时间：2023-03-03 15:57:25
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇自动化生产线设计，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
随着现代工业的飞速发展，消失模铸造技术是推动工业发展的技术之一，相应地对消失模铸造技术则提出了更高的要求。目前，现代工业领域消失模铸造生产线多数为开放线，满足了规模较小化工企业的生产需求，但是对于规模较大企业，尤其是企业在铸造生产批量大、生产周期短的情况下，开放线难以满足企业生产需求，而消失模铸造自动化生产线的设计恰恰能够弥补开放线的种种生产弊端，自动化生产可以大幅提高生产效率，并能保证铸件质量。因此对消失模铸造自动化生产线的设计进行分析研究对推动工业的发展有着十分重要的现实意义。
1.自动化生产线生产规格要求
生产企业要根据客户对铸件的需求，如尺寸规格、材质设计砂箱尺寸，确定产品生产纲领，进而根据企业车间的实际生产能力设计生产线，对生产线进行整体布局。有关技术人员要计算出生产线每天每小时的产量，以此计算出生产线每天每小时的砂处理量，分析数据进而选取适合生产线生产的消失模砂处理系统。生产规格计算主要分为以下几个步骤： 第一，生产纲领计算；第二，根据铸件图样对工艺进行分析；第三，结合生产纲领、企业生产水平，拟定铸件的报废率、造型及制模报废率；第四，对砂箱尺寸及每箱样模铸件数量进行确定；第五，计算出真空系统、砂处理系统的规格型号、技术参数及数量；第六，合理选择铸造生产线的生产线布局形式，合理设置生产线的生产节拍。
2. 消失模铸造全自动化生产线的砂处理系统分析
2.1.落砂筛分
落砂筛分主要分为两级。一级筛分是通过振动筛分机对筛箱子中的杂物进行筛除处理，主要是筛除直径大于5mm的杂物；二级筛分是分层直线振动筛分机将砂箱中直径在10目到100目的杂物及细沙筛除，其目的是为了增加砂子的透气性能。
2.2.风选、磁选功能
通过调节风机功能将干热砂风设置为风幕状下落，干热砂分级主要是靠调节阀调量大小控制；永磁分离滚筒将砂、铁分离，磁选分离后的干砂流入到下一工序设备中，磁选分离出干砂中掺杂的杂物，并流入废料箱中。分离工艺过程中产生的粉尘通过风机口进入除尘系统。
2.3.二级旧砂冷却方式可确保生产线的连续生产。
热砂冷却技术是消失模铸造生产线设计的重要核心技术之一，热砂冷却技术水平将关系着铸造自动化生产线设计质量。由于消失模生产过程中，热砂具有冷却速度较慢的特点，因此该设计将选用二级旧砂冷却的方式作为设计思想。铸造落砂时通常要经此工艺将热砂的温度将下来。此工艺一级冷却采用水冷式沸腾冷却床冷却，二级冷却采用砂温调解器调节有关设备冷却热砂。其中，沸腾冷却床冷却过程中热交换的形式较为多样，包括水与热砂、空气与热砂等热交换形式。呈沸腾状态的热砂热交换的效率较高，固采用二级旧砂冷却方式。热交换过程中沸腾的热砂所产生的风尘将随着热空气被吸入除尘器，冷却后的干砂纯度较高，即保证了干砂的透气性能，又起到了降温的作用。砂温调节器主要是通过砂子和循环水管间接触发生热交换起到降低砂温度的作用，宜用于自动化生产线，实现生产线的自动化生产。
2.4.砂输送环节
砂输送在落砂时温度极高，振动输送机可有效将高温砂子输送到指定位置。此外冷却中的砂可通过带式提升机或者是皮带输送机将砂子提升到一定高度及水平距离输送。
2.5.生产线控制
采用PLC系统实现生产线的自动控制。包括：计算机控制模、拟屏控制和触摸屏控制方式。
2.6.除尘系统
消失模铸造是目前较为先进的铸造工艺，该工艺的主要优势在于绿色、环保。消失模铸造生产线在砂处理过程中所使用的除尘系统，应根据砂处理量及生产线的生产能力选取设备。根据砂处理系统除尘风量确定除尘器风机功率。除尘系统设计完毕后，每个扬尘点要设置风量调节阀，目的是确保每个管路风量适合生产需求。
3. 消失模铸造自动化生产线的砂箱运行
砂箱在液压推箱机、电动过渡小车及全自动液压翻箱子机的作用下实现了砂箱在系统轨道上的全自动运行。通过计算设置各设备参数，砂箱运行节拍和生产线节拍保持一致。触摸屏控制运行节拍，砂箱全自动化运行。
4. 真空负压系统
消失模铸造铸件的造型及浇筑都是在真空条件下进行。真空负压系统是由特制砂箱和负压系统共同组成，形成一个封闭的系统。在真空消失模铸造工艺中真空泵是最基本最主要的设备。真空负压系统主要组成部件包括；真空泵、稳压罐、湿法除尘器和汽水分离器。选取真空本时要保证其吸气量大，而对于真空泵的其它要求并不是很严格。其中真空泵吸气量大小可根据浇铸件体积、铸件的金属材质、砂箱的体积及浇注过程中所用的砂箱数量进行选择判断。
5. 消失模铸造自动化生产线加砂方式
消失模铸造的加砂方式主要有软管人工加砂、螺旋给料加砂及雨淋加砂。其中，雨淋加砂是目前消失模铸造自动化生产线中应用最为广泛的加砂方式。该加砂方式主要是通过对多孔板中动板、静板相对位置的调节来改变漏沙孔横截面积。进而控制砂雨的大小。该加砂方式加砂速度快、加砂均匀，提高了消失模铸造自动化生产线的生产效率及产品质量。
6.结语
消失模铸造技术是目前铸造业中应用最为广泛的技术，加强对消失模铸造技术的研究，科学合理地设计出消失模铸造生产线自动化运行方案对提高行业的生产效率有着十分重要的现实意义。
参考文献：
[1] 黄乃瑜，叶升平，樊A田.消失模铸造原理及质量控制[M].武汉：华中科技大学出版社.2004.
