一個(gè)單人防差錯(cuò)工作站電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐思源

摘 要：設(shè)計(jì)了一套適應(yīng)多種同類產(chǎn)品的單人操作防差錯(cuò)工作站電控系統(tǒng)。該系統(tǒng)的功能是根據(jù)輸入的產(chǎn)品型號(hào)，確定工件取放的順序；可監(jiān)測(cè)輸入工件的數(shù)量；記錄各個(gè)品種的使用數(shù)量和批次；記錄工人組裝順序；通過(guò)監(jiān)測(cè)取放工件的時(shí)間和工件盒重量的變化情況，判斷可能的存在的誤操作行為，通過(guò)語(yǔ)音播放提醒操作者注意；對(duì)出現(xiàn)錯(cuò)誤取放工件的情況，進(jìn)行語(yǔ)音和聲光報(bào)警處理。本文就其設(shè)計(jì)思想、工作原理、控制方案、程序設(shè)計(jì)等要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)稳朔啦铄e(cuò)工作站 誤操作 語(yǔ)音提醒

中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）05（c）-0037-02

Abstract：The electric control system of the single error-proofing workstation was designed for adapting to many varieties of the same kand of products.The systems function include determining the pick-and-place sequence of parts through inputting the product type and include monitoring the quantity of parts and recording the used quantity of parts 、 recording the production orders 、 recording the assembly sequence of operator and include providing alarm for the error operation with voice and sound-light through monitoring the pick-and-place time of the part and the weight of the workpiece box. The design idea and the working principle and the control scheme and the programming was discussed.

Key Words： Single error-proofing workstation； Error operation； Voice alerts.

隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品成本降低、產(chǎn)品質(zhì)量提高、產(chǎn)品更替快速、產(chǎn)品制造周期縮短等需求日趨迫切，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性的要求跟著不斷提高。防差錯(cuò)工作站由控制管理工控機(jī)、控制plc、各個(gè)品種工件數(shù)量檢測(cè)傳感器、加工工具、組裝后檢測(cè)傳感器組成。本文設(shè)計(jì)的單人防差錯(cuò)工作站電控系統(tǒng)，通過(guò)指示燈提示指引操作者取到正確的工件，并判斷抓取工件的準(zhǔn)確性，保證產(chǎn)品的安裝無(wú)遺漏，并可將工件數(shù)量、工件組裝順序、各個(gè)傳感器的變化值和各個(gè)工件抓取和安裝耗費(fèi)時(shí)間發(fā)給控制管理工控機(jī)，用于追溯和統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

1 系統(tǒng)組成與功能分析

設(shè)計(jì)防差錯(cuò)工作站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

指示燈提示貨架部件主要由提醒正確取貨位置的光柵、工件檢測(cè)秤傳感器、工件盒、工件盒范圍檢測(cè)光柵等組成。操作員按照提醒正確取貨位置的光柵的指示抓取工件，控制系統(tǒng)記錄工件抓取前后的相應(yīng)取貨位置的重量，以及工件的抓取時(shí)間。控制系統(tǒng)根據(jù)重量變化和工件抓取時(shí)間判斷抓取的正確性，避免誤碰引起的報(bào)錯(cuò)提示。當(dāng)未按指引提示抓取工件時(shí)，語(yǔ)音提示并且聲光報(bào)警。

工具掛架部件主要由工具檢測(cè)力傳感器、工具掛件、工具掛架上的提示指示燈組成。操作員按照提示燈指示抓取工具對(duì)工件進(jìn)行加工，加工完成后，將工具放回工具掛架，當(dāng)放錯(cuò)位置時(shí)，控制系統(tǒng)觸發(fā)聲光報(bào)警。

裝配臺(tái)部件由提醒正確取貨位置的光柵、工件檢測(cè)秤傳感器、工件安裝夾具等組成。用于提示是否進(jìn)行裝配，控制系統(tǒng)記錄每個(gè)工序裝配過(guò)程中的重量變化值。

防錯(cuò)工作站系統(tǒng)布局圖，如圖1所示。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

