现代电控技术在柔性自动化生产线中的应用

颜爱国

【摘  要】随着工业自动化水平的快速发展，自动化生产线的应用日益提升，对掌握现代电控技术的人才需求量增大，本文介绍了现代电控技术在柔性自动化生产线搬运单元中的应用，从电气、机械、气动等方面介绍了如何设计搬运单元，有助于提升学生综合运用所学知识，提升技能水平。

【关键词】柔性自动化生产线;搬运单元;可编程控制器

中图分类号：TP 文献标识码：A

随着工业自动化的快速发展，柔性生产线在各行各业广泛应用，其中搬运单元融合了机械、电气、液压、气动等各种技术，作为控制核心，西门子S7-200PLC在系统中的作用尤为重要，其性价比高，设计方便可靠，需要在教学中着力训练，提升学生整体系统设计的水平。

1电控柔性离合系统概述

1.1系统构成

电控柔性离合器系统总成搭载传统变速箱，取消了脚踏离合器总成，具有自动变速器的简洁操纵功能，可使公交驾驶人员不需要频繁踩离合器，从而减轻其劳动强度，并且不增加油耗，是一款符合中国现实国情的手自动一体变速箱。电控柔性离合系统由电磁离合器、液力耦合器、传感器和控制器构成，电控柔性离系统通过传感器检测车辆的运行工况，将检测到的信号转换成电信号，经过单片机处理做出判断，输出命令控制电磁离合器的分离和接合。驾驶人员通过电控模式只需要按下换挡手柄上的离合按钮，然后选择所需挡位后就可以实现车辆起步或者换挡，操作简单、省力，具备传统操离合器所没有的多种优点。其创新点在于利用了工业上很成熟的电控离合器和液力偶合器取代传统离合器，在原有机械变速箱基础上进行改造，即在总体传动结构不变的情况下，通过加装该系统来实现的。在电控系统的控制下实现发动机与变速箱的离合状态，从而实现车辆的平稳起步和换挡，可靠性高。

1.2系统工作原理

电控柔性离合系统是通过控制器控制电磁离合器的分离与结合，实现力矩的传递，控制器通过采集各个传感器的信号，根据采集到的挡位信号、油門踏板信号和手柄开关信号等，对电磁离合器的执行机构发出分离或者接合的命令。当控制器检测到开关手柄信号处于接通位置时，电磁离合器线圈接通励磁电流就会产生磁力然后吸合衔铁片，离合器处于接合状态，力矩就从主动侧传递到被动侧。反之同理，当检测到开关手柄开关信号处于关断位置时，电磁离合线圈不通电，电磁力消失即会将衔铁弹开，离合器就处于分离的状态，从而实现换挡变速。

1.3系统优点

1）节能环保、符合国家的产业扶持政策。传统手动挡模式对摩擦片和离合器压盘使用寿命影响大，平均3到6个月就要更换一次摩擦片。摩擦片为石棉材料，磨损会产生粉尘引起环境污染。加装电控柔性离合系统的公交汽车，没有了传统摩擦片，也就从根本上杜绝了因摩擦片引起的粉尘污染。并且加装该系统的公交汽车，不存在半离合状态工况，传动效率始终保持在97%以上，因此不会增加油耗。城市拥堵路况下可节能5%以上，该系统完全符合国家的产业扶持政策。

2）操作简单、安全舒适，减轻驾驶员劳动强度。驾驶加装电控柔性离合系统汽车，去掉了脚踏离合器系统，比传统离合器汽车，劳动强度可减小70%以上。主要原因如下：（1）换挡取消了脚踏动作，只需按下手柄开关按钮，挂挡之后松开即可;（2）起步无需控制半离合点;（3）起步后停车无需摘空挡;同时，系统由于操作简便，驾驶人员只需全神贯注观察路况运行，可使行车事故障概率降低，提高了公交汽车运行的安全性，也能够有效提高公交汽车平稳性及乘坐的舒适性。3）系统有效的降低了行车噪音，能够延长发动机和变速箱的使用寿命。系统构建了发动机和变速箱之间的“软”连接传动系统，由于偶合器是液体工作介质“软”性连接，液力传动起一定的吸收、衰减和缓冲的作用，能有效降低公交车发动机和其它传动部件的工作噪音。4）价格低廉，可靠耐用，市场接受度高电控柔性离合系统价格仅为国内外AT、AMT等相应产品价格的1/3-1/5，价格优势明显。系统采用了很成熟的偶合器和电控离合器等工业产品，可靠性高，使用寿命都超过了公交汽车的使用年限，彻底解决了公交汽车离合器后期使用不经济的公交难题。另外，的主要部件还可以重复利用，而且因为全部采用国产部件，维修成本很低，市场接受度较高。

