柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）源于美国马尔罗西（MALROSE）公司，该公司在1963 年制造出了世界上第一条加工多种柴油机零件的数控生产线。FMS的概念由英国莫林（MOLIM）公司最早正式提出，并在1965年取得了发明专利，1967年推出了名为“Molins System—24”（意为可24小时无人值守自动运行）的柔性制造系统，使FMS正式形成。此后，世界上各工业发达国家争相发展和完善这项新技术，使之在实际应用中取得了明显的经济效益。所谓“柔性”，即灵活性，主要表现在：一是设备柔性，生产设备的零件、部件可根据所加工产品的需要变换；二是批量柔性，对加工产品的批量可根据需要迅速调整；三是工艺柔性，对加工产品的性能参数可迅速改变并及时投入生产；四是工序柔性，指系统改变每种工件加工工序先后顺序的能力；五是扩展柔性，指系统能根据生产需要方便地进行模块化组建和扩展的能力；六是运行柔性，指系统处理其局部故障，并维持继续生产原定工件族的能力。
本文所研究的柔性生产线分加工区、物流区、MPS工作区，设备包括数控车床、数控加工中心、机器人、电伺服轴、12个MPS工作站等。该系统利用多种机械传动方式模拟完成产品的加工、装配、检测、入库等生产流程。构成柔性生产线的各工作站均包括独立的电气和可编程序控制器单元,带有一个标准I/O接口用于与PLC板的连接。图1为柔性生产线组成示意图。
该柔性生产线的工作流程为：气伺服仓库中的气爪手将毛坯从仓库中取出后，传送带将毛坯送至机器人抓取位置，机器人将其放入数控车床和加工中心加工，加工完的工件被机器人放到提取工作站，然后开始在不同的MPS工作站中完成检测、装配、入库等生产流程。
一、柔性生产线中央控制器设计
柔性生产线中的MPS工作站由PLC或LOGO控制器进行控制；电轴导轨由伺服电动机控制器进行控制；数控机床、机器人分别由自己的控制器进行控制。但要保证柔性生产线的正常工作，需由一个中央控制设备来处理各设备间的I/O协议，控制系统中各设备工作的先后顺序等。该柔性生产线设计由一个中央控制柜来控制整个生产线，该中央控制柜主要由siemens300plc、伺服电动机控制器、RIABOX等组成。
中央控制柜中的siemens300plc与机器人、数控机床、电伺服轴都建立通信连接，有相互的输入、输出，图2为中央控制柜PLC的通信示意图。工作时PLC将收集到的输入、输出信号分配到各设备控制器中，然后各设备控制器根据不同的I/O信号，执行不同的工作，完成柔性生产线的正常运行。
中央控制柜里的PLC为柔性生产线的总控设备，负责收集和处理I/O信号。工作时将收集到的输入、输出信号分配到各设备中，然后各设备的控制器根据不同的I/O信号执行不同的工作，完成柔性生产线的正常运行。中央控制柜中的PLC共有7个程序，其中OB1为主程序，采用无条件调用程序模式。FB1、FC1～FC5为子程序，FB1为生产线工作流程程序，FC1伺服电轴位置控制程序，FC2机器人抓控制程序，FC3电伺服轴使能控制程序，FC4为限位开关程序，FC5为系统停止程序。其中FB1采用流程图编写，FC1～FC5采用“T型图”编写。
二、中央控制柜PLC与数控机床的控制连接
柔性生产线中数控机床由加工中心MILL55和数控车床TURU55组成。中央控制柜PLC控制数控机床的内容包括：气动门的开关、程序的启动、机床复位、停止进给、机床报警（机床夹爪的开合由机器人控制器进行控制）。在数控机床输入输出信号中，E表示输入信号，A表示输出信号；当机床输出信号时，对应PLC则有一个输入信号，当机床要输入信号时，则对应PLC会输出一个信号；数控机床的信号地址为PLC中的“3”号位地址。表1为EMCO加工中心（MILL 55）、EMCO数控车床（TURN55）与PLC对应的I/O列表。
三、中央控制柜PLC与机器人的控制连接
1.机器人的控制
机器人在柔性生产线工作过程中主要起物流作用，包括：将工件放入机床中；从机床中取出工件；从传送带中抓取毛坯；将加工完成的工件放置在提取工作站；控制机床夹具的开合等。机器人有独立的控制器，能通过cosirop软件编程完成对机器人的控制。机器人在工作过程中的位置如图3。
2.机器人工作流程
机器人的工作流程为：初始状态时机器人在POS99位置，当POS1检测有工件时机器人去抓取工件，然后将工件放入POS2（turn55）车削加工；加工完后取出，取出后再放入POS3（mill55）进行铣削加工，加工完后将工件放入POS4，进入MPS工作站。机器人工作程序如图4所示。
3.机器人控制器的输入、输出信号
机器人控制器中的I/O接口有32位，分别是16位输入和16位输出。其中I0至I5和Q0至Q3地址未接信号；I6、I7、I14、I15、Q4、Q5、Q6、Q7与数控机床连接；其他I/O地址与中央控制柜中的PLC连接。其I/O对应地址及作用如表2，其中未写出地址表示没用上。
四、中央控制柜PLC与电伺服轴的控制连接
电伺服轴的I/O与PLC进行连接，进而完成对伺服轴电动机的控制。该电伺服轴机构属于半反馈系统，通过检测电动机的转数来检测精度。电动机参数由Wmemoc__3_3软件进行设定后下载。伺服电动机的输入信号有：2个使能信号，4个位置信号，2个极限位置信号；输出信号为3个工作位置信号，如表3。
本文介绍了研究对象柔性生产线的组成、控制模式、连接方法等，着重介绍了中央控制器与数控机床、机器人、电伺服轴的控制连接。该系统通过SIEMENS300控制器来接收各工作单元信号，同时根据程序给各工作单元发出信号，保证整个系统的正常运行。在控制过程中，充分利用机器人控制器完成对系统的控制，提高了工作效率；在程序编制上，充分应用子程序来提高程序效率。该控制系统的建立，将柔性生产线中的各工作单元连接在一起，同时可以通过改变中央控制器PLC程序来调整工作流程，从而实现真正的“柔性生产”。
（作者单位：北京电子科技职业学院）
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