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【自动化】工厂自动化生产的5个级别,你知道吗?

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【自动化】工厂自动化生产的5个级别,你知道吗?

时间:2018-10-06 作者:腾华装备 浏览次数:

Factory Automation(FA) ,工厂自动化,也称车间自动化,指自动完成产品制造的全部或部分加工过程的性质。整个工厂实现综合自动化,它包括设计制造加工等过程的自动化,企业内部管理、市场信息处理以及企业间信息联系等信息流的全面自动化。

近年来,中国电子制造业长久以来依靠的劳动力优势正在逐步消失。廉价的劳动力大军,曾是中国制造业发展的主动力,如今已不如往昔那么庞大和廉价,企业还面临不断恶化的用工短缺问题。因此,对于大规模制造生产,想在全球竞争的企业而言,提高生产力的出路只有依靠技术提升、引进自动化、智能化技术。自动化也是工厂发展的必经途径。


自动化第一级:使用快速装夹定位夹具

使用快速装夹定位夹具,是工厂迈向自动化的第一步。在不同的机床与工序中使用统一的夹具基准,使得工件与电极的换装不再需要人工打表,几秒即可实现换装,重复定位可达2μm以内的高精度。

• 降低工件准备时间

• 增加生产时间

• 容许在生产工序间脱机检测


自动化第二级:机床集成了自动交换装置

在使用快速装夹定位夹具的基础上,机床上选配了自动更换电极、工件的装置,从而实现较长时间的自动加工。但这种自动交换装置实现的自动化加工能力很有限。

• 经济的一体化设计

• 投资较少


自动化第三级:配置工件/电极复合系统

通过配置工件/电极复合系统,可支持更多数量的工件/电极换装,可处理多种类不同托盘系统,中央预设数据及数控程式确保了加工流程的高透明度。

• 连续自动化能力提升

• 加工流程高透明


自动化第四级:制造单元

用一个处理设备,服务多台机床及设备,通过不同的机床及辅助设备实现无人值守加工,加工流程具有高透明度,实时获取工件及工序的资料,通过三坐标测量仪实现在线测量,确保高质量生产。

• 实现无人值守加工


自动化第五级:柔性制造系统

用一个处理设备,服务多台机床及设备,把所有机床和相关资料联系在一起,实现数据流和物流的统一管理,并且设备数量可根据需求延伸,适用于大批量生产。

• 设备数量可根据需求延伸


对于自动化的投资,客户通常会担忧不同设备之间的兼容性!而GF加工方案最突出的优势是可以为客户提供真正的一站式解决方案。从加工设备的提供,到自动化方案的制定,到自动化软件的应用,都能满足客户的需求。



工业机器人与CNC机床如何集成,硬件选择、集成步骤、注意事项,这里都讲清楚了

韩鸿鸾  工业机器人

随着两化融化技术的发展,工业机器人的应用领域也越来越广泛,其应用一般是以工作站的形式出现的。在机械加工领域,基本上是以工业机器人与CNC机床集成工作站或自动化生产线为主的。

先来看一个视频,机器人与机床的完美配合!

那么在应用过程中,机器人和机床该如何结合呢,请看下面的文章!

本文从硬件的选择、工业机器人与CNC数控机床的接口定义等方面,介绍了两者集成的步骤,同时介绍了集成上下料工作站的种类与注意事项。

 1. 硬件选择

(1)工业机器人上下料工作站的组成

典型的工业机器人数控机床上下料工作站系统如图1所示。主要的组成部分包括工业机器人、数控机床、工件、抓取手爪、周边设备及系统控制器等。


工业机器人与数控机床之间的通信方式根据各系统的不同,也有所区别。对于信号较少的系统,可以直接使用I/O信号线进行连接,至少要包括门控信号、装夹信号及加工完成信号等。对于信号较多的系统,可以使用现场总线、工业以太网等方式进行通信。

(2)上下料机器人的选择

本实例所介绍的数控机床加工工件为圆柱体,如图2所示,重量≤2kg,故机床上下料机器人可选用安川MH6机器人,如图3所示。机器人控制系统为安川DXl00。


选择工业机器人末端执行器应考虑夹取对象的形状与质量,本实例选择气动手爪,如图4所示,型号为HDS-20Y,控制手爪动作的电磁阀安装在MH6机器人本体上。若工件质量大,可选用液压手爪。


考虑到失电安全,失电后夹紧的工件不应掉落,故电磁阀采用双电控。末端执行器气动控制回路如图5所示。当YV1电磁阀线圈通电时,气动手爪收缩,夹紧工件;当YV2电磁阀线圈通电时,气动手爪松开,释放工件;当YV1、YV2电磁阀线圈都不通电时,气动手爪保持原来的状态。电磁阀不能同时通电。