2搬运单元整体技术要求

自动化生产线中搬运站有机械和电气两部分。机械部分由无杆气缸、薄型气缸、手爪、指型气缸等组成，传感器主要用到磁性传感器，工作台布置按钮、转换开关等;电气部分由可编程序控制器、I/O 接口板、直流电源、各类换向阀、通讯板等组成;搬运单元的主要作用是将物料从前一站取出，搬运到下一站或输送线中，整个动作过程循环往复动作。各组成部分的作用如下：

摆台：由无杆气缸控制，主要实现左向、中间、右向三个位置的控制。

臂单作用气缸：控制摆台臂上升和下降，单项电磁阀得电，臂下降;失电，臂上升。

电磁阀：主要用到单电控两位五通阀和双电控两位五通阀，主要用来换向。

推料气缸：指型气缸完成废料的推出。

废料盒：系统检测出的废料，由推料气缸推出储存到废料盒中。

气动手指：负责夹紧物料和松开物料。

3硬件配置

根据控制要求，结合生产线实际情况，综合考虑性能及性价比，硬件选择如下：

（1）控制电源：直流开关电源220V/24V;

（2）可编程序控制器：型号西门子S7-200PLC CPU224;

（3）电磁阀：型号为4V120-06;

（4）调速阀：单向节流阀;

（5）磁性传感器：D-C73L;

（6）薄型气缸：CDJ2B16-30;

（7）气动手指：MHZ2-16D。

4气动回路设计

搬运单元气动控制系统是执行机构，该执行机构的动作功能是由PLC 控制实现的。

其中1B1、1B2、1B3 是三个磁性开关，安装在左中右三个位置;1Y1、1Y2 是控制无杆气缸的两个三位五通电磁阀;2B1、2B2 是两个磁性开关，安装在薄型气缸的上下两个位置;2Y1 是控制双作用气缸的单电控两位五通电磁阀;3B1 为安装在手爪的夹紧工作位置的磁性传感器，反状态表征松开;3Y1、3Y2 是控制推料气缸的单电控两位五通电磁阀;4B1 是一个磁性开关，安装在推料气缸的两个极限工作位置。4Y1 为控制推料气缸的单电控两位五通电磁阀。

5编程设计

根据控制要求，结合系统特点，分配I/O 如下：

工作流程如下：搬运分拣单元接收到上一站的允许取料信号后，机械手右移搬运工件，如果是不合格工件，就将物料放到废料台，由推料气缸把废料推到废料盒中;如果合格工件，机械手搬运到下一站并给下一站送出取料信号，搬运单元在生产线中的作用是把生产线中产生的废料进行分拣，并将其放至废料存储器中;然后把合格工件搬运到下一站，然后系统回到原位重复操作。

根据工作流程，设计编程流程：初始状态》臂下降》夹紧工件》臂上升》横臂右移》臂下降》松开工件》臂上升》横臂左移……

根据流程图设计PLC 程序，将编制好的程序送入PLC 并运行。上电后按“开始”按钮，PLC 控制系统运行，搬运分拣站把废料分拣到废料盒中，如果是合格产品，则将物料从前一站搬运到后一站。按“停止”按钮，系统停止运行。

搬运单元在自动化生产线中是必不可少的一个单元，作用尤为突出，融合了PLC、传感器、电动等控制技术，是知识及技能的综合应用，在培训教学过程中要着重练习，使学生掌握实践技能，提升技能水平，满足自动化工控企业的人才需求。

参考文献：

[1]江波.现代电控技术在柔性自动化生产线中的应用[J].科技经济导刊，2017（26）：108.

（作者单位：湘潭中创电气有限公司）