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摘要：在工业生产领域中，自动化技术得到了广泛应用，工业机械手成为了重要设备，使传统生产线变成自动化生产线。但在此前提下，因为现代工业生产规模不断扩张，以往分散式单片机控制系统会造成许多人工管理上的阻碍，不利于生产效率等，对此有相关研究提出了PLC控制系统，该系统可以将所有工业机械手集成，并给人工提供一体化管理功能，以改善传统控制系统问题。
关键词：PLC；自动化生产线；控制系统设计
引言
自动化生产线简称自动线，是在流水线的基础上逐渐发展起来的，是一种先进的生产组织形式，是由工件传送系统和控制系统组成，能实现产品生产过程自动化的一种机器体系。通过采用一套能自动进行加工、检测、装卸、运输的机器设备，组成高度连续的、完全自动化的生产线，来实现产品的生产。
1 PLC概念
又称可编程逻辑控制器，是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。其特点工作可靠、编辑程序快速。PLC的基本组成部件与计算机相似，有中央处理器、存储器、外部设备接口（打印机、监控设备、条码读入器）等等。当PLC进入正常的运行之后，工作流程为：第一步输入采样，第二步用户程序执行和第三步输出刷新。
2控制系统的硬件组成
自动生产线控制系统的硬件由PLC、传感器、执行部件、网络通信系统等构成。PLC的型号比较多，但是结构和工作原理基本相同，主要由电源、主机、I/O接口、扩展器接口和外部设备接口等组成，PLC具有可靠性高，抗干扰能力强；编程简单，使用方便；控制灵活；功能性强；系统设计方便等优点，尤其是程序编程采用了以继电器控制线路为基础的梯形图语言，程序编制直观、形象、简单易学。传感器是生产线中的检测元件，感应到被测对象，按照一定的规律转变为电信号输出，主要有电感传感器、光纤传感器、磁性开关等。生产线中的执行部件主要由变频器、伺服驱动以及电动机组成，主要控制工件的运行顺序、速度以及运动的方向和行程的大小等。通信系统主要将工作的各个单元相互连接起来，形成一个整体，相互之间可以将信息进行交换，提高设备的控制能力，实现了集中处理，分散控制的工作要求。
3基于PLC的自动化生产线控制系统设计
3.1供料单元设计
供料单元主要包括摆动模块、料仓模块。贴有条形码的工件存放在料仓之中，在生产过程中，存放于料仓的工件会被双作用气缸将推送至指定位置。利用传感器检测料仓中是否有工件。双作用气缸的位置可利用电感式传感器检测。双作用气缸伸缩速度通过单向节流阀进行调节。条码扫描枪将扫描条形码，将相关数据传输至PLC对比工件的种类数据，将对比结果传送至上位机。摆动模块的吸盘吸取料仓中推出的工件，利用真空检测开关确认工件是否被吸取，通过摆动缸驱动摆臂将工件传送至传送带。功能单元的生产动作顺序设计如下：（1）检查料仓，有工件则继续下一步生产动作；没有工件则报警，等待放入工件；（2）摆动缸移动至“下一个工位”位置；（3）回缩双作用气缸，推出工件；（4）条码扫描器扫描条形码；（5）双作用气缸转移至“料仓”位；（6）启动。吸起工件，真空开关切换；（7）伸出双作用气缸，落放工件；（8）双作用气缸转到“下一工位”位；（9）真空关闭；（10）摆动缸转到“料仓”位。
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3.2运输单元设计