[2] 格莱特・米奇尔.金属制品失泡沫压力铸造方法[P].中国专利：1990―09一l0.
作者简介：
关键词：自动化生产线实验系统；物料搬运站；设计方案；可编程控制器
中图分类号：TP23 文献标识码：A
1引言
自动化生产线因其效率高，柔性好，已经成为现代制造业的重要发展方向。自动化生产线将机械工程与电子工程结合，使得待加工的产品能够自动的在机械加工装置上完成预定的各个工序和工艺过程，大大的提高了生产效率，降低了劳动成本。一个典型的自动化生产过程主要包括原料供给、自动加工装配、自动检测、自动包装等环节，在这些环节之间，物料（加工工件）的传输是依靠物料搬运站完成的，因此物料搬运的运行效率直接影响整个生产线的效率，本文以S7-200PLC作为物料搬运站的控制器，以气动元件作为执行机构，详细论述了以2-自由度机械操作手为核心的物料搬运站控制系统和执行系统的设计，实现工件的夹取搬运放置这三个工作环节。实验结果表明，该装置很好的模拟了实际加工生产环节中工件的运输过程，采用移位指令编写的梯形图程序，具有一定的创新性。该设计能让学生更好的接触实际工作中的整机设备，能够系统的培养电气设备的设计、组装、调试和维护等职业素养，并有效的训练了学生PLC程序设计的能力。
2物料搬运站硬件设计
2.1PLC系统设计
物料搬运站的结构示意图如图1所示，其主要功能是实现工件的抓取、搬运、放置，在这一环节中包含的动作有：气动手抓的打开与夹紧，提取模块的带动气动手抓的上升与下降，滑动模块的左移和右移。物料搬运站的结构如图1所示。
提取模块由气动手抓、薄型单活塞防转气缸组成，薄型单活塞防转气缸用于气动手爪机构的提升与下降；在其行程位置处安装有磁感应接近开关，用于判断其提升与下降运行的到位情况。气动手爪：用于夹取工件的执行机构，并在气动手爪上安装磁感应接近开关实现其张开的限位检测。 滑动模块主要由磁性耦合式无杆气缸和固定支架组成，其主要作用是在夹取工件完成后，将提取模块输送到行程位置。在无杆气缸的两个行程位置安装有磁感应接近开关，用于判断其左移与右移的到位情况。＼
2.2物料搬运站气动控制回路设计
物料搬运站的执行机构是气动控制系统，其方向控制阀的控制方式为电磁控制或手动控制。各执行机构的逻辑控制功能是通过PLC控制实现的。
从气源出来的气体经过二联件处理后进入到汇流板。通过相应的电磁换向阀可进入气动执行元件，分别驱动磁性耦合式无杆气缸的左右运动，薄型单活塞防转气缸的上升下降运动、气动手抓的抓料和松料动作。整个气动系统的3个气缸全部采用出气节流调速，电磁阀采用1个三位五通阀和2个二位五通阀。选用集装式电磁换向阀，将所有电磁换向阀由电磁阀岛集装在一起，以减小占用空间。物料搬运站气动控制回路原理图如图2所示。
2A为气动手抓控制回路，气动手抓的动作分为两种：2Y1得电2Y2失电，电磁阀处于左位工作，气爪处于松开状态；2Y2得电2Y1失电，电磁阀处于右位工作，气爪处于夹紧状态。
3A为薄型活塞杆防转气缸气动控制回路：3Y1得电，电磁阀切换到左位工作，薄型单活塞杆气缸伸出下降状态；3Y1失电，电磁阀自动切换右位工作，薄型单活塞杆气缸缩回上升状态。3物料搬运站软件系统设计
物料搬运站的控制要求是：当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，夹爪打开、提取模块上升到上限位处、无杆气缸驱动提取模块移动到最左端。接下来进入工作运行模式，按启动按钮，夹爪下降并夹取工件，上升后移向右工位，到达最右端后夹爪下降释放工件，之后夹爪上升并移动到最左端，等待下一个工作信号。在工作过程中设置复位、开始指示灯，用于指示系统当前的工作状态。3.1流程图设计
物料搬运站动作简单，动作主要由长行程无杆缸和气动夹爪部完成，当接受到工作指令后夹爪开始下降，下降到为后夹爪闭合，夹取工件后开始上升，上升到位后向右边横向移动到位后夹爪下降并打开，将工件放置到下一站后上升并横向左移至最左端。设计流程图如图3所示。
3.2PLC程序设计
物料搬运站的PLC程序设计，可采用顺序控制指令实现，也可采用移位指令实现，在此根据搬运站工作流程图，采用移位指令来实现，物料搬运站PLC控制程序如图4所示。
4结论
搬运工作站设计完成后，先进性硬件的组装、电气线路和气动控制回路连接。然后用Step7编程软件编写程序并下载至PLC中进行单站调试运行。单站运行无误后，可采用PPI通讯方式与其他工作站进行联机调试。
经试验运行测试，基于PLC控制的物料搬运站能够实现将物料从上一工作站搬运到下一工作站的功能，并且能够实现物料的自动循环搬运。在调试运行时，应该有人守侯在设备旁，时刻注意设备的运行情况，一旦发生执行机构相互冲突的事件，应及时操作保护设施，如切断设备执行机构的控制信号回路、切断气源等，以避免造成设备的损坏。
参考文献
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[4]齐伟，张秀如，基于PLC的柔性自动生产线实验仿真系统的平台设计[J].制造业自动化.2011，33（12）：96-98.
