应用的是组态软件，并且完成了其中的变量的组态工作，对于装配主界面还有各个装配单元的界面进行了设计与改进。
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景及意义 1
1.2装配线研究现状 1
1.3研究内容 3
第二章 装配控制系统设计 4
2.1行程开关结构及尺寸 4
2.2装配步骤及要求 5
2.3装配线规划及柔性实现 6
2.4装配控制系统方案选择 7
2.5装配线总线网络组态 9
2.6主站PLC控制 11
第三章 装配控制过程及各单元PLC控制设计 16
3.1上料单元 16
3.2插芯单元 20
3.3加盖单元 28
3.4拧螺钉单元 32
3.5检测分拣单元 4
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
4
第四章 装配线监控设计 49
4.1WinCC变量组态 49
4.2监控界面设计 52
结束语 55
致 谢 56
参考文献 57
第一章 绪论
1.1选题背景及意义
经济的发展导致企业之间的竞争越来越激烈，为了提高竞争优势，很多企业放弃了原来的单一品种、大规模的生产模式，开始尝试多品种、小批量的形式。装配是产品的制造与加工过程中至关重要的一步。柔性装配就是这样一种具备高效率、高柔性的装配系统，它主要是将产品制造装配过程中各工位的控制系统联系起来，统一利用计算机控制，在柔性装配中，装配技术、机器人技术、机电技术、传感器技术等都得到了充分的利用，柔性装配在小批量、多品种的生产模式中优势更为明显。柔性装配控制系统中最为关键的步骤就是控制程序，主要要求为：1.可实时监测装配质量；2.软件可编程；3.有人机接口；4.可扩展更换；5.要实现硬件模块化。
通常我们所说的限位开关就行行程开关，它的安装位置一般在运动或者相对静止的物体上。当一个运动的物体接近静止的物体时，会引起行程开关的连杆驱动触点的闭合或者分断。在控制电路或者机械动作时，可以利用改变开关触点的开合状态来实现。在本文中进行自动装配研究时，主要的研究对象为系列行程开关，为了能够在柔性装配控制系统中采用不同规格的形成开关，在设计中采用的是控制，这样就打破了刚性自动化与劳动密集型混淆的生产模式，使得产品的装配质量及生产效率得到了大幅提升。
1.2装配线研究现状
目前装配线已经演变成全自动以及柔性装配，而不再拘泥于过去的刚性自动化和手工装配，这主要是受到了快速发展的三类新型技术的积极影响，包括：一、自动化技术；二、计算机技术；三、传感器技术。国内外深入研究了控制系统以及柔性装配线，主要内容包括以下几种：
（1）装配线平衡方法的研究
为了使及机器人的装配能够按照自动化的方式进行，且工件能够在合理规划的基础上满足优化要求，中国科技大学刘维等进行了静态约束检测过程，并且采用了遗传算法这种手段。为了使产品装配效率得到大幅度地提高，且装配工序能够同步进行，上海交通大学吴晓艳在人机操作分析方法以及ECRS理论的基础上测量并统计分析了每一个工位上所耗费的工时，整个过程在管制图中完成。
（2）虚拟装配技术的研究
为了将新产品的研发周期有效缩短并提高装配效率，应当对装配碰撞以及过程进行科学可行地模拟，因此为了实现这一目标通常要采用UG、ProE、Solidworks等CADICAM软件平台二次开发三维仿真软件。
长安大学韩志强在推到自动装配函数的过程中使用了Pro / TOOLKIT，作为ProE软件的二次开发工具，它能够保障装配系统具备可视化以及参数化的特性，这样用户便能够设计并开发擦窗机零件。合肥工业大学周卿使用了UG / OPEN API，作为UG软件的二次开发语言，它能够有效将虚拟装配系统的模型建立起来。如果想要反向获得装配顺序规划算法，那么便需要按照装卸的先后顺序来分析工件，这样可以使算法的复杂程度大大降低。
美国麦道飞机公司在仿真发动机装配的过程中使用了虚拟装配系统，这样可以有效地规避以下问题：一、避免飞机拆卸过程中碰撞到其他配件；二、避免飞机发动机装配过程中碰撞到其他配件。另外为了能够将工件装配设计过程中的缺陷有效规避，美国华盛顿州立大学设计开发了“虚拟装配设计环境”(VADE)零件装配系统。
