顏愛(ài)國(guó)

【摘? 要】隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的快速發(fā)展，自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用日益提升，對(duì)掌握現(xiàn)代電控技術(shù)的人才需求量增大，本文介紹了現(xiàn)代電控技術(shù)在柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線搬運(yùn)單元中的應(yīng)用，從電氣、機(jī)械、氣動(dòng)等方面介紹了如何設(shè)計(jì)搬運(yùn)單元，有助于提升學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提升技能水平。

【關(guān)鍵詞】柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線;搬運(yùn)單元;可編程控制器

中圖分類號(hào)：TP 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，柔性生產(chǎn)線在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用，其中搬運(yùn)單元融合了機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)等各種技術(shù)，作為控制核心，西門子S7-200PLC在系統(tǒng)中的作用尤為重要，其性價(jià)比高，設(shè)計(jì)方便可靠，需要在教學(xué)中著力訓(xùn)練，提升學(xué)生整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水平。

1電控柔性離合系統(tǒng)概述

1.1系統(tǒng)構(gòu)成

電控柔性離合器系統(tǒng)總成搭載傳統(tǒng)變速箱，取消了腳踏離合器總成，具有自動(dòng)變速器的簡(jiǎn)潔操縱功能，可使公交駕駛?cè)藛T不需要頻繁踩離合器，從而減輕其勞動(dòng)強(qiáng)度，并且不增加油耗，是一款符合中國(guó)現(xiàn)實(shí)國(guó)情的手自動(dòng)一體變速箱。電控柔性離合系統(tǒng)由電磁離合器、液力耦合器、傳感器和控制器構(gòu)成，電控柔性離系統(tǒng)通過(guò)傳感器檢測(cè)車輛的運(yùn)行工況，將檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)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?cè)藛T通過(guò)電控模式只需要按下?lián)Q擋手柄上的離合按鈕，然后選擇所需擋位后就可以實(shí)現(xiàn)車輛起步或者換擋，操作簡(jiǎn)單、省力，具備傳統(tǒng)操離合器所沒(méi)有的多種優(yōu)點(diǎn)。其創(chuàng)新點(diǎn)在于利用了工業(yè)上很成熟的電控離合器和液力偶合器取代傳統(tǒng)離合器，在原有機(jī)械變速箱基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，即在總體傳動(dòng)結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過(guò)加裝該系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在電控系統(tǒng)的控制下實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱的離合狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)車輛的平穩(wěn)起步和換擋，可靠性高。

1.2系統(tǒng)工作原理

電控柔性離合系統(tǒng)是通過(guò)控制器控制電磁離合器的分離與結(jié)合，實(shí)現(xiàn)力矩的傳遞，控制器通過(guò)采集各個(gè)傳感器的信號(hào)，根據(jù)采集到的擋位信號(hào)、油門踏板信號(hào)和手柄開(kāi)關(guān)信號(hào)等，對(duì)電磁離合器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出分離或者接合的命令。當(dāng)控制器檢測(cè)到開(kāi)關(guān)手柄信號(hào)處于接通位置時(shí)，電磁離合器線圈接通勵(lì)磁電流就會(huì)產(chǎn)生磁力然后吸合銜鐵片，離合器處于接合狀態(tài)，力矩就從主動(dòng)側(cè)傳遞到被動(dòng)側(cè)。反之同理，當(dāng)檢測(cè)到開(kāi)關(guān)手柄開(kāi)關(guān)信號(hào)處于關(guān)斷位置時(shí)，電磁離合線圈不通電，電磁力消失即會(huì)將銜鐵彈開(kāi)，離合器就處于分離的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)換擋變速。

1.3系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1）節(jié)能環(huán)保、符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)扶持政策。傳統(tǒng)手動(dòng)擋模式對(duì)摩擦片和離合器壓盤使用壽命影響大，平均3到6個(gè)月就要更換一次摩擦片。摩擦片為石棉材料，磨損會(huì)產(chǎn)生粉塵引起環(huán)境污染。加裝電控柔性離合系統(tǒng)的公交汽車，沒(méi)有了傳統(tǒng)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(tǒng)的公交汽車，不存在半離合狀態(tài)工況，傳動(dòng)效率始終保持在97%以上，因此不會(huì)增加油耗。城市擁堵路況下可節(jié)能5%以上，該系統(tǒng)完全符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)扶持政策。