关键词：《自动化生产线安装与调试》；职业教育；试验台；教学效果
《自动化生产线安装与调试》是工科类高等职业院校一门重要的、实践性很强的专业课程，要求学生不但能够很好的掌握自动化生产线的理论知识，（包括硬件结构，各元器件的作用，气动回路的构成，气缸的结构、工作原理），而且能够熟练的利用编程软件对PLC进行现场编程，对设备进行联机调试，在设备运行过程中能够自主并且快速的确定并排除故障。目前随着我国自动化生产线的不断发展和完善，大中型企业在生产中使用生产线的比例不断提高，所需要的人工操作岗位越来越少，也就是说所需要的熟练操作工人数量在不断减少，柔性自动化设备的操作和维护人员的比例在不断的提高，这就需要培养出理论和实际操作能力都很强的高素质技能型人才，而高等职业教育的特点是既重视讲授理论知识，又突出实践操作技能的训练，以培养高素质技能型人才为目标。实践操作训练主要形式是实验实训教学。从2003年评估开始，很多高职院校都陆续建立了自动化生产线实验室，花费巨资购置了自动化生产线实验实训设备。但通过这几年的调研和教学发现，在实现实验教学计划及教学实施过程中存在一些问题：
1、 实践教学环节不足
《自动化生产线安装与调试》课程的实践环节主要包括相关实验和实习，但目前很多院校因为设备、场地、课时分配等原因不能保证足够的实践教学，教学内容和教学计划都过于“理论化”，没有突出课程“实践性”和“应用性”的教学特点，不利于实现本课程在高职院校中的教学目标。
2、实验设备不够
目前各院校都加强了实验室建设，购买大量的实验设备，但随着各院校招生规模的扩大及实践教学环节的加强，需要的实验设备缺口很大，而一台实验设备动辄几十万，大部分高职院校由于经费有限，购置的生产线设备仍不能满足教学需求，有的学校甚至没有相关的实验设备。
3、实验设备不合适
很多院校购置了生产厂家生产的成品实验装置，而这些设备往往和实际教学脱节，有的设备功能单一，结构简单，只能进行“简单验证式”和“非真实器件模拟”的实验，不能使学生深刻理解生产线的工作原理，全面了解真实的控制过程，不能实现学生毕业后“零距离上岗”的最终目标。
4、实验教学方式的呆板及滞后
在一些学校至今仍沿用老师编好详尽的实验指导书，讲固定的程序，缺乏多模式多层次的实验教学方法，而学生“依葫芦画瓢”，学生只需要进行简单的程序输入就可以完成实验，不能达到培养学生创新思维和综合职业能力的目的。
因此，我们急需设计一种综合性强，价格低廉，能够培养学生创新思维和综合职业能力，在同行业中各项技术和指标都比较先进，既能做各种模拟演示实验又能展示工厂实际生产过程的自动化生产线综合实验台。同时结合我们的实验台，要调整实践和理论课时的比例，加强实践教学环节，调整实验内容，使其能更好的完成对于高素质技能型人才的培养目标。
在我国，高等职业教育规模已经很大，高职院校有1000多所，大部分院校由于教学经费问题，不能及时的更换或者购买最新的实验设备，导致教学实验台和工厂实际的生产线存在着不小的差距，从而直接影响到高职学生的就业和择业，而本课题将研究设计一种自动化生产线实验平台，达到以下目标：
（1）具有综合性和真实性：既能做自动化生产线真实过程的展示实验，又能做PLC一般演示实验，能解决高职院校实验设备不合适的问题。
（2）具有可开发性：可以根据实验情况，引出PLC的I/O插口，为平台开发出其他实验，由学生自己动手，设计实验项目，调动学生自我能动性，进行设计开发，可以解决实验教学方式呆板落后的问题。
（3）能真实展现自动化生产线工作的实际过程，同时学生可以自主设计设备动作过程和动作顺序，通过动作过程和动作顺序，自主设计出相应的控制程序，以提高学生的动手能力和PLC编程能力；
参考文献
[1]李斯兴 加强技能素质培训 培养高等技术应用性人才。 职教纵横，2001
【关键词】教学设计 系列微课 自动化生产线 电气自动化技术
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）12C-0161-02
自动化生产线安装与调试是高职电气自动化技术、机电一体化技术专业的核心课程，它综合性强，涵盖光、机、电、气、信等学科领域，综合了机械技术、传感技术、PLC技术、变频调速技术、伺服驱动技术、人机界面技术和工业网络通信技术等多种专业核心技术知识。正因为如此，在专业课程体系中它存在既“重要”又“难学”的矛盾。如何有效化解这一矛盾成为当前亟需解决的教学改革热点问题。
“微课”是近几年来兴起并得到快速发展的教学视频载体，它具有短小精悍的特点，推动了“翻转课堂”教学模式改革。它主要将课程的教学重点、难点、易忘点、易混淆点等以视频形式进行呈现，学生可以反复观看、模仿学习和实践，有利于学生进行自主学习。“微课”资源的开发应用对高职课程改革注入了一针久违的“强心剂”，如何开发、设计并制作整门课程的微课（即“系列微课”）资源对于课程的教学改革具有重要的现实意义，而微课的教学设计也必将成为微课资源开发的重中之重。
一、微课的内涵解析和教学设计的意义