（3）自动装配线规划设计
为实现改进步进式同步装配线，东风汽车公司严春雨采用了对工件托盘位置预先设置的方式。华南理工大学谢存禧等分析了许多关键技术，例如：螺钉装配综合误差，另外还涉及了吊扇电动机机器人装配线。
（4）零件装配在线检测相关的研究
为了使装配精度进一步得到升级，大连理工大学王晓东等对微型工件自动装配与测量系统进行了设计，这样便能够实现控制任务消息以及人工操作的功能。河南科技大学权欢欢在识别工件图像时采用的是判别不同工件形状尺寸的差异性，因此研发出了工件装配图像识别软件系统，该系统能够分割经过中值滤波预处理的工件图像，并且采用的方法是最大类间方差法。
（5）装配线控制系统研究
美国军用飞机生产装配线上应用最多的便是数字化柔性装配，并且将这种方式应用在了新型隐形飞机F35的装配定位与夹紧平台上，装配线上的机器人可以完成飞机的机身喷漆以及喷涂隐身涂料等工作，另外系统还能够及时监测各工位的装配质量。
华南理工大学陈水金采用了PLC、CANopen来构建控制系统的网络，在装配部件时主要采用的是电器结合以及气动机械手，以上二者都是在装配线利用PLC完成控制的，在此基础上变送器膜盒柔性装配控制系统得以研发出来。上海交通大学何永健设计出了自动装配系统，该系统建立在以下研究基础之上，即：分析叮能导致振动送料速度异常变动的各种因素，从而实现了荧光灯灯头的快速自动装配。为了进一步提升分轮以及分轮轴的装配质量和效率，厦门大学陈满足采用TD210终端来运行三菱FX1SPLC控制显示界面以便达到控制装配及的目的。他将手表分轮自动装配机研发出来，使快速自动装配手表的分轮以及分轮轴成为了现实。重庆理工大学熊忠林在实现装配控制系统网络拓展的过程中采用了SINECL2拓扑结构，并且为了能够控制活塞环的装配现场采用了PLC及扩展I/O智能模块，这样便能够使IPC和PLC分布式结构的发动机活塞环自动装配控制系统成为现实。其中NI公司的LabVIEW软件对上位机监控画面起到了至关重要的作用。
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景及意义 1
1.2装配线研究现状 1
1.3研究内容 3
第二章 装配控制系统设计 4
2.1行程开关结构及尺寸 4
2.2装配步骤及要求 5
2.3装配线规划及柔性实现 6
2.4装配控制系统方案选择 7
2.5装配线总线网络组态 9
2.6主站PLC控制 11
第三章 装配控制过程及各单元PLC控制设计 16
3.1上料单元 16
3.2插芯单元 20
3.3加盖单元 28
3.4拧螺钉单元 32
3.5检测分拣单元 4
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
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第四章 装配线监控设计 49
4.1WinCC变量组态 49
4.2监控界面设计 52
结束语 55
致 谢 56
参考文献 57
第一章 绪论
1.1选题背景及意义
经济的发展导致企业之间的竞争越来越激烈，为了提高竞争优势，很多企业放弃了原来的单一品种、大规模的生产模式，开始尝试多品种、小批量的形式。装配是产品的制造与加工过程中至关重要的一步。柔性装配就是这样一种具备高效率、高柔性的装配系统，它主要是将产品制造装配过程中各工位的控制系统联系起来，统一利用计算机控制，在柔性装配中，装配技术、机器人技术、机电技术、传感器技术等都得到了充分的利用，柔性装配在小批量、多品种的生产模式中优势更为明显。柔性装配控制系统中最为关键的步骤就是控制程序，主要要求为：1.可实时监测装配质量；2.软件可编程；3.有人机接口；4.可扩展更换；5.要实现硬件模块化。
通常我们所说的限位开关就行行程开关，它的安装位置一般在运动或者相对静止的物体上。当一个运动的物体接近静止的物体时，会引起行程开关的连杆驱动触点的闭合或者分断。在控制电路或者机械动作时，可以利用改变开关触点的开合状态来实现。在本文中进行自动装配研究时，主要的研究对象为系列行程开关，为了能够在柔性装配控制系统中采用不同规格的形成开关，在设计中采用的是控制，这样就打破了刚性自动化与劳动密集型混淆的生产模式，使得产品的装配质量及生产效率得到了大幅提升。
