张鹏
北京首钢鲁家山石灰石矿有限公司 066000
摘要：在工业社会，如何以最低的投入和成本，获取最大的效率、效益和作用，一直是自动化研究者的重要探讨对象。本文主要分析了基于PLC的自动化生产线自动分拣站的设计，分别从供料单元、装配单元、暂存单元的这些系统总体设计，及PLC控制系统具体设计展开分析。自动化生产线是工业时代自动化的基础，而每一条生产线不仅影响着企业的利益，也关系着我国社会的生产力。
关键词：自动化；生产线自动系统；PLC；设计
在工业制造业中，更多的自动化生产线应用也带来了更高生产制造效率，在原有生产条件下能够获得更高的产能，有效的降低了生产成本。而基于PLC的自动化生产线，能够保质保量的完成产品生产任务，让生产设备有更高的运行效能，已成为影响制造业发展和竞争的重要因素。因此，如何利用PLC等先进技术，优化和提升自动化生产线的运行效能，在生产线系统中协调物料、信息的综合运转，让自动化更稳定地运行，这对现代工业制造业具有重要意义。其中，精准控制正是自动化生产线系统的核心部分，也是PLC生产线控制系统在整个工作过程中的主要工作内容[1]。
1自动化生产线系统总体设计
1.1系统整体设计
自动化生产线一般包括供料部分、装配部分和暂存部分这三个部分。能够应对多种工件的装配需求及多种程序设定下的装配方式[2]。为加强对生产线精度控制，一般会利用视觉扫描、条码识别等方式判断工件种类，并在控制程序中鉴别该生产线中的工作方式。而且，为方便传感器检测，还会在工件传送带尾装配挡块，拦挡工件保障检测效果工件。直到控制器收集到工件的综合信息，并处理给出下一步工作方式的指令，这与各部分中搭载的控制器的处理能力和程序设计有关。为保障生产线系统的运行精度，还会在上端中安装WinCC组态软件及其配套的监控装置，从而对生产线实时在线监测，以归档处理的方式保障可查数据的准确性。
1.2供料单元设计
供料单元作为整个系统工作提供材料的运输、储藏部分，包括传送材料的摆动模块和储藏材料的料仓模块[3]。料仓之中存有贴条形码的工件，由双作用气缸随生产过程需求来将工件推送至指定位置。其中，主要是利用传感器检测料仓中的工件存储情况及双作用气缸作用位置，在控制器计算分析下推进工件工作。可利用单向节流阀调节双作用气缸的伸缩作用速度，加上条码扫描枪的条形码数据收集，在PLC控制器内获取工件的种类、形态和工作需求数据，把比对结果传输至上位机，指导系统其他部分的作用。摆动模块主要依靠吸盘及其上的真空检测开关吸取推出料仓的工件，在摆动缸摆臂作用下将工件推送到传送带装配部分。
1.3装配单元设计
装配单元是自动化生产线的工作核心，也是工件组装、工件输送的重要部分。四自由度圆柱坐标型机械手是装配单元的核心工作部件，能够传递上部输送的工件，并将其装配到生产产品中，其驱动控制部分是步进电机，能够在横、纵向做伸缩和升降运动，底盘、连接腕都可以旋转，具有很强的运动能力。由PLC步进电机驱动脉冲信号驱动，及其他组件运动作用，共同以气动精细化方式控制机械抓手的运动方式。在工件传送到传送带工作部分后，由传感器检测并读取工件信息，将数据发送至PLC处理器。PLC将信号处理后，输出控制空闲机械手抓取工件的信号，控制装配单元对工件的装配作用开展。其中，PLC承担着分析处理配件信息，生成工件装配指令的工作，能够保障工件能够因其自身的类型数据，获得应有的标准化的装配。机械手则需要在接收工作指令信息后，控制机械抓手对相应配件的抓取运动即装配工作运动。在装配完成后，机械手也会依据自身程序要求，将半成品或产品抓住放置到应有的位置，即将工件传送到暂存单元，而后机械手回到原位。另外，装配单元PLC也会接收料仓传感器的数据，能够提前知道所要接收和作业的模块信息，以此调控自由度机械手的运动，保障工件能够得到顺利装配。
1.4暂存单元设计
