自動化生產線物料搬運站的設計

摘要：針對自動化生產線中物料搬運站控制要求，提出一種基于S7-200PLC控制的物料搬運站的設計方案。分別從物料搬運站的PLC系統設計、氣動控制回路設計、工作流程設計、控制程序設計等方面詳細論述物料搬運站的設計思路和實現方法。經實驗運行測試，該物料搬運站能夠實現將工件從上一工作站搬運到下一工作站的功能，且工作穩定可靠，實用性強。

關鍵詞：自動化生產線實驗系統；物料搬運站；設計方案；可編程控制器

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A

1引言

自動化生產線因其效率高，柔性好，已經成為現代制造業的重要發展方向。自動化生產線將機械工程與電子工程結合，使得待加工的產品能夠自動的在機械加工裝置上完成預定的各個工序和工藝過程，大大的提高了生產效率，降低了勞動成本。一個典型的自動化生產過程主要包括原料供給、自動加工裝配、自動檢測、自動包裝等環節，在這些環節之間，物料（加工工件）的傳輸是依靠物料搬運站完成的，因此物料搬運的運行效率直接影響整個生產線的效率，本文以S7-200PLC作為物料搬運站的控制器，以氣動元件作為執行機構，詳細論述了以2-自由度機械操作手為核心的物料搬運站控制系統和執行系統的設計，實現工件的夾取搬運放置這三個工作環節。實驗結果表明，該裝置很好的模擬了實際加工生產環節中工件的運輸過程，采用移位指令編寫的梯形圖程序，具有一定的創新性。該設計能讓學生更好的接觸實際工作中的整機設備，能夠系統的培養電氣設備的設計、組裝、調試和維護等職業素養，并有效的訓練了學生PLC程序設計的能力。

2物料搬運站硬件設計

2.1PLC系統設計

物料搬運站的結構示意圖如圖1所示，其主要功能是實現工件的抓取、搬運、放置，在這一環節中包含的動作有：氣動手抓的打開與夾緊，提取模塊的帶動氣動手抓的上升與下降，滑動模塊的左移和右移。物料搬運站的結構如圖1所示。

提取模塊由氣動手抓、薄型單活塞防轉氣缸組成，薄型單活塞防轉氣缸用于氣動手爪機構的提升與下降；在其行程位置處安裝有磁感應接近開關，用于判斷其提升與下降運行的到位情況。氣動手爪：用于夾取工件的執行機構，并在氣動手爪上安裝磁感應接近開關實現其張開的限位檢測。 滑動模塊主要由磁性耦合式無桿氣缸和固定支架組成，其主要作用是在夾取工件完成后，將提取模塊輸送到行程位置。在無桿氣缸的兩個行程位置安裝有磁感應接近開關，用于判斷其左移與右移的到位情況。＼

2.2物料搬運站氣動控制回路設計

物料搬運站的執行機構是氣動控制系統，其方向控制閥的控制方式為電磁控制或手動控制。各執行機構的邏輯控制功能是通過PLC控制實現的。

從氣源出來的氣體經過二聯件處理后進入到匯流板。通過相應的電磁換向閥可進入氣動執行元件，分別驅動磁性耦合式無桿氣缸的左右運動，薄型單活塞防轉氣缸的上升下降運動、氣動手抓的抓料和松料動作。整個氣動系統的3個氣缸全部采用出氣節流調速，電磁閥采用1個三位五通閥和2個二位五通閥。選用集裝式電磁換向閥，將所有電磁換向閥由電磁閥島集裝在一起，以減小占用空間。物料搬運站氣動控制回路原理圖如圖2所示。

2A為氣動手抓控制回路，氣動手抓的動作分為兩種：2Y1得電2Y2失電，電磁閥處于左位工作，氣爪處于松開狀態；2Y2得電2Y1失電，電磁閥處于右位工作，氣爪處于夾緊狀態。

3A為薄型活塞桿防轉氣缸氣動控制回路：3Y1得電，電磁閥切換到左位工作，薄型單活塞桿氣缸伸出下降狀態；3Y1失電，電磁閥自動切換右位工作，薄型單活塞桿氣缸縮回上升狀態。3物料搬運站軟件系統設計

物料搬運站的控制要求是：當設備接通電源與氣源、PLC運行后，首先執行復位動作，夾爪打開、提取模塊上升到上限位處、無桿氣缸驅動提取模塊移動到最左端。接下來進入工作運行模式，按啟動按鈕，夾爪下降并夾取工件，上升后移向右工位，到達最右端后夾爪下降釋放工件，之后夾爪上升并移動到最左端，等待下一個工作信號。在工作過程中設置復位、開始指示燈，用于指示系統當前的工作狀態。3.1流程圖設計

物料搬運站動作簡單，動作主要由長行程無桿缸和氣動夾爪部完成，當接受到工作指令后夾爪開始下降，下降到為后夾爪閉合，夾取工件后開始上升，上升到位后向右邊橫向移動到位后夾爪下降并打開，將工件放置到下一站后上升并橫向左移至最左端。設計流程圖如圖3所示。

3.2PLC程序設計

物料搬運站的PLC程序設計，可采用順序控制指令實現，也可采用移位指令實現，在此根據搬運站工作流程圖，采用移位指令來實現，物料搬運站PLC控制程序如圖4所示。

4結論

搬運工作站設計完成后，先進性硬件的組裝、電氣線路和氣動控制回路連接。然后用Step7編程軟件編寫程序并下載至PLC中進行單站調試運行。單站運行無誤后，可采用PPI通訊方式與其他工作站進行聯機調試。

經試驗運行測試，基于PLC控制的物料搬運站能夠實現將物料從上一工作站搬運到下一工作站的功能，并且能夠實現物料的自動循環搬運。在調試運行時，應該有人守侯在設備旁，時刻注意設備的運行情況，一旦發生執行機構相互沖突的事件，應及時操作保護設施，如切斷設備執行機構的控制信號回路、切斷氣源等，以避免造成設備的損壞。

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