［摘 要］隨著科技的發(fā)展，人類社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的功能與質(zhì)量要求越來(lái)越高，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期越來(lái)越短，復(fù)雜程度也隨之增加，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式受到了挑戰(zhàn)，因此，研究柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。文章主要針對(duì)基于PLC 控制的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制。研究成果可大幅提高生產(chǎn)效率，降低成本，應(yīng)對(duì)產(chǎn)品更新?lián)Q代挑戰(zhàn)。

［關(guān)鍵詞］PLC ；柔性；自動(dòng)化生產(chǎn)線；工業(yè)生產(chǎn)

［中圖分類號(hào)］TP278 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）03–0156–03

1 柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)要根據(jù)生產(chǎn)需求和工藝流程，設(shè)計(jì)合理的生產(chǎn)線架構(gòu)，包括設(shè)備選型、布局和互聯(lián)互通。生產(chǎn)線架構(gòu)應(yīng)具備可擴(kuò)展性、模塊化和易于維護(hù)的特點(diǎn)。

采用PLC 作為核心控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度。設(shè)計(jì)合理的控制邏輯，以滿足多種生產(chǎn)模式和生產(chǎn)策略的需求。同時(shí)，確保系統(tǒng)具備良好的穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的需求，選擇合適的傳感器和執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各種物理量的檢測(cè)和控制，如溫度、壓力、速度、位置等。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線系統(tǒng)中各設(shè)備、模塊之間的通信與數(shù)據(jù)交換，采用合適的通信協(xié)議和總線技術(shù)，如以太網(wǎng)、CAN、Profibus 等。實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)、MES 系統(tǒng)等其他信息系統(tǒng)的集成，以滿足生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、分析和決策需求。設(shè)計(jì)直觀、易操作的人機(jī)交互界面，提供生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)查詢、故障診斷和報(bào)警等功能。同時(shí)，確保操作人員能夠方便地對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行干預(yù)和調(diào)整。針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)和故障，設(shè)計(jì)相應(yīng)的安全防護(hù)措施，如緊急停車、過(guò)載保護(hù)、漏電保護(hù)等，確保生產(chǎn)過(guò)程的安全性和穩(wěn)定性。根據(jù)設(shè)備功率、運(yùn)行速度和控制要求，設(shè)計(jì)合適的電氣系統(tǒng)，包括電源、配電、電氣保護(hù)等方面，確保電氣系統(tǒng)的可靠性和節(jié)能性。開(kāi)發(fā)符合生產(chǎn)需求的軟件系統(tǒng)，包括生產(chǎn)過(guò)程控制、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集與分析等功能，軟件系統(tǒng)應(yīng)具備良好的用戶體驗(yàn)和易用性。對(duì)設(shè)計(jì)好的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化，確保系統(tǒng)能夠滿足生產(chǎn)要求，提高生產(chǎn)效率和降低成本。

通過(guò)以上設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)具備高度柔性、可擴(kuò)展性和可靠性的自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠適應(yīng)多種生產(chǎn)場(chǎng)景和產(chǎn)品需求，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，為我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展提供有力支持。

1.2 供料單元設(shè)計(jì)

在柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)中，供料單元設(shè)計(jì)應(yīng)滿足生產(chǎn)過(guò)程中物料的高效、穩(wěn)定、安全、精確和自動(dòng)化需求，實(shí)現(xiàn)物料準(zhǔn)時(shí)、適量、有序地供給，以確保生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行。

供料單元應(yīng)具備物料識(shí)別和檢測(cè)功能，以確保正確供給所需的物料，這可以通過(guò)采用條碼識(shí)別、RFID 技術(shù)、光學(xué)識(shí)別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，設(shè)置光電開(kāi)關(guān)、傳感器等裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保物料供應(yīng)的穩(wěn)定性。根據(jù)生產(chǎn)工藝和物料特性，選擇合適的供料方式，常見(jiàn)的供料方式包括料斗、皮帶輸送、滾筒輸送、鏈?zhǔn)捷斔偷?。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮物料的輸送速度、輸送距離、傾斜角度等因素，以滿足生產(chǎn)節(jié)拍的要求。供料單元應(yīng)設(shè)置物料緩存區(qū)，用于平衡生產(chǎn)線物料需求與供給之間的矛盾。在緩存區(qū)，可以采用自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備如立體倉(cāng)庫(kù)、料倉(cāng)等，實(shí)現(xiàn)物料的臨時(shí)存儲(chǔ)和管理。此外，設(shè)計(jì)物料調(diào)節(jié)裝置，如電磁閥、氣缸等，以實(shí)現(xiàn)物料流量的調(diào)節(jié)，確保生產(chǎn)線運(yùn)行的穩(wěn)定性。供料單元的控制系統(tǒng)是整個(gè)生產(chǎn)線運(yùn)行的核心，通常采用可編程邏輯控制器（PLC）或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)供料單元的自動(dòng)化控制。設(shè)計(jì)供料單元時(shí)應(yīng)充分考慮安全性，避免物料在輸送過(guò)程中發(fā)生意外事故，可以采取的措施包括設(shè)置防護(hù)欄、地坑防護(hù)、電氣安全保護(hù)等。同時(shí)，設(shè)計(jì)易于維護(hù)的結(jié)構(gòu)，便于日常檢修和保養(yǎng)。