暂存单元负责接收装配单元传输的装配工件，包括分别承担了搬运、运输和暂存工作的搬运结构、运输车和立体仓等部分。运输车主要指在生产场地范围内运行的，用来承载和运输单元主体的工具车，会在底车内安装PLC定位和运动处理装置。搬运结构则主要指自由度直角坐标机械手，包括步进电机负责的电动缸、前后多向收缩控制的双作用气缸及主要操作工件搬运的气动抓手等部件构成。在电动缸上搭载了PLC精确定位器，机械手底部运动轴则给双作用气缸运动和抓手的安装提供了基础。暂存单元需要接收装配工件，在机械手作用下将工件运载到立体仓后，依次依序的将工件摆放在货架指定仓位位置上，并进行记录和标记。每次传感器检测有工件到达并进行分析后时，会由PLC控制器处理为运动指令，支配机械手根据指令抓取和放置工件，并在完成一想工作后进行原位，保障下一步操作开展的精度。
2 PLC控制系统设计
现代化的工业生产常常需要制造业能够及时跟进市场需求，调整自身制造产品的类型和构成，还存在多种小批量产品的生产需求，在这种情况下，如何保障制造业生产产品的质量和生产效率，则是影响产品综合效益和企业竞争力的重要部分。其中，控制系统发挥着重要作用，也是影响自动化生产线所需的灵活性、可靠性的实现基础。在从基于PLC的自动化生产线系统整体分析之后，接下来，从PLC在各工件、设备和基础结构中的控制作用进行分析。
2.1步进电机控制设计
步进电机是一类可以把电脉冲转变成角位移进行控制表达的驱动控制装置，也是影响自动化生产作用发挥的基础驱动。在生产线系统中，PLC控制器会根据收集到的综合信息，分析出系统运行方式，并向各部分的步进电机传输脉冲信号。由驱动器接收并将其转化为向指定方向的步进角移动角度及角位移量，在保障运动方式的精准性的基础上准确定位运动前后的部件位置，有利于对部件运动方式的再控制，保障了生产线系统的持续运行。在电机转动的速度和效能上，也可以利用PLC控制器进行控制，从而保障自动化生产线能够在足够的驱动力支持下，保持应有的运动方式。在本次介绍的一般生产线系统设计中，以串联法连接两相混合步进电机，加上拥有大型集成电路的步进电机驱动器综合控制，能够保障步进电机的抗干扰、快速反应能力，降低死机、丢步问题的发生，提升生产线运行的准确性。步进电机驱动器是在PLC的方向、脉冲信号输入下运行的，会因步进电机的运行性能而设定运动速度限值，还为了保障工件定位的精准性，而在加速、减速的速度变化过程设立电机运行程序。
2.2条码扫描枪控制设计
条码扫描枪是扫描条码的一类传感器，包括与PLC连接的接口、条码阅读器、条码解码器与PCI/PPI电缆。在工件通过时，由重量、预先程序设计等方式看，驱动扫描枪扫描条形码信息，在解码器对信息解码后转化为PLC可识别处理的数据类型，实现工件识别。
2.3双作用气缸控制设计
双作用气缸主要是通过通电、断电的双电控，在PLC综合控制及电磁阀单控制作用下，以自身的气缸伸缩推动工件传输。
2.4摆动机械手和直角坐标机械手控制设计
这两类机械手的结构都相对简单，都是用于拿取和转移工件，其控制原理和双作用气缸相似，主要是由电磁阀线圈接收PLC输出信号，转变为控制机械手运行的控制指令。
3结语
综上所述，本文主要介绍了一类较简化的自动化生产线，除了PLC技术提供控制基础外，还有组态监控、现场总线管理等方面的技术应用。
参考文献：
[1]交叉带式物流快递自动分拣系统设计与实现[D].纪浩林.辽宁工程技术大学2016
[2]自动化立体仓库输送系统调度的优化仿真及其应用研究[J].常发亮,刘长有.系统仿真学报.2018(05)
[3]自动化仓库输送过程调度问题研究[J].田国会,刘长有,徐心和.计算机集成制造系统-CIMS.2018(02)
作者简介：张鹏 （1988年10-）男 河北省定州市 汉 本科（函授）大专（全日制） 北京首钢鲁家山石灰石矿有限公司 研究方向：电气自动化