CN106598003A - 用于led灯智能装配生产线的集成控制*** - Google Patents
用于led灯智能装配生产线的集成控制*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于LED灯智能装配生产线的集成控制***,包含生产线管控层,对LED灯智能装配生产线进行一体化管控;生产线执行控制层,与生产线管控层通过工业以太网连接,对LED灯智能装配生产线进行执行控制;执行器控制层,与生产线执行控制层通过总线连接,对LED灯智能装配生产线进行逻辑控制;其中,所述的生产线管控层还与LED灯总装车间制造执行***连接,实现智能装配生产线与LED灯总装车间的无缝集成。本发明采用三层级式架构,具有模块化、柔性化、高可靠、智能化的特点,保证了LED灯智能装配生产线高效、稳定、柔性的装配生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成控制***,具体是指一种用于LED灯智能装配生产线的集成控制***,属于工业自动化技术领域。
背景技术
现有技术中,LED灯的能耗约为普通节能灯的三分之一,并且不含有毒有害物质,是新一代节能环保的照明产品。目前,国内LED灯以手工生产模式为主,生产效率低,质量一致性不高。随着LED灯的普及,市场需求量越来越大,同时企业的用工成本也在不断攀升,致使自动化生产线受到青睐。目前在国内已经投产使用的LED灯自动装配生产线已有近百条。
LED灯智能装配生产线是在自动装配生产线的基础上,进一步提升自动化、数字化、信息化水平,基于智能车间生产模式,并且结合加入自感知、自适应、自主分析决策等智能功能的新一代装配生产线。而集成控制***是LED灯智能装配生产线的核心子***。现有的LED灯智能装配生产线的集成控制***大多采用基于可编程控制器的通用工业控制***,仅具备基本逻辑控制功能,达到“机器换人”的目的;但不具备任何智能管控功能,无法应用于新一代智能生产线。
现有技术中,中国发明专利《LED球泡灯全自动柔性装配线》,专利申请号为201210440423.6,所公开的装配线包括光源装配工作站、电源装配工作站、灯罩装配工作站、中间储料装置、终端储料装置、供料装置和控制***。该发明专利主要阐述了生产线的机械结构、设备功能、工艺方法,虽然提及控制***,但控制***的具体结构、功能、实现方法等并未涉及。并且,该全自动柔性装配线的控制***与本发明的智能控制***也存在本质区别。
中国发明专利《基于ERP的连续染色生产线智能集约控制***》,专利申请号为201110275907.5,所公开的智能集约控制***包括车间级监控***、企业级管理***、以及用于连接两者的中间信息管理***。该发明建立基于订单的工艺模型,使得机床设备工作时能自动调控工艺参数,提高产品质量的稳定性。然而,该智能集约控制***用于连续染色生产线,无法直接或转化应用于LED灯的智能装配生产线。不仅如此,该专利的车间级监控***、中间信息管理***、企业级管理***的结构也与本发明存在本质区别。
基于上述,针对LED灯智能装配生产线研发关键技术,目前亟需提出一种用于LED灯智能装配生产线的集成控制***。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于LED灯智能装配生产线的集成控制***,采用三层级式架构,具有模块化、柔性化、高可靠、智能化的特点,保证了LED灯智能装配生产线高效、稳定、柔性的装配生产。
为了达到上述目的,本发明提供一种用于LED灯智能装配生产线的集成控制***,包含生产线管控层,对LED灯智能装配生产线进行一体化管控;生产线执行控制层,与生产线管控层通过工业以太网连接,对LED灯智能装配生产线进行执行控制;执行器控制层,与生产线执行控制层通过总线连接,对LED灯智能装配生产线进行逻辑控制;其中,所述的生产线管控层还与LED灯总装车间制造执行***连接,实现智能装配生产线与LED灯总装车间的无缝集成。
