一种新型自动化生产线的设计

王景学 杨学敏

摘 要：模拟企业真实生产，设计了一种可以实现供料、加工、分拣、输送的自动化生产线。并完成该新型自动化生产线结构设计、气动系统设计、电气系统设计和触摸屏组态，通过编写程序，系统调试，达到了控制要求。

关键词：自动化生产线;触摸屏

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.28.096

1 引言

随着自动化生产线的广泛应用，企业对机电一体化设备生产、运行、安装、调试和维护维修等工作岗位人才的要求也越来越高。因此，培养能够综合运用机、电、液气等知识的技术技能型人才迫在眉睫。目前，各院校纷纷从企业购买自动化生产线设备，虽然能够满足教学要求，但十几万甚至是几十万的价格，限制了采购数量，导致教学过程中设备严重不足，影响了教学质量。我们设计的这种新型自动化生产线将机械加工技术、PLC控制技术、传感器技术、步进电机及驱动技术等多种技术综合运用，模拟企业真实生产过程，完成物料的自动供料、加工、运输和分拣。该设备不仅符合教学要求，而且完全满足企业对机电一体化专业人才培养的需要。同时我们对区内外多家企业进行调研，针对会发生任何人都能操作设备的问题，采用触摸屏控制、监控自动化生产线工作站的运行状况，创新性的为操作员和管理员设置登录密码，解决了设备工作权限的问题。

2 设计思路

基于工业实际生产要求考虑，这种新型自动化生产线的设计主要满足四个要求：①工作稳定、可靠;②工作过程中动作精准到位;③动作反应灵敏;④可以设置工作权限。因此，在自动化生产线的电气控制上使用1台三菱FX1N-40MT型PLC控制步进电动机实现物料的自动供料、加工、运输和分拣整个工作过程，满足“稳、准”的要求;采用气压传动，通过PLC协调控制各工作站，提高工作效率，实现“快”的要求，并经过不断讨论，最终确定采用触摸屏控制，创新性设置操作员和管理员登录界面，用密码登录，实现区分工作权限的要求。

3 项目设计

该新型自动化生产线的设计包括四部分：①自动化生产线各工作站的结构设计;②气动系统设计;③电气系统设计;④触摸屏组态、程序编写和系统调试。

3.1 结构设计

应用气动，电气，机械技术，设计能够自动推料、复位的供料站;能够实现旋转90度、伸缩、抓取三个动作的气动机械手;能够实现自动接料，冲压的加工站;能够自动停止在工作位置和推料位置的输送带，新型自动化生产线示意图如图1所示。

供料站：可以储存物料并可以自动进行推料。推料由一个笔形气缸完成。

机械手：可以完成旋转、伸缩、吸盘抓料的动作。旋转动作由旋转气缸完成，伸缩与抓取是由三個笔形气缸和一个吸盘完成。

加工站：可以进行模拟冲压且能够自动完成上料下料动作，上下料由一个笔形气缸及托盘完成，冲压由单独的笔形气缸完成。

输送站：由步进电机控制，可以准确停止在所需位置。

分拣站：由气缸完成推出动作，完成金属物料和非金属物料的分拣任务。

3.2 气动系统设计

新型自动化生产线供料站推料，机械手伸缩、吸盘抓料，加工站上下料、冲压和分拣站推料均使用二位五通电磁阀控制笔型气缸，机械手左右旋转使用旋转气缸控制，部分气动原理图如图2所示。

3.3 电气系统设计

新型自动化生产线模拟实际工厂生产中的供料、加工、输送和分拣流程，由供料站推出金属和非金属两种小长方体物料，机械手抓取物料送到加工站进行加工，加工完成后，机械手抓取物料送到输送站，输送站将物料送到分拣站进行分拣，合格产品被送入到送料小车运走，不合格产品被推入料槽，人工取走。因此，在新型自动化生产线电气系统的设计中考虑到以下事项：

（1）储存在料仓中的物料经推料机构送到输送带上。当执行完毕，输送带运动一定的距离，将物料送到机械手下。

（2）在输送带上的物料经机械手抓取，送到加工站的料盘里，这时机械手到达安全位置，加工站料盘缩回，缩回到位后，冲压机构向下冲压，模拟实际生产中的冲孔动作，冲压完毕，料盘将物料送出，这时机械手再将物料抓起，输送带携带物料继续运行。

（3）输送带运行一段距离，在装有金属检测传感器处停留，待检测完毕，非金属物料由推料机构送入送料小车中，金属物料送入到储料仓中。

（4）送入送料小车的工件，被小车运走。

（5）重复第一步到第四步继续工作。

基于新型自动化生产线控制要求的考虑，采用三菱FX1N-40MT型PLC控制Kinco 2S56Q-02976型步进电动机，实现供料、加工、运输和分拣整个工作过程“稳、准”的要求;通过PLC协调各工作站运行，采用AirTAC 4V110-06型电磁阀和气压传动技术，满足快速性要求;采用昆仑通态MCGS TCP7062型触摸屏，完成对各工作站的单站/全线控制，并且监控各工作站运行状况，为操作员和管理员设置登录密码，实现区分工作权限的要求。新型自动化生产线PLC输入输出I/O分配表如表1所示。

3.4 触摸屏组态、程序编写和系统调试

在完成新型自动化生产线的结构设计、气动系统设计和电气系统设计之后，为了监控设备的单站/全线运行，创新性的为操作员和管理员设置登录密码，区分工作权限，防止操作人员以外的其它人员对设备进行误操作，解决了设备工作权限的问题，登录界面如图3所示。

完成触摸屏组态，编写PLC程序，完成系统调试，达到新型自动化生产线设计的工作稳定、可靠，工作过程中动作精准到位，动作反应灵敏和可以设置工作权限的四个工作要求，经过验证，该款自动化生产线完全满足上述要求，编写的部分PLC程序如图4所示。

4 项目总结

新型自动化生产线模拟了企业真实的供料、加工、分拣和运输过程，将机械技术、PLC控制技术、传感器技术等多种技术综合应用，通过触摸屏控制解决按钮控制不能设置操作权限的问题，通过编写程序、系统调试，实现了自动化生产线的四个设计要求。

参考文献

[1]何用辉.自动化生产线安装与调试[M].北京： 机械工业出版社，2015.

[2]王荣华.自动化生产线安装与调试[M].武汉： 华中科技大学出版社，2019.