2）操作簡(jiǎn)單、安全舒適，減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度。駕駛加裝電控柔性離合系統(tǒng)汽車，去掉了腳踏離合器系統(tǒng)，比傳統(tǒng)離合器汽車，勞動(dòng)強(qiáng)度可減小70%以上。主要原因如下：（1）換擋取消了腳踏動(dòng)作，只需按下手柄開(kāi)關(guān)按鈕，掛擋之后松開(kāi)即可;（2）起步無(wú)需控制半離合點(diǎn);（3）起步后停車無(wú)需摘空擋;同時(shí)，系統(tǒng)由于操作簡(jiǎn)便，駕駛?cè)藛T只需全神貫注觀察路況運(yùn)行，可使行車事故障概率降低，提高了公交汽車運(yùn)行的安全性，也能夠有效提高公交汽車平穩(wěn)性及乘坐的舒適性。3）系統(tǒng)有效的降低了行車噪音，能夠延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱的使用壽命。系統(tǒng)構(gòu)建了發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間的“軟”連接傳動(dòng)系統(tǒng)，由于偶合器是液體工作介質(zhì)“軟”性連接，液力傳動(dòng)起一定的吸收、衰減和緩沖的作用，能有效降低公交車發(fā)動(dòng)機(jī)和其它傳動(dòng)部件的工作噪音。4）價(jià)格低廉，可靠耐用，市場(chǎng)接受度高電控柔性離合系統(tǒng)價(jià)格僅為國(guó)內(nèi)外AT、AMT等相應(yīng)產(chǎn)品價(jià)格的1/3-1/5，價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯。系統(tǒng)采用了很成熟的偶合器和電控離合器等工業(yè)產(chǎn)品，可靠性高，使用壽命都超過(guò)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(jīng)濟(jì)的公交難題。另外，的主要部件還可以重復(fù)利用，而且因?yàn)槿坎捎脟?guó)產(chǎn)部件，維修成本很低，市場(chǎng)接受度較高。

2搬運(yùn)單元整體技術(shù)要求

自動(dòng)化生產(chǎn)線中搬運(yùn)站有機(jī)械和電氣兩部分。機(jī)械部分由無(wú)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(tái)布置按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)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(yùn)單元的主要作用是將物料從前一站取出，搬運(yùn)到下一站或輸送線中，整個(gè)動(dòng)作過(guò)程循環(huán)往復(fù)動(dòng)作。各組成部分的作用如下：

擺臺(tái)：由無(wú)桿氣缸控制，主要實(shí)現(xiàn)左向、中間、右向三個(gè)位置的控制。

臂單作用氣缸：控制擺臺(tái)臂上升和下降，單項(xiàng)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(lái)?yè)Q向。

推料氣缸：指型氣缸完成廢料的推出。

廢料盒：系統(tǒng)檢測(cè)出的廢料，由推料氣缸推出儲(chǔ)存到廢料盒中。

氣動(dòng)手指：負(fù)責(zé)夾緊物料和松開(kāi)物料。

3硬件配置

根據(jù)控制要求，結(jié)合生產(chǎn)線實(shí)際情況，綜合考慮性能及性價(jià)比，硬件選擇如下：

（1）控制電源：直流開(kāi)關(guān)電源220V/24V;

（2）可編程序控制器：型號(hào)西門子S7-200PLC CPU224;

（3）電磁閥：型號(hào)為4V120-06;

（4）調(diào)速閥：?jiǎn)蜗蚬?jié)流閥;

（5）磁性傳感器：D-C73L;

（6）薄型氣缸：CDJ2B16-30;

（7）氣動(dòng)手指：MHZ2-16D。

4氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)

搬運(yùn)單元?dú)鈩?dòng)控制系統(tǒng)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作功能是由PLC 控制實(shí)現(xiàn)的。

其中1B1、1B2、1B3 是三個(gè)磁性開(kāi)關(guān)，安裝在左中右三個(gè)位置;1Y1、1Y2 是控制無(wú)桿氣缸的兩個(gè)三位五通電磁閥;2B1、2B2 是兩個(gè)磁性開(kāi)關(guān)，安裝在薄型氣缸的上下兩個(gè)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(tài)表征松開(kāi);3Y1、3Y2 是控制推料氣缸的單電控兩位五通電磁閥;4B1 是一個(gè)磁性開(kāi)關(guān)，安裝在推料氣缸的兩個(gè)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(shè)計(jì)

根據(jù)控制要求，結(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn)，分配I/O 如下：

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

根據(jù)工作流程，設(shè)計(jì)編程流程：初始狀態(tài)》臂下降》夾緊工件》臂上升》橫臂右移》臂下降》松開(kāi)工件》臂上升》橫臂左移……

根據(jù)流程圖設(shè)計(jì)PLC 程序，將編制好的程序送入PLC 并運(yùn)行。上電后按“開(kāi)始”按鈕，PLC 控制系統(tǒng)運(yùn)行，搬運(yùn)分揀站把廢料分揀到廢料盒中，如果是合格產(chǎn)品，則將物料從前一站搬運(yùn)到后一站。按“停止”按鈕，系統(tǒng)停止運(yùn)行。

搬運(yùn)單元在自動(dòng)化生產(chǎn)線中是必不可少的一個(gè)單元，作用尤為突出，融合了PLC、傳感器、電動(dòng)等控制技術(shù)，是知識(shí)及技能的綜合應(yīng)用，在培訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中要著重練習(xí)，使學(xué)生掌握實(shí)踐技能，提升技能水平，滿足自動(dòng)化工控企業(yè)的人才需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]江波.現(xiàn)代電控技術(shù)在柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（26）：108.

（作者單位：湘潭中創(chuàng)電氣有限公司）