（一）微课的内涵解析
微课简称微课堂，广义讲它是一个完整的“课堂”教学过程，包括教学的目的、教学内容、教学过程、课后作业和教学反思等。但它又区别于传统的教学课堂，传统的教学课堂主要以教师现场的讲授、操作、组织实施完成，一般不具有“重复性”，教学过程中的一些重点、难点需要反复强调，学生要有针对性地做笔记，而学生对其中感兴趣的内容也不可再现。而“微课”以视频为载体，将整个教学目的、教学内容、教学过程、课后作业和教学反思等“传统课堂”这一完整教学过程以视频的形式进行呈现，继承了传统教学课堂的优点，学生可以不受时间、地点和环境的限制，通过PC机、手机等操作终端进行观看学习。同时，“微课”又具有很好的“重复性”，可以反复播放学习，加深理解，特别是一些动手实践的内容，学生可以边学边做，提升学生学习自主性和能动性。
（二）教学设计的意义
“微课”是一种特殊的“微视频”，虽以视频形式呈现，但并非是普通的视频文件，而是内含丰富的教学设计。可以说没有教学设计的“微课”不能称之为“微课”，而是“微视频”。教学设计的意义就在于发挥“传统的课堂”的优点，将完整的教学过程植入“微课堂”，为微课的开发、设计和制作打下坚实的基础。
二、微课教学设计方法及步骤
按照本课程的教学大纲和专业人才培养方案要求，将整门课程的教学内容按照必须掌握的知识点、重点、难点、易忘点、易混淆点设计了29个微课，每个微课的教学设计过程包括教学设计思路、学情分析、教学策略的安排、教学过程的组织和教学反思等环节。
（一）微课的选题
微课的选题非常重要，也是微课资源开发的首要任务。也就是说首先要考虑设计什么内容，这些内容选题不能太大，也不能太小，还要考虑整门课程的微课是否能够形成系列，既要考虑微课选题的整体性，也要考虑其个体性，使两者得到很好的统一。自动线安装与调试是一门综合实训课程，内容多，专业知识抽象，技术性强，要求掌握供料、加工、装配、分拣和输送等5个工作站的工作原理、电气安装及编程调试，最后能完成整体联机调试。在微课的选题上，要做到“全”“精”“益”。一是“全”，即选题全面，所有选题要覆盖整门课程大纲规定的必须掌握的知识点，力争通过这些微课视频的辅助，能够使学生自主完成相应的实训任务并掌握必备的专业知识和技能。二是“精”，即每个微课的选题尽可能做到精炼，且独一无二，没有重复。三是“益”，即微课选题要有意义，要建立以学生为中心的理念，对他们的学习有帮助。根据“全、精、益”的设计思想，自动化生产线安装与调试课程的系列微课选题包括生产线的整体认识、各工作站的电路安装、气路安装、编程设计和联机调试等五个模块，共计29个微课选题，见表1所示。
（二）微课的教学设计思路
选题确定后，接下来第二步是构思教学设计的设计思路，即要回答“为什么做”“做什么”“怎么样做”这三个问题。针对当前教学过程中存在的一些问题、困难或典型事例等进行改革创新，力争通过本设计来解决当前存在的若干问题。例如，针对“供料站的单站运行”这一微课选题，其设计思路是要让学生充分了解供料站的功能和工艺控制过程，包括正常的启动工作过程，正常的停止工作过程和异常工作状态，建立良好感性认识。具体的教学过程则围绕这几个方面来安排。
（三）微课的学情分析
教学设计还要考虑学情，即授课的对象是高年级学生还是低年级学生，是高职学生还是中职学生，根据他们的学历层次、学习经历、学习能力进行教学内容的安排、教学策略设计。
（四）微课的教学策略
微课的教学策略包括教学目标、教学内容、教学的重点和难点、学习环境和学习资源设计、教学方法手段等几个方面。以“供料站的单站运行”微课为例，教学目标分为知识、能力和素质三大目标。知识目标为理解供料站的工艺控制过程；能力目标为具有一定工业控制观察能力和理解能力；素质目标为培养良好的职业道德和素养、积极的工作态度和责任感、良好的沟通交流能力和团队合作精神。教学内容为供料站的单站启动、供料站的单站停止、供料站的异常运行状态。教学重点是供料站的单站启动、停止，教学难点是供料站的异常运行状态。学习环境有电子教室、局域W、因特网、校园网。学习资源类型有课件、多媒体资源库和仿真软件等。教学方法包括演示法和任务驱动法。
（五）微课的教学过程
微课的教学过程是微课视频制作的“理论指导”，是微课视频拍摄、录制和制作过程的文字表述。整个过程一般包括片头、课题引入、任务描述、任务展开、小结和片尾等几个步骤。各部分的作用、教学手段及用时见表2所示。
（六）微课的教学反思
教学反思是教学设计的最后环节，是一种微课教学过程的反馈和思考，根据教学的效果进行反思，如存在哪些问题，还有哪些需要改进，需要怎样去进一步解决，同时思考如何更进一步将本微课应用于教学，提高学生的积极性和学习兴趣。
微课作为一种新兴的教学资源，已逐渐深入人心，也引发了广大高职院校教学一线教师投入制作微课的热潮。如何开发整门课程、特别是专业核心课程的系列微课资源已成为当前高职院校专业教师任重道远的一项任务和使命。因此设计课程系列微课的教学设计变得更加重要，因为它是系列微课资源开发的理论指导和制作前提条件。