(3)PLC控制柜与安全防护装置的选择

PLC控制柜用来安装断路器、PLC、开关电源、中间继电器和变压器等元器件。PLC选择OMRON公司NJ301-1100控制器,上下料机器人的启动与停止、输送线的运行等均由其控制。

常用的安全防护如图6所示,有安全围栏与安全光栅。本工作站选用安全围栏。


2. CNC与机器人上下料工作站的接口

机器人上、下料时,需要与CNC进行信息交换、互相配合,才能有条不紊地工作。机器人上下料的工作流程如图7所示。


CNC与机器人上下料工作站PLC之间信号的传递路径如图8所示。CNC机床PLC与上下料工作站PLC之间进行信息交换,机器人控制系统与上下料工作站PLC之间进行信息交换。


CNC与机器人上下料工作站的接口信号如表1所示。上下料工作站PLC向CNC机床PLC发出指令,如“请求CNC开门”、“请求CNC关门”等,指令的执行由CNC机床PLC来完成。


机器人上下料工作站PLC的配置如表2所示,CNC与机器人上下料工作站的接口分配如表3所示。



3. CNC与机器人上下料工作站的接口电路设计

CNC机床PLC的输出接口为源型输出,而NJ PLC的输入接口必须接为漏型,所以CNC机床PLC的输出信号通过中间继电器进行过渡。CNC输出与NJ输入接线图如图9所示。CNC输入与NJ输出接线图如图10所示。


4. 注意事项

(1)如果缠屑不处理,将会导致装夹位置不准确,上下料困难等问题。面对此类问题,首先要建议客户改良工艺或车削刀具,有效断屑;此外还需增加吹气装置,每个工作节拍内吹气一次,减少切屑堆积。

(2)机床的定位主要靠定位销。一般情况下,定位销会比定位孔小一些,不会发生工件难以装入现象;但遇到间隙配合特别小的时候,首先要亲自操作一下,看工件与定位销之间的配合,再结合机器人精度做预判,以防后期机器人工作站调试时无法装夹到位,如图11所示。


(3)装夹到位问题,有部分工件,在卡盘内部有一个硬限位,工件在装夹时,必须紧靠硬限位,加工出的零件才算合格,遇此类情况,建议选用特制气缸,含推紧压板,可以有效达到目的。

(4)主轴准停问题,有的工件在装夹时认方向,主轴需有主轴定向功能,才可以实现机器人上下料。

(5)切屑堆积问题,有部分数控车床不含废料回收系统,此时在技术协议或方案中需注明,要客户根据实际情况,定期清理切屑。

(6)断刀是车床上下料中最头痛的问题,如没有断刀检测,只有通过定时抽检来判断此现象,如断刀现象频繁,建议研究该项目的可行性。

5. 结语

本文是以工业机器人与数控车床集成工作站的情况介绍的,对于工业机器人与数控铣床、加工中心等集成工作站同样具有借鉴作用,其步骤与注意事项是大同小异的。



科普 | PLC选型八大注意事项

工业机器人之家

在PLC系统设计时,首先应确定系统方案,下一步工作就是PLC的设计选型。选择PLC,主要是确定PLC的生产厂家和PLC的具体型号。对于系统方案要求有分布式系统、远程I/O系统,还需要考虑网络化通讯的要求。那么具体应该如何选择PLC呢?

一.PLC生产厂家的选择

确定PLC的生产厂家,主要应该考虑设备用户的要求、设计者对于不同厂家PLC的熟悉程度和设计习惯、配套产品的一致性以及技术服务等方面的因素。

从PLC本身的可靠性考虑,原则上只要是国外大公司的产品,不应该存在可靠性不好的问题。

另外对于一些特殊的行业(例如:冶金、烟草等)应选择在相关行业领域有投运业绩、成熟可靠的PLC系统。

二.输入输出(I/0)点数的估算

PLC的输入/输出点数是PLC的基本参数之一。I/O点数的确定应以控制设备所需的所有输入/输出点数的总和为依据。

在一般情况下,PLC的I/O点应该有适当的余量。通常根据统计的输入输出点数,再增加10%~20%的可扩展余量后,作为输入输出点数估算数据。

实际订货时,还需根据制造厂商PLC的产品特点,对输入输出点数进行调整。

三.PLC存储器容量的估算

存储器容量是指可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小,各种PLC的存储器容量大小可以从该PLC的基本参数表中找到。

例如:西门子的S7-314PLC的用户程序存储容量为64KB,S7-315-2DPPLC的用户程序存储容量为128KB。

程序容量是存储器中用户程序所使用的存储单元的大小,因此存储器容量应大于程序容量。设计阶段,由于用户应用程序还未编制,因此,需要对程序容量进行估算。

如何估算程序容量呢?许多文献资料中给出了不同公式,大体上都是按数字量I/O点数的10~15倍,加上模拟I/O点数的100倍,以此数为内存的总字数(16位为一个字),另外再按此数的25%考虑余量。