所述的生产线管控层包括:工控机,实现LED灯智能装配生产线的一体化管控;智能感知***,与工控机通过有线通讯连接,实现LED灯智能装配生产线的智能感知,包括身份识别、视频采集、图像采集、条形码/二维码采集和RFID采集,用于操作人员的信息采集、LED灯智能装配生产线的监控、装配物料信息的采集;智能监控***,与工控机通过无线通讯连接,实现LED灯智能装配生产线的生产状态的智能监控,用于产品信息、质量信息、生产效率的实时可视化。
所述的生产线管控层的工控机内安装有LED灯智能装配生产线管控一体化模块,具体包括:生产状态监控模块,对LED灯智能装配生产线的运行状态进行监控;质量数据分析模块,对产品质量数据进行记录与统计分析;通讯互联模块,实现LED灯智能装配生产线与LED灯总装车间制造执行***间的网络通信;工艺知识库模块,设置并存储LED灯智能装配生产线的工艺参数;智能感知与信息采集模块,对智能感知***进行综合管控;设备健康检测与智能维护模块,对LED灯智能装配生产线和各控制***进行健康检测与智能维护。
所述的生产线执行控制层包括:主PLC,通过工业以太网与生产线管控层的工控机实时通信连接;多个从PLC,依次通过总线与主PLC串联连接;其中,所述的主PLC对所有从PLC的接口进行控制;每个PLC由CPU、IO模块和网络接口模块构成。
所述的生产线执行控制层包括:多个PLC,分别通过工业以太网与生产线管控层的工控机实时通信连接,由工控机对各PLC的接口进行协同控制;每个PLC由CPU、IO模块和网络接口模块构成。
所述的生产线执行控制层内安装有LED灯智能装配生产线执行控制模块,具体包括:光源装配单元执行控制模块,安装在主PLC中,针对光源装配单元的上下料工位、压装工位、拧螺丝工位、点胶工位进行协同控制;电源装配单元执行控制模块,安装在从PLC中,针对电源装配单元的上下料工位、压装工位、灯头铆接工位、通电检测工位进行协同控制;灯罩装配单元执行控制模块,安装在从PLC中,针对灯罩装配单元的上下料工位、压装工位、点胶工位、成品检测工位等进行协同控制;生产线***控制模块,安装在主PLC中,针对光源装配单元、电源装配单元、灯罩装配单元间的传输接驳进行协同控制;生产线接口控制模块,安装在主PLC中,对生产线执行控制层的所有接口进行通信控制;安全控制模块,安装在主PLC中,对LED灯智能装配生产线进行安全控制。
所述的执行器控制层包括:分别与生产线执行控制层的各PLC的IO模块通过IO接口连接的螺丝机控制器、点胶机控制器、自动货柜控制器、振动料盘控制器、通电检测控制器、成品检测控制器,均由PLC执行逻辑控制;分别与生产线执行控制层的各PLC的网络接口模块通过总线连接的触摸屏、机器人控制器、工业相机,均由PLC执行逻辑控制。
所述的执行器控制层内安装有执行器嵌入式控制模块,具体包括:安装在触摸屏内的触摸屏人机交互模块、安装在机器人控制器中的机器人运功控制模块、安装在工业相机内的视觉检测模块、安装在螺丝机控制器中的螺丝机执行控制模块、安装在点胶机控制器中的点胶机执行控制模块、安装在通电检测控制器中的通电检测模块、安装在自动货柜控制器中的自动货柜执行控制模块、安装在振动料盘控制器中的振动料盘执行控制模块、以及安装在成品检测控制器中的成品检测模块,实现触摸屏、机器人、视觉检测、螺丝机、点胶机、通电检测、自动货柜、振动料盘、成品检测的逻辑控制、运动控制、仪器仪表控制。
综上所述,本发明所提供的用于LED灯智能装配生产线的集成控制***,与现有技术相比,具有以下显著优点和有益效果:1)高效率;通过LED灯智能装配生产线执行控制模块和执行器嵌入式控制模块的优化,提高生产效率,充分发挥生产线机械***执行能力;2)高可靠;LED灯智能装配生产线执行控制模块设置有大量冗余、误动作保护、防差错等设计;LED灯智能装配生产线管控一体化模块具有生产状态监控、设备健康检测与智能维护等功能,实现生产线及生产过程的高可靠性;3)模块化;集成控制***采用模块化设计,层级划分清晰,接口简单、明确,不仅易于生产线调试和维护,同时也使生产线具备单元独立运行和人机混线运行能力;4)智能化;集成控制***柔性好,支持多产品规格快速切换,生产线管控层具备智能感知、智能监控等功能,与车间制造执行***无缝对接,适应智能生产线在LED灯总装车间的一体化集成。