【参考文献】
[1]胡铁生.微课的内涵理解与教学设计方法[J].广东教育，2014（4）
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[3]黄爱科.高校经济管理专业微课教学设计思路探讨[J].教育与职业，2015（23）
【基金项目】2015年柳州铁道职业技术学院立项课题“自动化生产线安装与调试课程的微课资源设计、开发与应用”（2015-B16）
[关键词]自动化生产线；操作手单元；机械结构；控制程序设计
中图分类号：TP278 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）22-0095-01
引言
至今时期，因为有着高速发展的科学技术为依托，机械制造业中的自动化生产技术也取得了更加广泛的运用，所据地位变得越来越重要。近年来各种各样的自动化生产线已经在汽车制造业、电子电气行业、食品行业、化工行业、冶金行业等领域研究和制造出并投入使用。随着自动化生产线投入的使用，不仅提高了产品品质和生产效率、同时也在改善作业员工作环境、减小能源消耗、降低原料成本等方面均取得了显著的成效。
1 自动化生产线设计
1.1 自动化生产线设计流程
自动化生产线的设计需要在熟悉产品生产工艺的基础上得以实现，首先只有在熟悉产品生产工艺的及产品特点的基础上来对自动化生产线进行设计，同时产品生产工艺也是一个产品装配过程的完整体现，产品生产过程中的每一道工序都对产品的每一步生产进行详细的要求与说明，并对相应的规格标准进行说明。因此，在对自动化生产线进行设计之前首先要对产品的生产工艺进行分析、熟悉。
1.2 自动化生产线的设计原则
在自动化生产线的设计过程中需要在满足使用功能的前提下尽可能的对工艺步骤进行优化，使设计过程最简化、设计成本最小化。在自动化生产线的设计过程中对于自动化生产线所使用的各个零件如传感器、PLC 等的部件应当尽量选择统一的标准，从而在降低自动化生产线成本的同时能够方便的对其进行管理、互换。
2 自动化生产线机械手发展概述
在科技日新月益的推进更新下，机械工作的灵活度与耐用度日益增强，机械手的出现促进了生产工作的进步。机械手可以惟妙惟肖地效仿人手和臂的部分行为功能，依设定程序进行拿取、搬送物品或操控工具的自动操作装置。只需我们利用编写程序来实现不同的预想动作，在结构和功能上就能同时拥有人和机械手种种的优点。常用的机械手一般由手部、活动机构两大部分组成。手部的首要任务就是实现工件的抓取，然后按照被抓取工件的材质、尺寸大小、形状、重量和动作需要设计成如托取型、吸贴型、夹持型等满足要求的各种结构类型。运动机构也就是让手部按照不同的角度不同运动轨迹进行翻转、转移或混合运动来满足产品的加工需要。运动机构的伸展与收缩、上升与下降、旋转等独自活动形式，被叫做机械手的自由度。要能够拿取任何地方或不同状态的工件，只要拥有 6 个或以上自由度的机械手就可以做到。因此机械手的自由度就最初设计时必须谨慎合理地考虑的重要参数。机械手的自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。普通专用机械手有 2～3 个自由度。投入使用机械手，可以使生产线完全自动化，不仅能大幅削减人工，同时劳动强度也大大降低，而且系统稳定好、使用方便，同时还可以适时快速便捷地监控生产实际情况。当然对企业来讲最大的优势就是能够降低长期带来的人工成本，提高企业利润率。
3 自动化生产线操作手单元的机械结构及控制程序设计
3.1 操作手单元的机械结构
操作手单元主要由支架模块、滑槽模块、Pic Alfa 模块、I/O 接线端口，CPV 阀组、控制面板组成。
3.1.1 支架模块
接收上一个单元传送来的工件，并由漫射式光电传感器检测工件颜色。
3.1.2 Pic Alfa 模块
该模块由气抓手、气动无杆气缸、漫射式光电传感器等组成。主要完成工件的提取和传送。该模块具有高度的灵活性，末端位置传感器的安装位置可以任意调节。在提取装置上装有气抓手，通过给不同的缸体送气，控制气抓手的打开和关闭。
3.1.3 滑槽模块
在本单元中有两个滑槽模块，可以存储多个工件，其倾斜角度可以任意调节。
3.1.4 CPV 阀组
本单元的阀组由 3 个阀组成，分别控制无杆气缸、提升缸和气抓手。在结构上，它们都是带手控装置的单控电磁阀。
3.2 操作手单元的程序设计
工件到达支架后，由支架上的漫射式光电传感器检测工件颜色。检测到工件后，气抓手打开，操作手臂下行，到达工件位置。当气抓手上的漫射式光电传感器检测到有工件后，气抓手闭合夹住工件，操作手臂上行提取工件。在水平轨道上移动到达下一个工位上方，操作手臂下行到工位，打开气抓手将工件放置在 ROBOTINO（机器人）单元的检测区域。操作手臂上升，气抓手闭合，手臂返回到初始的左限位置。
按图1的控制流程，应用 PLC 编程，将所编写程序通过通信电缆下载到 CPU 中，进行实际运行调试，经过调试修改完善控制程序。
结语
