柔性生产线智能控制系统设计

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1、柔性生产线智能控制系统设计李有兵;林勇【摘要】柔性生产线采用模块化设计,具有构造简单、组装灵活、安全稳定的特性, 能根据实际需求增减设备，广泛应用于生产的各个领域,能有效提升企业的成产力和 竞争力.以一条由供料单元、加工单元、分拣单元、输送单元和分类仓储单元组成 的柔性生产线，阐述柔性生产线智能控制系统设计的整个过程.该柔性生产线组装简 单,系统布置合理，运行安全稳定,且可根据实际需要增减设备，具有很好的应用价值.【期刊名称】机电工程技术 【年(卷)，期】2018(047)012 【总页数】5页(P102-105,208) 【关键词】柔性生产线;模块化设计;智能控制系统;系统布置 【作者】李有

2、兵;林勇【作者单位】广州城建职业学院广东广州510925;广州城建职业学院广东广州510925【正文语种】中文【中图分类】TP2780引言随着中国制造2025国策的提出，装备制造业产业转型升级步伐的加快，人力资源成本的增加，劳动集约型的生产方式逐步被淘汰1。目前，柔性生产线已经 广泛应用于生产的各个领域，能有效提高工厂的生产效率及产品的质量、改善工作 环境、降低能源的损耗、节约材料，降低企业生产成本，提高了企业的竞争力2。 1柔性生产线总体结构设计柔性生产线控制系统采用模块组合式结构，主要包括供料单元、加工单元、分拣单 元、仓储单元、输送单元5个单元，每个单元都可自成一个独立的控制系统，总 体

3、结构如图1所示。该系统具备模块化和开放式的特性，可以根据实际需要添加 其他应用模块，主要应用于机械制造、加工装配等方面。2柔性生产线工作流程设计图1柔性生产线总体结构设计该柔性生产线将供料单元中的工件进行加工，经分拣后，工业机器人将工件自动分 类存储的全自动化智能控制柔性生产线。其工作过程为：供料单元的工件垂直叠放 在料仓中，工件分为白芯金属工件、白芯塑料工件、黑色工件。顶料气缸动作顶住 工件后，推料气缸动作把工件从料仓底部推到出料台，出料台传感器检测到工件后， 推料气缸动作缩回，供料仓中的工件在重力的作用下，整体下移一位，为下一次供 料做好准备，同时输送单元的伺服电机经驱动器将抓取机械手装置

4、精确定位出料台， 抓取工件，精准定位送到加工单元，加工单元对待加工工件进行冲压加工，加工完 毕，抓取机械手装置将工件放置分拣单元材料入口，经传感器确认工件到达后，变 频器控制三相异步电动机带动传送带，通过传感器的检测将传送带上的工件按类进 行分拣，分拣料槽传感器检测到工件后，工业机器人按类将工件进行仓储。其工作 流程如图2所示。图2柔性生产线工作流程图3电气控制系统设计3.1 PLC选型PLC种类繁多，功能各有特色，比较常见的品牌有三菱、西门子以及国产的汇川 等。三菱PLC具有功能强大、指令丰富、配置灵活和价格低等特点，在国内自动 化领域广泛应用，因此，该设计采用三菱FX2N系列PLC作为控制

5、单元。为提高 柔性生产线的性能，建议主站采用三菱公司Q系列的PLC，从站根据实际需求选 用FX3U系列PLC，常用的有继电器输出型FX3U-48MR PLC和晶体管输出型 FX3U-48MT PLC。3.2工业机器人选型目前，工业机器人广泛的应用于自动化生产的组装、装料卸料、产品检测和测试、 分拣搬运领域，具有高效性、持久性、准确性等特性3。该柔性生产线采用ABB 公司生产的第四代机器人ABB-IRB-120，该工业机器人采用六轴设计，仅重25 kg，荷重3 kg（垂直腕为4 kg），工作范围达580 mm，最大工作行程为411 mm，底座下方拾取距离112 mm，广泛适用于电子、食品饮料、机

6、械、太阳能、 制药、医疗、研究等领域。3.3通讯网络设计通信是实现自动化生产线智能控制的重要环节，该柔性生产线择具有代表性的 CC-Link通信模式。CC-Link是基于RS485通讯的一种总线标准，具有通信速度 快、数据容量大、通信稳定性高、使用简单、使用范围广泛等特点。同时，具备从 站脱离、自动上线恢复等功能4。CC-Link系统要正常运行，需要对主站模块和从站模块的站号和传输速度进行设定。 其中，输送单元为0号站，供料单元为1号站，加工单元为2号站，分拣单元为 3号站，传送带单元为4号站，分类仓储单元为5号站，传输速度都为传输速度 为156kb/s。当柔性生产线选择联机自动模式时CC-L