1.2装配线研究现状
目前装配线已经演变成全自动以及柔性装配，而不再拘泥于过去的刚性自动化和手工装配，这主要是受到了快速发展的三类新型技术的积极影响，包括：一、自动化技术；二、计算机技术；三、传感器技术。国内外深入研究了控制系统以及柔性装配线，主要内容包括以下几种：
（1）装配线平衡方法的研究
为了使及机器人的装配能够按照自动化的方式进行，且工件能够在合理规划的基础上满足优化要求，中国科技大学刘维等进行了静态约束检测过程，并且采用了遗传算法这种手段。为了使产品装配效率得到大幅度地提高，且装配工序能够同步进行，上海交通大学吴晓艳在人机操作分析方法以及ECRS理论的基础上测量并统计分析了每一个工位上所耗费的工时，整个过程在管制图中完成。
（2）虚拟装配技术的研究
为了将新产品的研发周期有效缩短并提高装配效率，应当对装配碰撞以及过程进行科学可行地模拟，因此为了实现这一目标通常要采用UG、ProE、Solidworks等CADICAM软件平台二次开发三维仿真软件。
长安大学韩志强在推到自动装配函数的过程中使用了Pro / TOOLKIT，作为ProE软件的二次开发工具，它能够保障装配系统具备可视化以及参数化的特性，这样用户便能够设计并开发擦窗机零件。合肥工业大学周卿使用了UG / OPEN API，作为UG软件的二次开发语言，它能够有效将虚拟装配系统的模型建立起来。如果想要反向获得装配顺序规划算法，那么便需要按照装卸的先后顺序来分析工件，这样可以使算法的复杂程度大大降低。
美国麦道飞机公司在仿真发动机装配的过程中使用了虚拟装配系统，这样可以有效地规避以下问题：一、避免飞机拆卸过程中碰撞到其他配件；二、避免飞机发动机装配过程中碰撞到其他配件。另外为了能够将工件装配设计过程中的缺陷有效规避，美国华盛顿州立大学设计开发了“虚拟装配设计环境”(VADE)零件装配系统。
（3）自动装配线规划设计
为实现改进步进式同步装配线，东风汽车公司严春雨采用了对工件托盘位置预先设置的方式。华南理工大学谢存禧等分析了许多关键技术，例如：螺钉装配综合误差，另外还涉及了吊扇电动机机器人装配线。
（4）零件装配在线检测相关的研究
为了使装配精度进一步得到升级，大连理工大学王晓东等对微型工件自动装配与测量系统进行了设计，这样便能够实现控制任务消息以及人工操作的功能。河南科技大学权欢欢在识别工件图像时采用的是判别不同工件形状尺寸的差异性，因此研发出了工件装配图像识别软件系统，该系统能够分割经过中值滤波预处理的工件图像，并且采用的方法是最大类间方差法。
（5）装配线控制系统研究
美国军用飞机生产装配线上应用最多的便是数字化柔性装配，并且将这种方式应用在了新型隐形飞机F35的装配定位与夹紧平台上，装配线上的机器人可以完成飞机的机身喷漆以及喷涂隐身涂料等工作，另外系统还能够及时监测各工位的装配质量。
华南理工大学陈水金采用了PLC、CANopen来构建控制系统的网络，在装配部件时主要采用的是电器结合以及气动机械手，以上二者都是在装配线利用PLC完成控制的，在此基础上变送器膜盒柔性装配控制系统得以研发出来。上海交通大学何永健设计出了自动装配系统，该系统建立在以下研究基础之上，即：分析叮能导致振动送料速度异常变动的各种因素，从而实现了荧光灯灯头的快速自动装配。为了进一步提升分轮以及分轮轴的装配质量和效率，厦门大学陈满足采用TD210终端来运行三菱FX1SPLC控制显示界面以便达到控制装配及的目的。他将手表分轮自动装配机研发出来，使快速自动装配手表的分轮以及分轮轴成为了现实。重庆理工大学熊忠林在实现装配控制系统网络拓展的过程中采用了SINECL2拓扑结构，并且为了能够控制活塞环的装配现场采用了PLC及扩展I/O智能模块，这样便能够使IPC和PLC分布式结构的发动机活塞环自动装配控制系统成为现实。其中NI公司的LabVIEW软件对上位机监控画面起到了至关重要的作用。
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