随着自动化生产线的广泛应用，随着自动化控制技术发展的日新月益，对自动化生产线操作手单元机械组成的分析，可以为今后设备的调试、维护与排故奠定良好的基础。对控制程序的设计及分析，可以有效扩展单元的功能，提高生产率。
参考文献
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【关键词】气动 PLC 装配下料 自动化
1前言
我校自主研发的自动化生产线是一套基于PLC控制的教学系统，也是一套模块化的生产实训系统。它集电气控制、PLC应用、传感器、气动等多种技术于一体，由自动上料、传输检测、真空分拣、颜色分拣、位置调整、配件供给和装配下料等七个工作站组成。装配下料站的功能是对部件进行压装并完成自动下料动作。
2系统的硬件设计
2.1动作过程
装配下料单元主体由气动机械手、压装气缸和下料气缸组成。主要功能是控制气爪，把经传输带传送过来的由位置调整和配件供给单元配对成功的工件成功抓取，然后放到压装缸下。压装缸把配对成功的工件压紧，然后下料缸将压装完毕的工件打到工件盒内。
2.2气动回路设计
在装配下料单元中，气动执行机构的主体是气动机械手和两个直线气缸。气动机械手在结构上由1个气爪、2个直线气缸和1个摆动气缸组成。归位状态为：气爪开，平移缸进，升降缸落，打料缸退。动作顺序为：气爪闭平移缸退升降缸升摆缸1800压装缸压压装缸退平移缸退打料缸打打料缸退一摆缸00升降缸落平移缸进气爪开。工作原理如图1所示。
图1中气动机械手可实现手臂平移、升降、摆转、抓取和松放动作。由安装每个气缸上的磁性接近开关来检测直线气缸的两个极限工作位置。4个二位五通的带手控开关的双电控电磁阀集中安装在汇流板上，分别控制机械手的手臂进行平移、升降、摆动、气爪的夹紧和松开动作。汇流板中两个排气口末端均连接了消声器。
2.3 PLC控制
在装配下料单元中，检测各气缸工作位置的磁性开关、检测配对后的装配件位置的电感式接近开关，加上保证生产线连续动作的各种标志输入和两个控制按钮后在内，PLC共需15个输入端子接收外界信号。电磁阀控制的输出动作，加上故障信号和标志信号共需15个输出端子。选用S7-226主单元。其I／O接线原理如图2所示。本单元在自动模式须与其它单元联机才能完成动作，手动模式无需联机。
3系统的软件设计
PLC梯形图程序的设计方法有经验法和顺序控制法两种。根据装配下料站气动机械手的动作过程，采用顺序控制法编写的自动运行程序如图3所示。
参考文献：
[1]廖常初.PLC编程及应用.北京：机械工业出版社，2005.
[2]崔坚，李佳.西门子工业网络通信指南(上册).北京：机械工业出版社，2005.
关键词：水泥生产 全集成自动控制 PLC DCS
中图分类号：X951 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）09（c）-0064-02
水泥大规模集成自动化生产过程是一个复杂的理化反应过程，不仅其调控系统具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，同时整个生产线的运行工况较为复杂多变、设备相互间联锁众多、各种检测信号间相互影响较大，如果采用常规的现地人工控制或继电器仪表静态监视控制，很难达到现代化水泥生产工艺自动化控制要求。本文针对水泥生产线自动控制需求，采用以PLC可编程控制器为核心的DCS控制系统，设计具有面向水泥全厂总生产过程在线监控的全厂计算机监控系统，通过实现水泥生产全过程各阶段动态监控管理一体化，使水泥在生产过程中不仅具有先进的过程控制自动化水平，同时为水泥生产管理信息化提供重要信息源。
1 全集成自动控制系统总体方案
水泥生产线中主流控制系统依然以PLC+DCS控制系统为主，且PLC+DCS控制系统将会在很长一段时间内在水泥全集成生产线中发挥非常良好的应用效果。尤其在网络集成集约化功能需求的当今，具有联网数据信息通信共享的PLC控制器已成为控制系统的核心，能够有效支持现场总线协议，实现水泥生产线中DCS与PLC在全过程在线监视控制系统中的有效集成。根据现代化水泥集成自动化生产线实际功能需求，笔者提出一套水泥生产线全过程各环节计算机在线监控与管理方案，全线采用具有联网通信功能的PLC控制器+DCS构筑完善的水泥生产线在线监控系统。基于CAN总线的水泥生产线全集成自动化控制系统总体方案如图1所示。
从图1可知，以PLC为核心的现场站完成控制系统各环节中的模拟量/数字量数据采集和集中控制功能。工程师站和操作员工作站主要实现在中控室对现地所有监控设备远程操控、故障报警、运行状态仿真显示、运算数据分析存储、统计分析报表、趋势显示，可以根据系统运行需求和调控要求定时或随时打印出监控人员所需的各种运行工况状态数据信息。可设总工程师和厂长指挥信息管理系统、生产调度系统等，使总工程师和厂长能够实时掌握和了解现场水泥生产线的运行工况状态，便于其制定科学合理的调控决策，提高全厂科学合理、高效经济的管理水平。
