一種新型自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

王景學(xué) 楊學(xué)敏

摘 要：模擬企業(yè)真實(shí)生產(chǎn)，設(shè)計(jì)了一種可以實(shí)現(xiàn)供料、加工、分揀、輸送的自動(dòng)化生產(chǎn)線。并完成該新型自動(dòng)化生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和觸摸屏組態(tài)，通過編寫程序，系統(tǒng)調(diào)試，達(dá)到了控制要求。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化生產(chǎn)線;觸摸屏

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.28.096

1 引言

隨著自動(dòng)化生產(chǎn)線的廣泛應(yīng)用，企業(yè)對機(jī)電一體化設(shè)備生產(chǎn)、運(yùn)行、安裝、調(diào)試和維護(hù)維修等工作崗位人才的要求也越來越高。因此，培養(yǎng)能夠綜合運(yùn)用機(jī)、電、液氣等知識的技術(shù)技能型人才迫在眉睫。目前，各院校紛紛從企業(yè)購買自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備，雖然能夠滿足教學(xué)要求，但十幾萬甚至是幾十萬的價(jià)格，限制了采購數(shù)量，導(dǎo)致教學(xué)過程中設(shè)備嚴(yán)重不足，影響了教學(xué)質(zhì)量。我們設(shè)計(jì)的這種新型自動(dòng)化生產(chǎn)線將機(jī)械加工技術(shù)、PLC控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)等多種技術(shù)綜合運(yùn)用，模擬企業(yè)真實(shí)生產(chǎn)過程，完成物料的自動(dòng)供料、加工、運(yùn)輸和分揀。該設(shè)備不僅符合教學(xué)要求，而且完全滿足企業(yè)對機(jī)電一體化專業(yè)人才培養(yǎng)的需要。同時(shí)我們對區(qū)內(nèi)外多家企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，針對會發(fā)生任何人都能操作設(shè)備的問題，采用觸摸屏控制、監(jiān)控自動(dòng)化生產(chǎn)線工作站的運(yùn)行狀況，創(chuàng)新性的為操作員和管理員設(shè)置登錄密碼，解決了設(shè)備工作權(quán)限的問題。

2 設(shè)計(jì)思路

基于工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)要求考慮，這種新型自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)主要滿足四個(gè)要求：①工作穩(wěn)定、可靠;②工作過程中動(dòng)作精準(zhǔn)到位;③動(dòng)作反應(yīng)靈敏;④可以設(shè)置工作權(quán)限。因此，在自動(dòng)化生產(chǎn)線的電氣控制上使用1臺三菱FX1N-40MT型PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)供料、加工、運(yùn)輸和分揀整個(gè)工作過程，滿足“穩(wěn)、準(zhǔn)”的要求;采用氣壓傳動(dòng)，通過PLC協(xié)調(diào)控制各工作站，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)“快”的要求，并經(jīng)過不斷討論，最終確定采用觸摸屏控制，創(chuàng)新性設(shè)置操作員和管理員登錄界面，用密碼登錄，實(shí)現(xiàn)區(qū)分工作權(quán)限的要求。

3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

該新型自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)包括四部分：①自動(dòng)化生產(chǎn)線各工作站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);②氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì);③電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì);④觸摸屏組態(tài)、程序編寫和系統(tǒng)調(diào)試。

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

應(yīng)用氣動(dòng)，電氣，機(jī)械技術(shù)，設(shè)計(jì)能夠自動(dòng)推料、復(fù)位的供料站;能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)90度、伸縮、抓取三個(gè)動(dòng)作的氣動(dòng)機(jī)械手;能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)接料，沖壓的加工站;能夠自動(dòng)停止在工作位置和推料位置的輸送帶，新型自動(dòng)化生產(chǎn)線示意圖如圖1所示。

供料站：可以儲存物料并可以自動(dòng)進(jìn)行推料。推料由一個(gè)筆形氣缸完成。

機(jī)械手：可以完成旋轉(zhuǎn)、伸縮、吸盤抓料的動(dòng)作。旋轉(zhuǎn)動(dòng)作由旋轉(zhuǎn)氣缸完成，伸縮與抓取是由三個(gè)筆形氣缸和一個(gè)吸盤完成。

