現代電控技術在柔性自動化生產線中的應用

顏愛國

【摘? 要】隨著工業自動化水平的快速發展，自動化生產線的應用日益提升，對掌握現代電控技術的人才需求量增大，本文介紹了現代電控技術在柔性自動化生產線搬運單元中的應用，從電氣、機械、氣動等方面介紹了如何設計搬運單元，有助于提升學生綜合運用所學知識，提升技能水平。

【關鍵詞】柔性自動化生產線;搬運單元;可編程控制器

中圖分類號：TP 文獻標識碼：A

隨著工業自動化的快速發展，柔性生產線在各行各業廣泛應用，其中搬運單元融合了機械、電氣、液壓、氣動等各種技術，作為控制核心，西門子S7-200PLC在系統中的作用尤為重要，其性價比高，設計方便可靠，需要在教學中著力訓練，提升學生整體系統設計的水平。

1電控柔性離合系統概述

1.1系統構成

電控柔性離合器系統總成搭載傳統變速箱，取消了腳踏離合器總成，具有自動變速器的簡潔操縱功能，可使公交駕駛人員不需要頻繁踩離合器，從而減輕其勞動強度，并且不增加油耗，是一款符合中國現實國情的手自動一體變速箱。電控柔性離合系統由電磁離合器、液力耦合器、傳感器和控制器構成，電控柔性離系統通過傳感器檢測車輛的運行工況，將檢測到的信號轉換成電信號，經過單片機處理做出判斷，輸出命令控制電磁離合器的分離和接合。駕駛人員通過電控模式只需要按下換擋手柄上的離合按鈕，然后選擇所需擋位后就可以實現車輛起步或者換擋，操作簡單、省力，具備傳統操離合器所沒有的多種優點。其創新點在于利用了工業上很成熟的電控離合器和液力偶合器取代傳統離合器，在原有機械變速箱基礎上進行改造，即在總體傳動結構不變的情況下，通過加裝該系統來實現的。在電控系統的控制下實現發動機與變速箱的離合狀態，從而實現車輛的平穩起步和換擋，可靠性高。

1.2系統工作原理

電控柔性離合系統是通過控制器控制電磁離合器的分離與結合，實現力矩的傳遞，控制器通過采集各個傳感器的信號，根據采集到的擋位信號、油門踏板信號和手柄開關信號等，對電磁離合器的執行機構發出分離或者接合的命令。當控制器檢測到開關手柄信號處于接通位置時，電磁離合器線圈接通勵磁電流就會產生磁力然后吸合銜鐵片，離合器處于接合狀態，力矩就從主動側傳遞到被動側。反之同理，當檢測到開關手柄開關信號處于關斷位置時，電磁離合線圈不通電，電磁力消失即會將銜鐵彈開，離合器就處于分離的狀態，從而實現換擋變速。

1.3系統優點

1）節能環保、符合國家的產業扶持政策。傳統手動擋模式對摩擦片和離合器壓盤使用壽命影響大，平均3到6個月就要更換一次摩擦片。摩擦片為石棉材料，磨損會產生粉塵引起環境污染。加裝電控柔性離合系統的公交汽車，沒有了傳統摩擦片，也就從根本上杜絕了因摩擦片引起的粉塵污染。并且加裝該系統的公交汽車，不存在半離合狀態工況，傳動效率始終保持在97%以上，因此不會增加油耗。城市擁堵路況下可節能5%以上，該系統完全符合國家的產業扶持政策。

2）操作簡單、安全舒適，減輕駕駛員勞動強度。駕駛加裝電控柔性離合系統汽車，去掉了腳踏離合器系統，比傳統離合器汽車，勞動強度可減小70%以上。主要原因如下：（1）換擋取消了腳踏動作，只需按下手柄開關按鈕，掛擋之后松開即可;（2）起步無需控制半離合點;（3）起步后停車無需摘空擋;同時，系統由于操作簡便，駕駛人員只需全神貫注觀察路況運行，可使行車事故障概率降低，提高了公交汽車運行的安全性，也能夠有效提高公交汽車平穩性及乘坐的舒適性。3）系統有效的降低了行車噪音，能夠延長發動機和變速箱的使用壽命。系統構建了發動機和變速箱之間的“軟”連接傳動系統，由于偶合器是液體工作介質“軟”性連接，液力傳動起一定的吸收、衰減和緩沖的作用，能有效降低公交車發動機和其它傳動部件的工作噪音。4）價格低廉，可靠耐用，市場接受度高電控柔性離合系統價格僅為國內外AT、AMT等相應產品價格的1/3-1/5，價格優勢明顯。系統采用了很成熟的偶合器和電控離合器等工業產品，可靠性高，使用壽命都超過了公交汽車的使用年限，徹底解決了公交汽車離合器后期使用不經濟的公交難題。另外，的主要部件還可以重復利用，而且因為全部采用國產部件，維修成本很低，市場接受度較高。