2 全集成自动控制系统硬件设计
根据水泥生产线操作、监视、控制等实际功能需求，在全集成自动化控制系统设计过程中力求功能结构的简明清晰、投资性价比较高、运行安全可靠性较高、功能集成完善的特性，按照分层分布式结构构筑控制系统结构。控制系统按照功能结构要求，分为现场设备层、过程控制层、以及主站监控层三层。现场设备层通过过程控制层通信网络与主站监控层进行数据信息的实时共享。采用光纤以太网技术，通讯速率可以达到100Mbps，同时具有非常良好的抗干扰能力。数据采集系统采用成熟的SuperInfo2.0数据采集智能模块，其可以满足水泥生产线自动控制系统数据信息接口、实验室调速数据接口、人工输入数据接口等相关工单元共同构成，其中自动控制系统数据接口主要采集水泥生产线中已运行和正在实施的DCS分散集控系统、PLC现地控制单元等控制系统中的实时运行数据信息，同时按照扩容扩展功能需求预留控制系统与其它系统间交互通信的接口，接口均按照网络通信协议要求配置独立网关模式，通过TCP/IP网络通信协议就可以完成不同控制系统间的网络连接。
2.1 现场设备层
从图1可知，水泥生产线中的现场监控设备较多，需要采集的数据信号量种类较繁杂、数量较多，主要包含压力、流量、电流、转速等信号。数据采集智能模块先通过内部A/D模数转换单元，将压力、流量等模拟量信号转换成计算机能够识别的标准点信号后，通过通信通道远程传送到水泥生产线集控中心，同时主站监控系统通过网络通信信号直接额接收现地PLC控制单元发出的对应控制信号，实现对现地设备系统的远程监视调控。由于水泥生产线较大，有些信号传输距离较远，且现场电磁干扰较为严重，所以在控制系统设计时其现场检测信号宜采用4～20mA标准直流信号表；而温度测量点是水泥生产线控制的核心，其温度传感器集中布设在烧成部分，且温度范围在100～1200℃大范围内波动，因此选用K和E分度的热电偶和高精度的温度控制器。
2.2 过程控制层
由于水泥生产线全集成自动化控制系统中的数字量、开关量约占控制系统总输入输出接点数的80%左右，同时整个控制过程主要以顺序控制、连锁控制为主，因此，控制系统在设计时选用三菱A系列PLC作为整个水泥生产线过程控制层的控制站，以完成对现地设备数据信息的集成整理和主站控制层控制命令的远程传达。
2.3 主站监控层
主站监控层主要完成整个水泥生产线的模拟仿真显示、过程状态监视、运行数据记录分析处理、运行趋势分析、远程操控等功能。主站监控层除了上述多种的可视化服务功能外，还可以通过计算机自动分析形成对应的操控决策，通过通信网络将相应远程操控命令传输到现代操现地电机和各种电器设备，远程操控完成电机的顺序启动、顺序停车、以及事故紧急停车等远程操作。
3 全集成自动控制系统软件设计
水泥生产线全集成自动化控制系统中各控制子系统大多具有非线性滞后特性。非线性多变量滞后系统的回路间通常需要相应功能的耦合匹配，因此常规现地分散控制很难满足水泥生产线集成自动化控制功能。采用神经网络的BP“自学习训练”算法，通过对NNC加权处理完成对非线性多变量滞后系统的实时调整，使水泥生产自动控制系统具有较强适应性和自整定特性，进而达到全集成自动化控制功能。
4 系统应用效果分析
水泥生产线全集成自动化控制系统，是结合水泥企业实际生产功能进行开发设计，能在水泥企业实际生产线中成功应用实施，能够满足现代化集成大规模水泥生产要求，有助于节省原料和能源量消耗，提高控制系统数据信息综合利用效率，确保控制系统高效稳定的运行，降低单位产品的综合生产成本，显著提高了水泥生产企业水泥生产的社会经济效益。与改造实施前相比，吨水泥所消耗的能源资源下降了5%，产量提高了65%，设备运转率提高了5%，工人劳动强度大大降低，所取得的社会经济效益相当可观，具有非常好的应用前景。
5 结语
水泥生产现代化、集成化、集约化功能需求，发展基于PLC+DCS总线的全集成自动化控制系统以及生产流程的智能自动化控制算法，将成为水泥行业自动化研究发展的重点。在控制系统设计过程中，只有真正了解水泥生产工艺流程和物料特性，并优选先进而成熟的监控设备和软硬件系统，才能确保水泥生产系统达到全集成高自动化程度，推动水泥企业安全可靠、节能经济的进行水泥产品生产。
参考文献
关键词：项目教学法；自动化设备及生产线；机械手搬运站；MPS
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）12-0102-02
《自动化设备及生产线》是机电一体化专业、数控专业等必修的一门课程，涉及机械技术、电子技术、计算机技术、液压气动技术、传感器技术、可编程控制技术等相关知识，是一门综合应用能力较强的课程。学生通过课程的学习，要掌握各种自动化设备及生产线的运行控制原理、安装与调试的基本技能。要想教好、学好这门课程，必须让学生将相关基础专业课的知识有机融合在一起，构建一个完整的知识体系。教师采用的教学方法不得当，就不利于学生构建完整的知识体系，往往顾此失彼，不利于培养学生的综合技能，更不能满足企业的要求。有鉴于此，在《自动化设备及生产线》课程教学过程中采用项目教学法，能够调动起学生的学习兴趣，高质量地完成教学目标，增强学生的职业技能，并逐步培养学生的辩证思维能力、综合思考与动手能力、团队合作精神、创造能力和进取精神。同时，采用项目教学法，符合职业教育“以就业为导向、以能力为本位”的基本要求，符合职业教育的培养目标。笔者拟结合实际案例，阐述项目教学法在《自动化设备及生产线》课程中的应用。