防錯(cuò)工作站系統(tǒng)的控制框圖如圖2所示，硬件主要由研華工控機(jī)、omron nj301型plc、ethercat站點(diǎn)、各個(gè)傳感器、光柵組成。圖中ethercat站點(diǎn)均由模擬量、數(shù)字量i/o輸入輸出模塊組成。

2.1 防錯(cuò)工作站系統(tǒng)的工作要求

（1）指引操作者抓取工序工件或工具，放入指定的位置。

（2）當(dāng)控制系統(tǒng)判斷操作者違反安裝順序時(shí)，聲光報(bào)警提示操作者，確認(rèn)后繼續(xù)進(jìn)行工序的安裝?？刂葡到y(tǒng)具有誤碰判斷功能。

（3）記錄操作情況包括中斷操作和確認(rèn)操作。

（4）記錄操作過(guò)程中各工序傳感器的變化情況。

（5）控制系統(tǒng)判斷工件抓取情況，不確定工件是否抓取和安裝時(shí)，只進(jìn)行語(yǔ)音提示。

（6）工作流程為。

操作員觸碰取工件位的指引光柵→記錄當(dāng)前時(shí)間、工序號(hào)和開(kāi)始記錄傳感器的值→操作員離開(kāi)指引光柵 判斷是否為操作員誤碰→記錄當(dāng)前時(shí)間，結(jié)束記錄傳感器的值→按照指引放置工件到裝配位置→操作員觸碰裝配位指引光柵→判斷是否為操作員誤碰→記錄當(dāng)前時(shí)間、工序號(hào)和開(kāi)始記錄傳感器的值→操作員離開(kāi)裝配位指引光柵→按照指引進(jìn)行下一步操作。

2.2 核心器件

控制plc采用omron nj301-1100，具有以太網(wǎng)通訊接口

NX 數(shù)字輸入單元I/O輸入模塊采用omron GX-ID1618 NPN輸入

NX數(shù)字輸出模塊采用omron GX-OD1618 NPN輸出

NX 模擬量輸入模塊采用omron GX-AD0471

2.3 傳感器的選用

本系統(tǒng)中力傳感器用于檢測(cè)掛架的重量的變化，秤傳感器用于檢測(cè)工件或加工工件受力的變化。指示光柵用于提示在正確的位置操作，并且作為工序加工的順序判斷。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

防錯(cuò)工作站系統(tǒng)是順序控制。所以plc采用步進(jìn)順控指令編程。plc控制程序包括初始化程序、復(fù)位程序和自動(dòng)運(yùn)行程序。研華工控機(jī)程序分為初始化程序，狀態(tài)監(jiān)測(cè)程序、狀態(tài)分析處理程序、數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫程序、語(yǔ)音播放程序。

啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的裝配位置沒(méi)有工件并且系統(tǒng)處于第一工序狀態(tài)，啟動(dòng)后操作員不斷裝配生產(chǎn)，工作完成后，按下停止按鈕，使系統(tǒng)處于待機(jī)等待狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

防錯(cuò)工作站主要應(yīng)用于多品種同類產(chǎn)品的手工裝配工作中，控制plc通過(guò)工控機(jī)獲取產(chǎn)品的名稱，進(jìn)行產(chǎn)品加工導(dǎo)引，有效的保證了零件的裝配順序。通過(guò)檢測(cè)取料架工件盒和裝配工裝的重量的變化情況和取料時(shí)間的評(píng)估判斷，提醒操作者注意可能發(fā)生的問(wèn)題，有效的減少了漏裝和錯(cuò)裝情況的發(fā)生。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于產(chǎn)品裝配線上，結(jié)果表明性能穩(wěn)定，效果很好，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 張學(xué)凱.防錯(cuò)技術(shù)在電子產(chǎn)品生產(chǎn)線的應(yīng)用研究.上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.4.

[2] 王軍，王日梅，張雷.焊接生產(chǎn)線防錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用[J].汽車工程師，2010（5）：57-59.

[3] 王軍，輦麗麗.防錯(cuò)技術(shù)在汽車車身焊裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2010，27（3）：10-12.

[4] 李科維.裝配防錯(cuò)系統(tǒng)在汽車混裝生產(chǎn)線的應(yīng)用[J].中國(guó)儀器儀表，2010（10）：54-57.