四.PLC通讯功能的选择

现在PLC的通讯功能越来越强大,很多PLC都支持多种通讯协议(有些需要配备相应的通讯模块),选择时要根据实际需要选择合适的通讯方式。

PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式:

(1)PC为主站,多台同型号PLC为从站,组成简易PLC网络;

(2)1台PLC为主站,其他同型号PLC为从站,构成主从式PLC网络;

(3)PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网;

(4)专用PLC网络(各厂商的专用PLC通信网络)。

为减轻CPU通信任务,根据网络组成的实际需要,应选择具有不同通信功能的(如点对点、现场总线、工业以太网等)通信处理器。

五.PLC机型的选择

PLC的类型:

  • PLC按结构分为整体型和模块型两类;

  • 整体型PLC的I/0点数较少且相对固定,因此用户选择的余地较小,通常用于小型控制系统。

这一类PLC的代表有:西门子公司的S7-200系列、三菱公司的FX系列、欧姆龙公司的CPM1A系列等。

模块型PLC提供多种I/O模块可以在PLC基板上插接,方便用户根据需要合理地选择和配置控制系统的I/O点数。

因此,模块型PLC的配置比较灵活,一般用于大中型控制系统。例如西门子公司的S7-300系列和S7-400系列、三菱公司的Q系列、欧姆龙公司的CVM1系列等。

六.I/O模块的选择

1.数字量输入输出模块的选择

数字量输入输出模块的选择应考虑应用要求。

例如对输入模块,应考虑输入信号的电平、传输距离等应用要求。

输出模块也有很多的种类,例如继电器触点输出型、AC120V/23V双向晶闸管输出型、DC24V晶体管驱动型、DC48V晶体管驱动型等。

通常继电器输出输出型模块具有价格低廉、使用电压范围广等优点,但是使用寿命较短、响应时间较长、在用于感性负载时需要增加浪涌吸收电路;

双向晶闸管输出型模块响应时间较快适用于开关频繁,电感性低功率因数负荷场合,但价格较贵,过载能力较差。

另外,输入输出模块按照输入输出点数又可以分为:8点、16点、32点等规格,选择时也要根据实际的需要合理配备。

2.模拟量输入输出模块的选择

模拟量输入模块,按照模拟量的输入信号类型可以分为:电流输入型、电压输入型、热电偶输入型等。

电流输入型通常的信号等级为4~20mA或0~20mA;电压型输入模块通常信号等级为0~10V、-5V~+5V等。有些模拟量输入模块可以兼容电压或电流输入信号。

模拟量输出模块同样分电压型输出模块和电流型输出模块,电流输出的信号通常有0~20mA、4~20mA。电压型输出信号通常有0~10V、-10V~+10V等。

模拟量输入输出模块,按照输入输出通道数可以分为2通道、4通道、8通道等规格。

七.功能模块

功能模块包括通讯模块、定位模块、脉冲输出模块、高速计数模块、PID控制模块、温度控制模块等。选择PLC时应考率到功能模块配套的可能性,选择功能模块涉及硬件与软件两个方面。

在硬件方面,首先应考虑功能模块可以方便的和PLC相连接,PLC应该有相关的连接、安装位置与接口、连接电缆等附件。

在软件上,PLC应具有对应的控制功能,可以方便的对功能模块进行编程。

例如三菱的FX系列PLC通过“FROM”和“TO”指令可以方便的对相应的功能模块进行控制。

八.一般原则

在PLC型号和规格大体确定后,可以根据控制要求逐一确定PLC各组成部分的基本规格与参数,并选择各组成模块的型号。选择模块型号时,应遵循以下原则。

1.方便性:一般说来,作为PLC,可以满足控制要求的模块往往有很多种,选择时应以简化线路设计、方便使用、尽可能减少外部控制器件为原则。

例如:对于输入模块,应优先选择可以与外部检测元件直接连接的输入形式,避免使用接口电路。对于输出模块,应优先选择能够直接驱动负载的输出模块,尽量减少中间继电器等元件。

2.通用性:进行选型时,要考虑到PLC各组成模块的统一与通用,避免模块种类过多。这样不仅有利于采购,减少备品备件,同时还可以增加系统各组成部件的互换性,为设计、调试和维修提供方便。

3.兼容性:选择PLC系统各组成模块时,应充分的考虑到兼容性。为避免出现兼容性不好的问题,组成PLC系统的各主要部件的生产厂家不宜过多。如果可能的话,尽量选择同一个生产厂家的产品。

本文来源于前沿数控技术、《金属加工(冷加工)》2018年第1期、电工电气学习,经产业智能官整理发布后转载