项目教学法概述
项目教学法是以典型产品为载体设计学习项目，以工作过程为线索设置课程教学过程，按照工作的相关性来组织课程的教学内容，以职业能力的形成为依据选择课程内容并以完成工作任务为主要学习目的的教学模式。项目教学法的最大特点是“以用促学”，即以任务为驱动，将工作作为课程内容的载体，实现理论知识与实践技能的有效整合，以项目为主线、学生为主体，改变以往“教师讲，学生听”被动的教学模式，创造学生主动参与、自主协作、探索创新的教学模式。
笔者所阐述的项目教学法是在自动化柔性生产线MPS实训设备的基础上，以生产线的工作过程和工作站为依据，合理设置项目教学的各个工作任务，把理论知识与实践技能有效结合，实现自动化设备及生产线课程的一体化教学。
项目教学法的典型应用
自动化柔性生产线MPS实训设备是一种最为典型的机电一体化、自动化类产品，它是在接近工业生产制造现场基础上又针对教学进行了专门设计，强化了各种控制技术和工程实践能力。该实训设备由8个工作站组成，分别为上料检测站、机械手搬运站、工件加工站、工件分拣站、工件传输站、工件装配站、装配搬运站及立体仓库站，控制系统由西门子PLC完成，具有较好的柔性，即每站各有一套PLC控制系统独立控制，可以学习简单的基本工作站的安装与调试，也可以学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。
机械手搬运站是MPS实训设备中的第二站，主要完成将工件从上料检测站搬运到工件加工站的待料工位。下面就以机械手搬运站的安装与调试为例阐述项目教学法在自动化设备及生产线课程中的应用。
创设情境，任务引入 首先教师通过播放MPS正常运行视频，并正确操作演示MPS工作流程，学生了解柔性加工生产线加工工艺，观察机械手搬运站的工作过程，并思考如何安装与调试，通过关键问题的引入，分析该工作站的结构组成与调试方法，明确工作目标，引入工作任务。教师活动与学生活动如表1所示。
明确目标，确定任务 通过情境设计，引导学生明确工作目标，布置工作任务，并下发工作任务单。机械手搬运站的安装与调试主要涉及机械装置、气动装置、控制系统和程序调试四部分，考虑到中职学生的特点和项目主要目标，在该次课设计了两个工作任务，如表2所示。
分析任务，制定计划 学生以小组为单位开展工作，每个小组3～4人，其中1名组长，每名成员都有自己的工作角色和工作岗位，组长接到工作任务单后，根据任务要求，进行工作任务细分并制定工作计划，教师可以指导其开展工作。根据机械手搬运站安装与调试的工作要求，学生制定的工作计划如表3所示。
任务实施，互动交流 在明确工作任务和制定工作计划后，学生在组长带领下，在教师指导下，协作完成任务，教师深入到学生之中，了解学生的工作情况，指导点拨并帮助学生处理难解决的问题。学生在完成任务之后，在教师引导下对完成的项目任务中所涉及的相关理论知识进行归纳总结，互相交流，并提出知识扩展和创新之处。表5展示了机械手搬运站安装与调试的任务实施过程。
任务考核，成果展示 任务考核和成果展示，是开展项目教学活动不可或缺的一个环节，考核内容分5S管理、成果展示、项目创新和工作记录四项。各项目小组将工作成果进行汇报交流与展示，教师对展示小组进行考核和点评，同时小组间互相交流和评价。通过成果展示，小组间互相交流任务完成过程中遇到的问题、困难及解决方法、收获和体会等。教师通过小组工作任务的验收和班组成员的表现，给各小组综合评价。评价的方式在项目汇报完成以后，由教师、组长及学生个人进行评价，让学生明确在项目学习中自己的优点，更好地激发学生学习的积极性，同时了解存在的问题，完善以后的项目学习。
任务延伸，知识汇总 工作任务完成后，为了项目学习的延续，教师根据下次工作任务，让学生利用业余时间研究机械手搬运站控制系统的安装与调试和PLC程序调试等内容，并将本次课所涉及的理论知识点汇总整理，为整个机械手搬运站的安装与调试做好准备工作。
通过项目教学法在《自动化设备及生产线》课程中的应用，有效地调动了学生的学习积极性，学生变被动学习为主动学习，突出了工作任务的完成，体现了以学生为主体，教师为指导，“做中学，做中教”的教学理念，同时注重开发培养学生的职业能力、强化团队协作精神、注重工程实践能力的提高应用，最终使学生具有较强的实践动手能力、独立分析问题能力与解决问题的能力，在这个过程中形成良好的职业习惯与职业素养，为今后走上工作岗位打下坚实的基础。
参考文献：
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