智能制造岛硬件连接及信号处理分析与应用方法

赵雷鸣 杨丽敏

通用技术集团大连机床有限责任公司 辽宁大连 116620

1 智能制造岛简介

1.1 硬件配置

智能制造岛是由西门子系统VDF850A立式加工中心与DMTG机器人组成的。

VDF850A至少需具备自动气动门、自动液压/气压夹具才能够满足自动上下料的功能。

1.2 通讯方式

无论是智能制造岛还是大型生产线，通讯主要有两种方式，总线交互通讯方式（快速以太网、ROFINET、PROFIBUS、Modbus/TCP、CC-link等）和点对点交互通讯方式。

总线通讯方式具有连线简单方便、传输数据大，传输速率高，适合远距离传输，但价格相对略高，并需要保证各设备支持统一的的通讯方式，适合于大型智能生产线。

点对点通讯方式：硬件接线略多，传输数据数量受PLC的外部IO点数限制，不适合大数据传输，但价格便宜，且各设备有PLC IO输入输出即可，不受系统通讯协议限制，适合于小型智能制造自动化设备应用[1]。

本文的智能制造岛选择点对点的硬件连接方式进行交互通讯。

2 电控工艺流程及信号说明

2.1 电气工艺流程

（1）首次上电，机床选择联机模式，人员检查机床外设，机床就绪；

（2）机器人给机床发送远程启动，夹具夹紧、自动门关闭，加工工件。

（3）加工完成后，机床自动门打开，夹具所有气缸松开，机床轴移动到固定换料位置，发出“换料许可”信号请求换料。

（4）机器人移动到机床内，给机床换料（先下料，后上料），换料完成后机器人给机床发送“换料完成”信号。

（5）机床接受到“换料完成”信号后，回到程序开头，返回到第（2）项，进行循环（2）-（5）项。

2.2 标准信号定义

我们根据电气工艺流程，将机床与机器人交互信号标准定义如下表1所示。

2.3 点对点信号连接

点对点信号连接注意事项，PLC硬件输入输出类型，分为PNP、NPN输入输出，目前市场常见的输入输出类型皆为PNP形式，我们本台使用的输入输出类型也为PNP形式，机床和机器人的交互信号使用无源点经过继电器触点传送给对方[2]。

3 交互程序示例及说明

机床宏程序 机器人程序

M100；门关 Servo On；机器人使能

M102；夹具夹紧 Wait M_In（1）=1；等待机床就绪

…… M_Out（1）=1；发送机床启动

M98P8888；加工程序 Dly0.5；

…… M_Out（0）=0；启动信号0.5S后关闭

M05；主轴停止 *loop；标签

G91G28Z0；Z移到安全位置 Wait M_In（2）=1；等待机床加工完成

G91G28X0Y0；XY移到换料位置 ……

M103；夹具松开 机器人换料动作程序

M101；门开 ……

M30； M_Out（9）=1；换料完成

GoTo *loop

注：以上程序为交互简单程序示例，机床以PLC程序及宏程序、机器人由循环程序、外部IO控制来完成交互程序、控制动作及安全互锁[3]。

表1

4 结语

以上为小型智能制造岛硬件连接及信号处理分析与应用说明，目前越来越多的智能生产线受到厂家青睐并在工厂中应用，大大的减少人工劳动力的投入，并极大的提高了生产效率，除完成智能化上下料生产，可完成复杂多工序交互，智能刀具寿命管理，工件计数等，针对工业4.0智能制造可以通过总线通讯，基于此文原理的基础上进行扩展升级，还可以将生产计划、生产数据、工艺数据等与车间生产制造管理系统交互，完成进一步的智能化升级。