1.3 裝配單元設(shè)計(jì)

柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)的裝配單元主要負(fù)責(zé)將各加工單元加工好的零部件進(jìn)行組裝、調(diào)試和檢驗(yàn)，形成完整的產(chǎn)品。

裝配單元的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足生產(chǎn)線高度靈活、可重構(gòu)和智能化的要求，實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品型號(hào)、批量和生產(chǎn)過(guò)程的快速切換。設(shè)計(jì)時(shí)需注重裝配效率、精度、穩(wěn)定性和安全性。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和裝配要求，制訂合理的裝配工藝路線，考慮裝配順序、工位設(shè)置、設(shè)備選型等因素，確保裝配過(guò)程的高效和順暢。選擇合適的裝配設(shè)備，如自動(dòng)化裝配線、機(jī)器人、精密測(cè)量?jī)x器等。設(shè)備布局要合理，確保生產(chǎn)線流程順暢，減少物料運(yùn)輸和人員操作的時(shí)空距離。裝配單元的控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)各設(shè)備進(jìn)行協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配。裝配單元應(yīng)設(shè)置檢測(cè)設(shè)備，對(duì)裝配質(zhì)量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。通過(guò)測(cè)量、檢測(cè)和試驗(yàn)等手段，確保產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。設(shè)計(jì)質(zhì)量追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配過(guò)程的全程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。裝配單元設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮安全性，確保操作人員和設(shè)備的安全，可以采取的措施包括設(shè)置防護(hù)欄、地坑防護(hù)、電氣安全保護(hù)等。同時(shí)，設(shè)計(jì)易于維護(hù)的結(jié)構(gòu)，便于日常檢修和保養(yǎng)。裝配單元應(yīng)具備信息化功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸和分析。通過(guò)傳感器、監(jiān)控設(shè)備等采集裝配過(guò)程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如裝配進(jìn)度、設(shè)備狀態(tài)、故障報(bào)警等，并與其他單元共享數(shù)據(jù)。此外，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)看板，方便生產(chǎn)管理人員實(shí)時(shí)了解裝配單元的運(yùn)行狀態(tài)，為生產(chǎn)決策提供依據(jù)。

1.4 暫存單元設(shè)計(jì)

柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中的暫存單元，主要功能是在生產(chǎn)過(guò)程中暫時(shí)存放和整理物料，以滿足生產(chǎn)線高效、靈活運(yùn)轉(zhuǎn)的需求。根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的需求和物料特性，選擇合適的暫存單元類型，如料架、料斗、輸送帶等。合理估算生產(chǎn)過(guò)程中物料的暫存需求，確保暫存單元具備足夠的容量，以免物料擁堵或等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。根據(jù)生產(chǎn)線布局和工藝流程，選擇合適的暫存位置，以便物料的快速流轉(zhuǎn)和操作人員的便捷操作。針對(duì)暫存單元，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)進(jìn)出、排序和搬運(yùn)等功能，確保生產(chǎn)線的高效運(yùn)行。在暫存單元中安裝傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物料的狀態(tài)和設(shè)備運(yùn)行情況，便于及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)策略。將暫存單元與生產(chǎn)線其他部分連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和傳輸，以便于生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和分析。針對(duì)暫存單元可能產(chǎn)生的安全隱患，設(shè)計(jì)相應(yīng)的安全防護(hù)措施，確保生產(chǎn)過(guò)程的安全穩(wěn)定。暫存單元設(shè)計(jì)應(yīng)考慮設(shè)備的維護(hù)和升級(jí)需求，確保生產(chǎn)線在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性。

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 步進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì)

PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，步進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。步進(jìn)電機(jī)具有控制方式簡(jiǎn)單、定位精度高、無(wú)累積定位誤差等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。

一個(gè)基于PLC 的步進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì)方案為：PLC步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由PLC、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、傳感器（如編碼器）及相關(guān)輸入/ 輸出接口組成。根據(jù)控制要求，選擇合適的PLC 型號(hào)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)。此外，還需選擇合適的傳感器（如編碼器）以實(shí)現(xiàn)位置和速度的檢測(cè)。編寫(xiě)PLC程序，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制，程序中需包括脈沖分配、速度控制、定位控制等功能。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)合適的輸入/ 輸出接口，如開(kāi)關(guān)、按鈕、顯示器等。設(shè)計(jì)電氣圖紙，包括PLC、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)及傳感器等設(shè)備的接線和電路保護(hù)。對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，確保各功能正常運(yùn)行，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以提高其性能和穩(wěn)定性。

2.2 條碼掃描槍控制設(shè)計(jì)

在PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，條碼掃描槍控制設(shè)計(jì)是一個(gè)常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景。條碼掃描槍作為一種數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可用于讀取商品、物料等上的條碼信息，將數(shù)據(jù)傳輸至PLC，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化識(shí)別和控制。PLC條碼掃描槍控制系統(tǒng)主要由PLC、條碼掃描槍、通訊接口模塊（如RS232或RS485）、傳感器及相關(guān)輸入/輸出接口組成。

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和需求，明確條碼掃描槍的控制要求，設(shè)置條碼掃描槍的觸發(fā)方式，如手動(dòng)觸發(fā)或自動(dòng)觸發(fā)。數(shù)據(jù)傳輸上，選擇合適的通訊接口（如RS232或RS485），實(shí)現(xiàn)條碼數(shù)據(jù)與PLC 之間的傳輸。數(shù)據(jù)處理上，PLC 對(duì)接收到的條碼數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如解碼、校驗(yàn)、存儲(chǔ)等。輸出控制上，根據(jù)條碼數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)PLC 對(duì)外部設(shè)備的控制，如驅(qū)動(dòng)電機(jī)、執(zhí)行器等。根據(jù)控制要求，選擇合適的PLC 型號(hào)、條碼掃描槍、通訊接口模塊等。此外，還需選擇合適的傳感器以實(shí)現(xiàn)條碼掃描槍的觸發(fā)。PLC 程序設(shè)計(jì)上，編寫(xiě)PLC程序，實(shí)現(xiàn)條碼掃描槍的觸發(fā)、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理和輸出控制等功能。輸入/ 輸出接口設(shè)計(jì)上，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)合適的輸入/ 輸出接口，如觸發(fā)開(kāi)關(guān)、顯示器等。電氣設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)電氣圖紙，包括PLC、條碼掃描槍、通訊接口模塊等設(shè)備的接線和電路保護(hù)。系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化調(diào)試上，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，確保各功能正常運(yùn)行，優(yōu)化根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以提高性能和穩(wěn)定性。

2.3 雙作用氣缸控制設(shè)計(jì)

進(jìn)行雙作用氣缸控制設(shè)計(jì)時(shí)，先明確雙作用氣缸的驅(qū)動(dòng)方式、工作原理和動(dòng)作順序等要求。雙作用氣缸通常具有兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，分別為伸出和縮回。在設(shè)計(jì)時(shí)，要確保氣缸在兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)都能得到有效控制。根據(jù)控制要求選擇PLC 型號(hào)，選擇具有足夠I/O 點(diǎn)數(shù)和功能的PLC。在選擇PLC 時(shí)，還要考慮其性能、可靠性、擴(kuò)展性和性價(jià)比等因素。根據(jù)控制任務(wù)，確定所需的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，輸入設(shè)備包括按鈕、傳感器、開(kāi)關(guān)等，輸出設(shè)備包括接觸器、電磁閥、指示燈等。編制梯形圖和語(yǔ)句表，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙作用氣缸的控制?？刂瞥绦驊?yīng)包括氣缸的初始化、動(dòng)作順序、保護(hù)措施等功能。根據(jù)控制程序和設(shè)備清單，設(shè)計(jì)PLC 控制柜圖紙和接線圖，接線圖應(yīng)清晰、簡(jiǎn)潔，易于理解和操作。

2.4 擺動(dòng)機(jī)械手控制設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)擺動(dòng)機(jī)械手時(shí)，要明確擺動(dòng)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式、工作原理和動(dòng)作順序等要求。擺動(dòng)機(jī)械手通常具有1 個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)時(shí)，要確保機(jī)械手在各個(gè)關(guān)節(jié)上的運(yùn)動(dòng)都能得到有效控制。根據(jù)控制要求選擇PLC 型號(hào)，選擇具有足夠I/O 點(diǎn)數(shù)和功能的PLC。在選擇PLC 時(shí)，還要考慮其性能、可靠性、擴(kuò)展性和性價(jià)比等因素。根據(jù)控制任務(wù)，確定所需的輸入/ 輸出設(shè)備，輸入設(shè)備包括按鈕、傳感器、開(kāi)關(guān)等，輸出設(shè)備包括接觸器、電磁閥、指示燈等。編制梯形圖和語(yǔ)句表，實(shí)現(xiàn)對(duì)擺動(dòng)機(jī)械手的控制，控制程序應(yīng)包括機(jī)械手的初始化、動(dòng)作順序、保護(hù)措施等功能。根據(jù)控制程序和設(shè)備清單，設(shè)計(jì)PLC 控制柜圖紙和接線圖，接線圖應(yīng)清晰、簡(jiǎn)潔，易于理解和操作。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于PLC 控制的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)方面具有重要意義。未來(lái)，隨著科技的不斷發(fā)展，PLC 控制技術(shù)將更加成熟，其在柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線領(lǐng)域的應(yīng)用也將越來(lái)越廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1] 華燁，李長(zhǎng)峰，華海娣. 六氟化硫封閉式組合電器的運(yùn)行維護(hù)[J]. 中國(guó)電力教育，2012，24（5）：114-115.

[2] 馬飛越，劉威峰，李奇超. 超聲波局部放電檢測(cè)在GIS自由顆粒缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 寧夏電力，2016（10）：28.