附图说明
图1为本发明中的用于LED灯智能装配生产线的集成控制***的结构示意图;
图2为本发明中的用于LED灯智能装配生产线的集成控制***的控制示意图。
具体实施方式
以下结合图1~图2,详细说明本发明的一个优选实施例。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示,本发明所提供的用于LED(Light Emitting Diode,发光二极管)灯智能装配生产线的集成控制***,包含生产线管控层,对LED灯智能装配生产线进行一体化管控;生产线执行控制层,与生产线管控层通过工业以太网(TCP/IP协议,TransmissionControl Protocol/Internet Protocol,传输控制协议/因特网互联协议)连接,对LED灯智能装配生产线进行执行控制;执行器控制层,与生产线执行控制层通过PROFIBUS DP(Process Field Bus Decentralized Periphery,分布式***过程现场总线)总线连接,对LED灯智能装配生产线进行逻辑控制;其中,所述的生产线管控层还提供对外接口,与LED灯总装车间制造执行***(MES)连接,实现智能装配生产线与LED灯总装车间的无缝集成。
如图1所示,所述的生产线管控层包括:工控机,其是生产线管控层的核心控制器,实现LED灯智能装配生产线的一体化管控;智能感知***,与工控机通过有线通讯(例如USB或网口)连接,实现LED灯智能装配生产线的智能感知,包括身份识别、视频采集、图像采集、条形码/二维码采集和RFID(Radio Frequency Identification,无线射频识别)采集;智能监控***,与工控机通过无线通讯(例如蓝牙或WLAN)连接,实现LED灯智能装配生产线的智能监控,包括采用电子看板和手机APP(手机软件)进行监控。
其中,身份识别用于操作人员的信息采集;视频采集和图像采集用于LED灯智能装配生产线中关键位置的监控;条形码/二维码采集和RFID采集用于进行装配的物料信息的采集,建立信息关联。而采用电子看板和手机APP可用于生产状态的监视,实现产品信息、质量信息、生产效率的实时可视化。
如图2所示,所述的生产线管控层的工控机内安装有LED灯智能装配生产线管控一体化模块,具体包括:生产状态监控模块、质量数据分析模块、通讯互联模块、工艺知识库模块、智能感知与信息采集模块、以及设备健康检测与智能维护模块,实现对LED灯智能装配生产线的生产状态监控、质量数据分析、通讯互联、工艺知识库、智能感知与信息采集、以及设备健康检测与智能维护的一体化管控。本实施例中,所述的LED灯智能装配生产线管控一体化模块可基于西门子WINCC或NI LabVIEW平台,结合高级程序语言和ORACLE数据,通过二次开发实现。
其中,所述的生产状态监控模块用于对LED灯智能装配生产线的运行状态进行监控,具有对生产批次、产品数量、合格品数量、生产效率、物料信息、设备报警等信息进行显示和分析的基本功能,以及具有现场视频监控、关键工艺参数监控的高级功能。
所述的质量数据分析模块用于对产品质量数据进行记录与统计分析,将视觉检测、通电检测、成品检测的数据实时上传,并记录在质量数据库中,可进行质量统计分析,质量问题追溯;将螺丝拧紧力矩、压装力、点胶量的关键工艺数据予以记录和分析;其中,产品质量数据可形成电子报表并上传到LED灯总装车间制造执行***。
所述的通讯互联模块用于实现LED灯智能装配生产线与LED灯总装车间制造执行***,或者其它设备生产线、智能装置之间的网络通信,配置主流网络接口和通信协议,接口开放性好,可定制开发。
