基于PLC的无刷电机定子生产线控制系统研究

摘要

随着“中国制造2025”计划的逐步实施，国内依靠廉价劳动力、粗放式发展的制造业，正面临着产业转型升级，多品种、小批量需求已经成为一种趋势。无刷电机在计算机外围设备、家电产品、医疗器械、汽车、精密电子等行业的广泛应用，使得各大电机生产厂家相继投入大量资金用于无刷电机的研发。传统的无刷电机生产没有自动化的生产线，只有一些自动化专机设备，工序与工序之间靠人工搬运完成，工人劳动强度大，生产环境恶劣，质量无法保证。因此，对无刷电机自动化生产线控制系统的研究具有重要的现实意义。本课题以X公司无刷电机生产线建设为背景，以PLC为控制核心，用工业机器人将定子生产线中的各专机设备连接起来组成自动化生产线，具体研究内容如下:
　　首先，对无刷电机定子生产线进行了整体规划，分析了人工无刷电机定子生产现状及存在问题，提出了一种以工业机器人进行上下料的无刷电机定子自动化生产工艺，将生产线规划为4个工位并由4台六轴工业机器人完成上下料。经过生产线平衡分析，该生产线平衡率达到了91.04％，工业机器人的估算节拍均不大于生产节拍(57s)，满足预先设定的目标。
　　其次，在SolidWorks中建立了生产线的三维模型，采用数字化虚拟仿真软件DELMIA对整条生产线进行了运动仿真分析，验证了生产线整体布局的合理性，并对工业机器人进行了运动规划、碰撞与干涉检测以及生产节拍的仿真分析和优化。结果表明，仿真优化后的机器人1～机器人4的节拍分别减少到40.1s，51.9s，55.2s，52.3s，满足要求的节拍，验证了生产线整体规划的合理性。
　　最后，对控制系统进行了总体方案设计、网络架构设计以及硬件选型，控制系统采用总线拓扑结构，用PROFIBUS-DP网络进行组网设计，以S7-1200为主站(Master)，FANUC机器人控制器为从站(Slave)。规划了控制系统流程图、顺序功能图，系统软件采用模块化编程，将无刷电机定子生产线控制任务划分为公用程序、自动程序、手动程序等若干子任务，进行了人机交互界面设计，实现了上位监控和远程控制等功能，并在TIA Portal软件中进行硬件组态、使用梯形图语言编写程序以及仿真调试，排除程序中不合理之处，从而缩短现场的调试时间。
　　结果表明，该无刷电机定子生产线控制系统能够按照要求节拍完成生产任务，大大提高了无刷电机定子生产的自动化程度，具有较高的实用价值。

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摘要

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第一章 绪论

1．1 课题研究来源、背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电机生产技术国内外研究现状

1．2．2 工业机器人仿真研究现状

1．3 课题研究的目的、内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．4 本章小结

第二章 无刷电机定子生产线整体规划设计

2．1 无刷电机定子生产线现状分析

2．1．1 人工无刷电机定子生产工艺流程

2．1．2 生产线存在问题分析

2．2 基于相关理论的生产线整体方案设计

2．2．1 精益生产理论

2．2．2 生产线平衡理论

2．2．3 无刷电机定子自动化生产线整体方案设计

2．3 无刷电机定子生产线整体布局设计

2．3．1 生产线整体布局设计

2．3．2 主要设备

2．3．3 机器人节拍估算

2．4 本章小结

第三章 基于DELMIA的无刷电机定子生产线仿真分析

3．1 DELMIA软件仿真流程

3．2 设备建模与生产线布局

3．2．1 设备建模与布局

3．2．2 验证布局合理性

3．3 工业机器人运动规划

3．3．1 机器人正向运动学分析

3．3．2 机器人逆向运动学分析

3．3．3 机器人运动规划

3．4 运动仿真分析与节拍优化

3．4．1 运动仿真分析

3．4．2 机器人运动节拍优化

3．4．3 生成离线程序

3．5 本章小结

第四章 无刷电机定子生产线控制系统设计

4．1 控制系统硬件设计

4．1．1 控制系统设计说明

4．1．2 控制系统总体方案设计

4．1．3 控制系统网络架构设计

4．1．4 控制系统硬件选型

4．1．5 伺服控制系统设计

4．1．6 电气线路设计

4．2 控制系统软件设计

4．2．1 控制系统流程图设计

4．2．2 软件架构设计

4．2．3 顺序功能图设计

4．3 人机交互系统设计

4．4 控制系统仿真调试

4．4．1 硬件组态

4．4．2 程序仿真调试

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 课题总结

5．2 课题展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况