输送单元的机械结构由机械手装置、拖链装置、接线端口等部件组成，控制器件由PLC模块和按钮/指示灯模块等部件组成。输送单元所需要I/O点较多，包括传感器信号、指示灯模块信号、输出信号（包括电磁阀控制信号和输出到伺服电机驱动的脉冲信号）等，因此，本单元选用的是三菱FX1N-48MT型PLC，24点输入。设计分析：输送单元控制过程包括机械手到各工作单元物流台取件以及机械手的定位控制。此系统主程序主要包括上电初始化、复位过程、投入运行、处理急停等阶段，复位子程序主要检查各执行元件是否在初始位置，机械手是否在原点位置。系统运行时，每一个扫描周期都会调用急停处理子程序，有急停动作时，主控制停止执行，急停复位后，若在急停前，机械手没有运行，输送过程继续进行，若急停前，机械手正在运行，需先让机械手回到原点，输送过程继续进行。
3.3加工单元设计
加工单元主要由工件搬运装置、直流减速电机、步进电机、加工电机、光电传感器、磁性传感器以及不同的电磁阀等部件组成。传感器和电磁阀在气动控制回路中安装，控制气动回路并将信号反馈给PLC。主要任务是通过双闭环控制系统将工件按照性质的不同，选择不同的转速，送到加工区域进行加工。系统运行过程中，通过光电传感器检测工件，为电磁离合器提供工作信号，让电磁离合器进行吸合，将工件送到合适的加工位置，加工的刀具开始工作，加工完成后，主轴的气缸上升后，加工的电机就会停止，转盘将工件送到出料的位置，完成加工过程。
3.4分类仓储单元设计
分类仓储单元的机械部分主要有：传送分拣机构（传送带、分拣气缸、光电传感器以及磁性开关）、传动带驱动机构、电磁阀组、接线端口等，控制部分包括变频模块、PLC模块等。此单元采用的是三菱FX2N-32MR型PLC，传感器采用外部直流电源供电。此单元的主要工作是分拣控制，PLC上电后确认系统准备就绪，启动系统。系统运行过程中，当检测到工件后，复位高速计数器将变频器驱动电机启动运转，工件经过电感传感器和光纤传感器时，工件的属性可以根据传感器的动作来判断，定位控制主要由PLC、变频器来完成，各部件协调运行完成分拣工作。
3.5装配单元设计
作为自动化生产线的核心，装配单元的主要任务是组装工件。装配单元最核心的部件是四自由度圆柱坐标型机械手，该机械手主要完成工件传递与装配工作，通过步进电机控制，可以横向伸出与缩回、纵向上升与下降、底盘旋转、腕旋转，机械抓手通过气动方式控制。其中步进电机驱动器型号为SH-2H057，输入脉冲、电平信号是由PLC提供。在装配单元中，当工件被传送至传送带末端，传感器检测到工件后会向PLC发送信号，PLC接收信号后将控制空闲的机械手抓取工件。按照接收工件类型数据，PLC将自动判断使用哪类配件进行工件装配，并向机械手发出指令控制机械手抓取相应配件完成装配任务，完成装配后机械手将工件抓住放置于左侧传送带以便工件被传送至暂存单元，机械手回复原位。装配单元的动作顺序设计如下：（1）料仓推送配件；（2）机械手抓取工件；（3）机械手打开将工件放置于装配台；PLC根据接收的数据判断工件类型，如果是类型1，执行下一步，如果是类型2则跳转至步骤（5）。（4）机械手抓取配件1；（5）机械手抓取配件2；（6）机械手组装配件；（7）机械手抓取工件送至滑槽模块；（8）传感器检测到工件，打开气缸将工件送至传送带；（9）机械手恢复原位。
结语
PLC具有精度高、可靠性好以及复杂的逻辑运算能力的特点，在自动化生产线系统中的应用，可以很好的提高产品的生产效率，具有稳定性高、操作简单的优点。通过对于生产线各个单元工作流程的分析，整体的生产线可以满足实际工业需求。
参考文献：
[1]孙怀荣.基于PLC控制的自动化生产线系统的研制[D].江苏大学，2012.
[2]张慧玲，孟宪忠.基于PLC的自动化生产线控制系统[J].电子测试，2015（11）.
[3]潘燕玲.基于PLC控制的柔性自动化生产线系统分析与设计[D].华南理工大学，2017.
论文作者:王延敏1,李干2
论文发表刊物:《云南电业》2019年1期
论文发表时间:2019/8/28
标签：工件论文; 机械手论文; 单元论文; 传感器论文; 气缸论文; 控制系统论文; 加工论文; 《云南电业》2019年1期论文;