7、ink电缆将各单元的FX2N- 32CCL模块连接起来，主站采集并处理各单元的相应信息，完成各个单元间的联 动控制，组成控制网络模式。ABB-IRB-120工业机器人与分拣单元通过I/O进行 通讯。系统通讯网络结构如图3所示。ossitfiK 、弦rng曲埋皿知旭溢曩tf反很 -、uloa，假a域，假aH 号,sfflssi 蚤埠普坯Ln H燎 *r坯-g寸 H 。旧底寸。假-知薜固冰地 IIlffltt、SMrl、pslsiss?、Hi ss ,玄假Ihz底，曩rffls埠燎相rosi，相皿mHHh旺回以 LM、82- osoi- ,ss i、留回 ssiAs SEmtf，壁叵蟋，ErHtt

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9、a 旺|*眠麝颦 * CN置dTLUlz 寸 za、留回 iwffiMfitf tf务，又能协调一致完成复杂的工作，并可以根据实际需求进行定制。6.1供料单元设计图5供料单元气路控制原理图该单元在整个系统中起到提供原料的作用，供料仓库中的工件在重力作用下自动下 落。系统的主要工作状态包括是否准备就绪、停止/运行状态、工件不足报警和缺 料报警等。供料时，顶料气缸1A活塞杆先推出，将第二个工件顶住，推料气缸 2A将第一个工件推到出料台，并迅速复位，完成一次供料。0.3 s后顶料气缸1A 活塞杆缩回复位，供料仓中的工件在重力的作用下，整体下移一位，为下一次供料 做好准备。其中光电开关进行出料、物料不

10、足或没有物料的检测，其气动控制回路 图如图5所示，控制程序流程图如图6所示。图6供料单元控制程序流程图6.2加工单元设计图7加工单元气路控制原理图图8加工单元控制程序流程图该工作单元中主要气动控制部分为2个双作用气缸（加工台伸出气缸、冲压气缸） 和1个气动手指（物料夹紧气缸），完成将待加工工件输送到加工区域，完成对 工件的冲压加工操作，然后把加工好的工件重新送回物料台。为了让工序更加有序， 在气缸运动的两端都装有磁感应接近开关，1B1和1B2安装在加工台伸出气缸运 动左右两端，2B1和2B2安装在冲压气缸运动左右两端，3B1和3B2安装在物料 夹紧气缸的运动左右两端，电磁阀1Y1、2Y1、3Y

11、1的逻辑控制由PLC控制。其 气动控制回路图如图7所示，控制程序流程图如图8所示。6.3分拣单元设计该单元主要完成物料的分拣工作。当输送单元将工件放在分拣单元材料入口时，分 拣单元传感器将接收到的信号传送给PLC。等待几秒后，PLC控制程序启动变频 器，三相异步电动机带动传送带工作，将工件带进分拣区。如果是白芯金属工件， 则将工件推到1号槽里；如果是白芯塑料工件，则将工件推到2号槽里；如果是 黑色工件，则将工件推到3号槽里；如果传送带没有工件，传送带停止转动。其 气动控制回路图如图9所示，控制程序流程图如图10所示。图9分拣单元气路控制原理图6.4分类仓储单元设计该单元在分拣单元的基础上，对白

12、芯金属工件、白芯塑料工件、黑色工件进行分类 存储。ABB-IRB-120工业机器人接收到出料槽工件到位信号，将启动自身控制系 统将成品工件自动分类仓储，当完成一个工件入库，柔性生产线完成整个工作流程。 工业机器人工作流程如图11所示。图10分拣单元控制程序流程图图11工业机器人工作流程图6.5输送单元设计该单元在柔性生产线中担任着重要的角色，接收主站系统的主令信号，协调整个网 络系统的工作，其抓取机械手由气动手抓、伸缩气缸、回转气缸和提升气缸组成， 具有升降、伸缩、加紧、放松和沿垂直轴旋转的功能。抓取机械手在PLC控制驱 动器驱动伺服电机精确定位到其他工作单元的物料台上完成相应的功能，其工作流

13、 程如图12所示。当完成整个工作流程，抓取机械手将回到原点，准备进行下一轮 工作。7结束语图12输送单元工作流程图该文首先阐述了柔性生产线研究的背景及其意义，然后从总体结构设计、工作流程 设计、电气控制系统设计、气动系统设计、供电系统设计、工作单元设计6个方 面进行设计，其中工作单元设计包括供料单元、加工单元、分拣单元、仓储单元、输送单元5个单元。该柔性生产线组装简单，系统布置合理，运行安全稳定，且可根据实际需要增减设备，具有很好的应用价值。参考文献：【相关文献】1 邹月.为中国2025打造柔性自动化生产线CCMT2016展品评述J.世界制造技术与装 备市场，2016 ( 05 ): 63-71.2 徐沛.自动生产线应用技术M .北京：北京邮电大学出版社，2015.3马海杰.按钮自动化装配生产线程序设计研究J .机械管理开发，2016 ( 12 ): 90-92.4 方清城，罗中良，张志飞.三菱Q系列PLC多层网络控制系统的研究J .工业控制计算机， 2012 ( 12 ): 79-81.5叶金玲，周钦河，赖乙宗.自动化生产线机械手全气动控制系统设计J.制造技术与机床， 2014(4)：79-82.