所述的工艺知识库模块用于设置并存储LED灯智能装配生产线的工艺参数,如螺丝拧紧力矩、压装力、点胶量等;操作人员可调整工艺参数,LED灯智能装配生产线也可根据质量数据自主补充并优化工艺参数。
所述的智能感知与信息采集模块用于对智能感知***进行综合管控,包括身份识别、视频采集、图像采集、条形码/二维码采集、以及RFID采集,并对感知或采集到的信息进行分析处理及可视化操作。
所述的设备健康检测与智能维护模块用于对LED灯智能装配生产线和各控制***进行健康检测与智能维护,通过传感器采集振动、温度、电流等信号,利用智能算法评估LED灯智能装配生产线的健康状态,并根据健康状态和维护周期提示操作人员进行设备维护和检修。
如图1所示,所述的生产线执行控制层包括:主PLC(Programmable LogicController,可编程控制器),采用西门子S7-300系列,通过工业以太网与生产线管控层的工控机实时通信连接;多个从PLC,依次通过PROFIBUS DP总线与主PLC串联连接;其中,所述的主PLC对所有从PLC的接口进行控制。
或者,所述的生产线执行控制层包括:多个PLC,分别通过工业以太网与生产线管控层的工控机实时通信连接,由工控机对各PLC的接口进行协同控制。
所述的PLC由CPU(中央处理单元)、IO(输入输出)模块和网络接口模块构成。
如图2所示,所述的生产线执行控制层内安装有LED灯智能装配生产线执行控制模块,具体包括:光源装配单元执行控制模块、电源装配单元执行控制模块、灯罩装配单元执行控制模块、生产线***控制模块、生产线接口控制模块、以及安全控制模块,实现对光源装配单元的执行控制、电源装配单元的执行控制、灯罩装配单元的执行控制、生产线***的控制、生产线接口的控制、以及生产安全的控制。
其中,所述的光源装配单元执行控制模块安装在主PLC(图1中的PLC1)中,可针对光源装配单元的上下料工位、压装工位、拧螺丝工位、点胶工位进行协同控制。
所述的电源装配单元执行控制模块安装在从PLC(图1中的PLC2)中,可针对电源装配单元的上下料工位、压装工位、灯头铆接工位、通电检测工位进行协同控制。
所述的灯罩装配单元执行控制模块安装在从PLC(图1中的PLC3)中,可针对灯罩装配单元的上下料工位、压装工位、点胶工位、成品检测工位等进行协同控制。
所述的生产线***控制模块安装在主PLC(图1中的PLC1)中,可针对光源装配单元、电源装配单元、灯罩装配单元间的传输接驳进行协同控制。
所述的生产线接口控制模块安装在主PLC(图1中的PLC1)中,对生产线执行控制层的所有接口进行通信控制。
所述的安全控制模块安装在主PLC(图1中的PLC1)中,对LED灯智能装配生产线进行安全控制。
如图1所示,所述的执行器控制层包括:分别与生产线执行控制层的各PLC的IO模块通过IO接口连接的螺丝机控制器、点胶机控制器、自动货柜控制器、振动料盘控制器、通电检测控制器、成品检测控制器,均由PLC执行逻辑控制;分别与生产线执行控制层的各PLC的网络接口模块通过PROFIBUS DP总线连接的触摸屏、机器人控制器、工业相机,均由PLC执行逻辑控制。
如图2所示,所述的执行器控制层内安装有执行器嵌入式控制模块,具体包括:安装在触摸屏内的触摸屏人机交互模块、安装在机器人控制器中的机器人运功控制模块、安装在工业相机内的视觉检测模块、安装在螺丝机控制器中的螺丝机执行控制模块、安装在点胶机控制器中的点胶机执行控制模块、安装在通电检测控制器中的通电检测模块、安装在自动货柜控制器中的自动货柜执行控制模块、安装在振动料盘控制器中的振动料盘执行控制模块、安装在成品检测控制器中的成品检测模块,实现触摸屏、机器人、视觉检测、螺丝机、点胶机、通电检测、自动货柜、振动料盘、成品检测的逻辑控制、运动控制、仪器仪表控制。
以下,以5瓦LED球泡灯的总装生产为例进行详细说明。使用LED球泡灯智能装配生产线,该生产线使用本发明提供的集成控制***。该智能装配生产线具体工作流程是:
1、绝缘套通过振动料盘自动排列,机械手自动上料,并放置在工装夹具上;
2、散热器通过自动货柜供料,机器人自动将散热器套在绝缘套上;
