柔性制造系统实验平台的设计与控制

论文摘要

随着社会进步和生活水平的提高,激烈的市场竞争迫使传统的大规模生产方式发生改变,市场对多品种小批量产品的需求越来越大,这使得柔性制造系统有了越来越重要的地位。柔性制造系统适应多品种小批量的加工任务,它可以提高劳动生产率,改善生产环境,增强产品的竞争力,为企业带来更大的经济效益和社会效益。但目前一些柔性制造系统平台存在系统体积大、造价高或缺乏实际加工能力的缺点,并不适用于科研和教学。本文分析了柔性制造系统的组成以及其加工特性,提出了柔性制造系统是一种连续事件和离散事件并存的混杂系统;提出了一种基于Arena和Labview的混杂柔性制造系统的仿真方法,并用此方法对一个小型柔性制造系统进行了仿真验证,为柔性制造系统平台的搭建提供了一定的理论依据。本文设计了一种面向教学与科研的小型柔性制造系统平台,它由C000026型号小型数控铣床和C000056型号小型数控车床、关节型机械手、直角坐标机械手和传输装置组成。开发了利用PC并口的机床数控程序;设计了关节型机械手及其单片机控制系统,该机械手用来完成数控车床的工件装卸;设计了采用PLC作为核心控制单元的直角坐标机械手以完成数控铣床的工件装卸;搭建了滚珠丝杠工件运输装置,利用光电编码器实现了传送装置的半闭环伺服控制,保证了传输装置运行动作准确可靠。应用OPC技术搭建了柔性制造系统的递梯式分布控制体系结构,OPC现场总线技术统一了各个自动化设备之间的通信,使计算机接口和网络分别与PLC、关节型机器人控制器、铣床控制计算机、车床控制计算机连接;使用MCGS搭建OPC服务器,而采用C#语言编写了基于自动化接口访问OPC服务器的客户端程序,从而使系统可以通过Internet实现订单远程提交和设备状况监控。并通过一个试验了柔性制造系统平台的可靠性。该柔性制造系统平台不仅具有占地面积小、使用成本低等优点,而且具有金属切削加工功能,同时结合了递阶式控制的合理层次性、数据一致性和分布式控制的自治性,使平台的总体结构具有模块性、开放性和扩展性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 柔性制造系统概述
• 1.2 国内外柔性制造系统系统发展现况与趋势
• 1.2.1 国外的发展状况
• 1.2.2 国内的发展状况
• 1.2.3 柔性制造控制系统发展
• 1.3 本文课题来源和研究方案
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 柔性制造系统分析与方案设计
• 2.1 柔性制造系统的组成和特性
• 2.1.1 柔性制造系统的组成
• 2.1.2 柔性制造系统的混杂特性
• 2.2 设计方案
• 2.2.1 系统结构
• 2.2.2 系统组成
• 2.2.3 系统特点
• 2.3 基于混杂理论的制造系统仿真与分析
• 2.3.1 仿真系统的结构
• 2.3.2 混杂系统仿真的时钟推进机制
• 2.3.3 Arena 的定制
• 2.3.4 接口的设计
• 2.3.5 加工平台模型
• 2.4 本章小节
• 第三章 柔性制造系统平台硬件设计
• 3.1 直角坐标机械手
• 3.1.1 总体设计
• 3.1.2 气动系统设计
• 3.1.3 电气控制系统
• 3.2 六自由度机械手
• 3.2.1 结构分析与设计
• 3.2.2 机械手驱动系统
• 3.2.3 机械手控制系统
• 3.3 工件传送装置
• 3.3.1 传送装置的机械结构
• 3.3.2 传送装置的电气控制系统
• 3.4 数控机床
• 3.4.1 机床结构及技术参数
• 3.4.2 机床电气原理
• 3.5 本章小节
• 第四章 柔性制造系统平台软件设计
• 4.1 直角坐标机械手控制程序
• 4.2 六自由度机械手控制程序
• 4.2.1 机械手控制程序总体设计
• 4.2.2 串行通讯
• 4.2.3 键盘输入
• 4.2.4 系统参数显示
• 4.2.5 机械手动作脉冲
• 4.3 传动丝杠控制程序
• 4.3.1 PLC 保护程序
• 4.3.2 控制主程序
• 4.4 数控机床驱动程序
• 4.4.1 PC 机并口
• 4.4.2 并口控制动态链接库
• 4.5 本章小节
• 第五章 柔性制造系统的集成控制与实验
• 5.1 现场总线技术概况
• 5.2 OPC 技术概要
• 5.2.1 OPC 规范
• 5.2.2 OPC 接口
• 5.3 基于OPC 技术的柔性制造系统集成平台
• 5.3.1 集成平台结构
• 5.3.2 基于MCGS 的OPC 服务器
• 5.3.3 OPC 客户端
• 5.3.4 DCOM 访问设置
• 5.4 基于ASP.NET 的远程监控
• 5.4.1 Web Services 平台
• 5.5 柔性制造系统实验
• 5.5.1 调度层实验结果
• 5.5.2 机床运行实验结果
• 5.5.3 传送丝杠运行实验结果
• 5.5.4 直角坐标机械手
• 5.5.5 六自由度机械手
• 5.6 本章小节
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附录