2搬運單元整體技術要求

自動化生產線中搬運站有機械和電氣兩部分。機械部分由無桿氣缸、薄型氣缸、手爪、指型氣缸等組成，傳感器主要用到磁性傳感器，工作臺布置按鈕、轉換開關等;電氣部分由可編程序控制器、I/O 接口板、直流電源、各類換向閥、通訊板等組成;搬運單元的主要作用是將物料從前一站取出，搬運到下一站或輸送線中，整個動作過程循環往復動作。各組成部分的作用如下：

擺臺：由無桿氣缸控制，主要實現左向、中間、右向三個位置的控制。

臂單作用氣缸：控制擺臺臂上升和下降，單項電磁閥得電，臂下降;失電，臂上升。

電磁閥：主要用到單電控兩位五通閥和雙電控兩位五通閥，主要用來換向。

推料氣缸：指型氣缸完成廢料的推出。

廢料盒：系統檢測出的廢料，由推料氣缸推出儲存到廢料盒中。

氣動手指：負責夾緊物料和松開物料。

3硬件配置

根據控制要求，結合生產線實際情況，綜合考慮性能及性價比，硬件選擇如下：

（1）控制電源：直流開關電源220V/24V;

（2）可編程序控制器：型號西門子S7-200PLC CPU224;

（3）電磁閥：型號為4V120-06;

（4）調速閥：單向節流閥;

（5）磁性傳感器：D-C73L;

（6）薄型氣缸：CDJ2B16-30;

（7）氣動手指：MHZ2-16D。

4氣動回路設計

搬運單元氣動控制系統是執行機構，該執行機構的動作功能是由PLC 控制實現的。

其中1B1、1B2、1B3 是三個磁性開關，安裝在左中右三個位置;1Y1、1Y2 是控制無桿氣缸的兩個三位五通電磁閥;2B1、2B2 是兩個磁性開關，安裝在薄型氣缸的上下兩個位置;2Y1 是控制雙作用氣缸的單電控兩位五通電磁閥;3B1 為安裝在手爪的夾緊工作位置的磁性傳感器，反狀態表征松開;3Y1、3Y2 是控制推料氣缸的單電控兩位五通電磁閥;4B1 是一個磁性開關，安裝在推料氣缸的兩個極限工作位置。4Y1 為控制推料氣缸的單電控兩位五通電磁閥。

5編程設計

根據控制要求，結合系統特點，分配I/O 如下：

工作流程如下：搬運分揀單元接收到上一站的允許取料信號后，機械手右移搬運工件，如果是不合格工件，就將物料放到廢料臺，由推料氣缸把廢料推到廢料盒中;如果合格工件，機械手搬運到下一站并給下一站送出取料信號，搬運單元在生產線中的作用是把生產線中產生的廢料進行分揀，并將其放至廢料存儲器中;然后把合格工件搬運到下一站，然后系統回到原位重復操作。

根據工作流程，設計編程流程：初始狀態》臂下降》夾緊工件》臂上升》橫臂右移》臂下降》松開工件》臂上升》橫臂左移……

根據流程圖設計PLC 程序，將編制好的程序送入PLC 并運行。上電后按“開始”按鈕，PLC 控制系統運行，搬運分揀站把廢料分揀到廢料盒中，如果是合格產品，則將物料從前一站搬運到后一站。按“停止”按鈕，系統停止運行。

搬運單元在自動化生產線中是必不可少的一個單元，作用尤為突出，融合了PLC、傳感器、電動等控制技術，是知識及技能的綜合應用，在培訓教學過程中要著重練習，使學生掌握實踐技能，提升技能水平，滿足自動化工控企業的人才需求。

參考文獻：

[1]江波.現代電控技術在柔性自動化生產線中的應用[J].科技經濟導刊，2017（26）：108.

（作者單位：湘潭中創電氣有限公司）