3、气动压装机将散热器与绝缘套压紧;
4、自动点胶机在散热器顶部点导热硅脂;
5、光源板通过自动货柜供料,机器人自动将光源板放在散热器上;
6、自动拧螺丝机将光源板、散热器、绝缘套固连;
7、工业相机对光源板、螺丝等进行图像比对检测;
8、机械手将半成品翻转180°,转移到传送带上,剔除不良品;
9、机械手将半成品从传送带抓起,视觉检测偏转角度,纠正后放置到工装夹具上;
10、电源板通过自动货柜供料,机器人自动将电源板***绝缘套;
11、气动压装机将电源板与光源板对插压紧;
12、连接环通过振动料盘自动排列,机械手自动将连接环预装到绝缘套上;
13、气动压装机将连接环与绝缘套压紧;
14、E27灯头通过振动料盘自动排列,机械手自动将E27灯头插装到电源板上;
15、通电检测装置对半成品加电检测电流、功率等;
16、启动灯头铆接机将检测合格半成品的E27灯头铆接在连接环上;
17、机械手将半成品转移到传送带上,剔除不良品;
18、机械手将半成品翻转180°,放置到工装夹具上;
19、自动点胶机在散热器顶部卡口处点硅胶;
20、灯罩通过振动料盘自动排列,机械手自动将灯罩压入散热器卡口;
21、成品检测装置对产品加电检测光通量、色温、显色指数等;
22、机械手将成品转移到传送带上,剔除不良品。
上述的LED球泡灯智能装配生产线连续试运行8小时,生产线运行节拍达到4.5s,不良品率仅为0.5%,生产效率高,运行稳定。其中,LED灯智能装配生产线管控一体化模块具有生产批次、产品数量、合格品数量、生产效率、物料信息、设备报警、现场视频监控、关键工艺参数监控等功能。产品质量数据的可记录分析,视觉检测、通电检测、成品检测数据实时上传,数据记录在数据分析模块质量数据库中,可进行质量统计分析,质量问题追溯等。螺丝拧紧力矩等关键工艺数据可记录、分析,质量数据可形成电子报表并上传到车间制造执行***。生产线可与车间制造执行***、其它设备或生产线、智能装置进行网络通信,配置主流网络接口和通信协议,接口开放性好,可定制开发。可设置、存储工艺参数,如螺丝拧紧力矩、压装力、点胶量等。工艺人员可调整工艺参数,生产线也可根据质量数据自主补充、优化工艺参数库。控制***具有身份识别、视频采集、图像采集、条形码/二维码采集、RFID采集等功能。智能感知***中分布在生产线多出的传感器采集振动、温度、电流等信号,通过智能算法评估生产线健康状态,根据健康状态和维护周期提示人员进行设备维护、检修。
通过该实施例的实施证明,本发明所涉及的LED灯智能装配生产线的集成控制***应用效果良好,具有性能优势和推广价值。
综上所述,本发明针对现有技术存在的不足,提供一种用于LED灯智能装配生产线的集成控制***,该集成控制***基于生产线管控——生产线执行控制——执行器控制三层级式架构,专门针对LED灯智能装配流水线设计了控制***。以工控机、分布式PLC、嵌入式控制***等为主体构建硬件***,以智能管控一体化模块、执行控制模块、嵌入式控制模块等为主体构建控制***,实现LED灯智能装配生产线的一体化集成控制,解决了生产线智能控制的关键技术。本发明具有模块化、柔性化、高可靠、智能化的特点,保证了LED灯智能装配生产线高效、稳定、柔性的装配生产。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种用于LED灯智能装配生产线的集成控制***,其特征在于,包含:
生产线管控层,对LED灯智能装配生产线进行一体化管控;
生产线执行控制层,与生产线管控层通过工业以太网连接,对LED灯智能装配生产线进行执行控制;
执行器控制层,与生产线执行控制层通过总线连接,对LED灯智能装配生产线进行逻辑控制;
其中,所述的生产线管控层还与LED灯总装车间制造执行***连接,实现智能装配生产线与LED灯总装车间的无缝集成。
2.如权利要求1所述的用于LED灯智能装配生产线的集成控制***,其特征在于,所述的生产线管控层包括:
工控机,实现LED灯智能装配生产线的一体化管控;