加工站：可以進(jìn)行模擬沖壓且能夠自動(dòng)完成上料下料動(dòng)作，上下料由一個(gè)筆形氣缸及托盤完成，沖壓由單獨(dú)的筆形氣缸完成。

輸送站：由步進(jìn)電機(jī)控制，可以準(zhǔn)確停止在所需位置。

分揀站：由氣缸完成推出動(dòng)作，完成金屬物料和非金屬物料的分揀任務(wù)。

3.2 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

新型自動(dòng)化生產(chǎn)線供料站推料，機(jī)械手伸縮、吸盤抓料，加工站上下料、沖壓和分揀站推料均使用二位五通電磁閥控制筆型氣缸，機(jī)械手左右旋轉(zhuǎn)使用旋轉(zhuǎn)氣缸控制，部分氣動(dòng)原理圖如圖2所示。

3.3 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

新型自動(dòng)化生產(chǎn)線模擬實(shí)際工廠生產(chǎn)中的供料、加工、輸送和分揀流程，由供料站推出金屬和非金屬兩種小長方體物料，機(jī)械手抓取物料送到加工站進(jìn)行加工，加工完成后，機(jī)械手抓取物料送到輸送站，輸送站將物料送到分揀站進(jìn)行分揀，合格產(chǎn)品被送入到送料小車運(yùn)走，不合格產(chǎn)品被推入料槽，人工取走。因此，在新型自動(dòng)化生產(chǎn)線電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中考慮到以下事項(xiàng)：

（1）儲存在料倉中的物料經(jīng)推料機(jī)構(gòu)送到輸送帶上。當(dāng)執(zhí)行完畢，輸送帶運(yùn)動(dòng)一定的距離，將物料送到機(jī)械手下。

（2）在輸送帶上的物料經(jīng)機(jī)械手抓取，送到加工站的料盤里，這時(shí)機(jī)械手到達(dá)安全位置，加工站料盤縮回，縮回到位后，沖壓機(jī)構(gòu)向下沖壓，模擬實(shí)際生產(chǎn)中的沖孔動(dòng)作，沖壓完畢，料盤將物料送出，這時(shí)機(jī)械手再將物料抓起，輸送帶攜帶物料繼續(xù)運(yùn)行。

（3）輸送帶運(yùn)行一段距離，在裝有金屬檢測傳感器處停留，待檢測完畢，非金屬物料由推料機(jī)構(gòu)送入送料小車中，金屬物料送入到儲料倉中。

（4）送入送料小車的工件，被小車運(yùn)走。

（5）重復(fù)第一步到第四步繼續(xù)工作。

基于新型自動(dòng)化生產(chǎn)線控制要求的考慮，采用三菱FX1N-40MT型PLC控制Kinco 2S56Q-02976型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)供料、加工、運(yùn)輸和分揀整個(gè)工作過程“穩(wěn)、準(zhǔn)”的要求;通過PLC協(xié)調(diào)各工作站運(yùn)行，采用AirTAC 4V110-06型電磁閥和氣壓傳動(dòng)技術(shù)，滿足快速性要求;采用昆侖通態(tài)MCGS TCP7062型觸摸屏，完成對各工作站的單站/全線控制，并且監(jiān)控各工作站運(yùn)行狀況，為操作員和管理員設(shè)置登錄密碼，實(shí)現(xiàn)區(qū)分工作權(quán)限的要求。新型自動(dòng)化生產(chǎn)線PLC輸入輸出I/O分配表如表1所示。

3.4 觸摸屏組態(tài)、程序編寫和系統(tǒng)調(diào)試

在完成新型自動(dòng)化生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后，為了監(jiān)控設(shè)備的單站/全線運(yùn)行，創(chuàng)新性的為操作員和管理員設(shè)置登錄密碼，區(qū)分工作權(quán)限，防止操作人員以外的其它人員對設(shè)備進(jìn)行誤操作，解決了設(shè)備工作權(quán)限的問題，登錄界面如圖3所示。

完成觸摸屏組態(tài)，編寫PLC程序，完成系統(tǒng)調(diào)試，達(dá)到新型自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的工作穩(wěn)定、可靠，工作過程中動(dòng)作精準(zhǔn)到位，動(dòng)作反應(yīng)靈敏和可以設(shè)置工作權(quán)限的四個(gè)工作要求，經(jīng)過驗(yàn)證，該款自動(dòng)化生產(chǎn)線完全滿足上述要求，編寫的部分PLC程序如圖4所示。

4 項(xiàng)目總結(jié)

新型自動(dòng)化生產(chǎn)線模擬了企業(yè)真實(shí)的供料、加工、分揀和運(yùn)輸過程，將機(jī)械技術(shù)、PLC控制技術(shù)、傳感器技術(shù)等多種技術(shù)綜合應(yīng)用，通過觸摸屏控制解決按鈕控制不能設(shè)置操作權(quán)限的問題，通過編寫程序、系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)線的四個(gè)設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

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