智能感知***,与工控机通过有线通讯连接,实现LED灯智能装配生产线的智能感知,包括身份识别、视频采集、图像采集、条形码/二维码采集和RFID采集,用于操作人员的信息采集、LED灯智能装配生产线的监控、装配物料信息的采集;
智能监控***,与工控机通过无线通讯连接,实现LED灯智能装配生产线的生产状态的智能监控,用于产品信息、质量信息、生产效率的实时可视化。
3.如权利要求2所述的用于LED灯智能装配生产线的集成控制***,其特征在于,所述的生产线管控层的工控机内安装有LED灯智能装配生产线管控一体化模块,包括:
生产状态监控模块,对LED灯智能装配生产线的运行状态进行监控;
质量数据分析模块,对产品质量数据进行记录与统计分析;
通讯互联模块,实现LED灯智能装配生产线与LED灯总装车间制造执行***间的网络通信;
工艺知识库模块,设置并存储LED灯智能装配生产线的工艺参数;
智能感知与信息采集模块,对智能感知***进行综合管控;
设备健康检测与智能维护模块,对LED灯智能装配生产线和各控制***进行健康检测与智能维护。
4.如权利要求2所述的用于LED灯智能装配生产线的集成控制***,其特征在于,所述的生产线执行控制层包括:
主PLC,通过工业以太网与生产线管控层的工控机实时通信连接;
多个从PLC,依次通过总线与主PLC串联连接;
其中,所述的主PLC对所有从PLC的接口进行控制;每个PLC由CPU、IO模块和网络接口模块构成。
5.如权利要求2所述的用于LED灯智能装配生产线的集成控制***,其特征在于,所述的生产线执行控制层包括:多个PLC,分别通过工业以太网与生产线管控层的工控机实时通信连接,由工控机对各PLC的接口进行协同控制;每个PLC由CPU、IO模块和网络接口模块构成。
6.如权利要求4所述的用于LED灯智能装配生产线的集成控制***,其特征在于,所述的生产线执行控制层内安装有LED灯智能装配生产线执行控制模块,包括:
光源装配单元执行控制模块,安装在主PLC中,针对光源装配单元的上下料工位、压装工位、拧螺丝工位、点胶工位进行协同控制;
电源装配单元执行控制模块,安装在从PLC中,针对电源装配单元的上下料工位、压装工位、灯头铆接工位、通电检测工位进行协同控制;
灯罩装配单元执行控制模块,安装在从PLC中,针对灯罩装配单元的上下料工位、压装工位、点胶工位、成品检测工位等进行协同控制;
生产线***控制模块,安装在主PLC中,针对光源装配单元、电源装配单元、灯罩装配单元间的传输接驳进行协同控制;
生产线接口控制模块,安装在主PLC中,对生产线执行控制层的所有接口进行通信控制;
安全控制模块,安装在主PLC中,对LED灯智能装配生产线进行安全控制。
7.如权利要求4所述的用于LED灯智能装配生产线的集成控制***,其特征在于,所述的执行器控制层包括:
分别与生产线执行控制层的各PLC的IO模块通过IO接口连接的螺丝机控制器、点胶机控制器、自动货柜控制器、振动料盘控制器、通电检测控制器、成品检测控制器,均由PLC执行逻辑控制;
分别与生产线执行控制层的各PLC的网络接口模块通过总线连接的触摸屏、机器人控制器、工业相机,均由PLC执行逻辑控制。
8.如权利要求7所述的用于LED灯智能装配生产线的集成控制***,其特征在于,所述的执行器控制层内安装有执行器嵌入式控制模块,包括:
安装在触摸屏内的触摸屏人机交互模块、安装在机器人控制器中的机器人运功控制模块、安装在工业相机内的视觉检测模块、安装在螺丝机控制器中的螺丝机执行控制模块、安装在点胶机控制器中的点胶机执行控制模块、安装在通电检测控制器中的通电检测模块、安装在自动货柜控制器中的自动货柜执行控制模块、安装在振动料盘控制器中的振动料盘执行控制模块、以及安装在成品检测控制器中的成品检测模块,实现触摸屏、机器人、视觉检测、螺丝机、点胶机、通电检测、自动货柜、振动料盘、成品检测的逻辑控制、运动控制、仪器仪表控制。
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