摘要：针对自动化生产线中物料搬运站控制要求，提出一种基于S7-200PLC控制的物料搬运站的设计方案。分别从物料搬运站的PLC系统设计、气动控制回路设计、工作流程设计、控制程序设计等方面详细论述物料搬运站的设计思路和实现方法。经实验运行测试，该物料搬运站能够实现将工件从上一工作站搬运到下一工作站的功能，且工作稳定可靠，实用性强。
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
[1]饶运清，邓建春，赵天奇，等.FMS集成设计系统的研究与开发[J].华中理工学报.1999，12（5）：18-22.
[2]向丹，殷国富，崔静，等.PLC在自动化生产传输中的应用[J].机电一体化.2005，32（11）：49-51.
[3]赵华军，五轴机械手控制设计[J].机电工程技术.2010，39（6）：39-40.
[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.
[5]王永华. 现代电气控制及PLC应用技术[M]. 第2版. 北京：北京航空航天大学出版社，2007.127-129；204-207.
[6]吕景泉. 自动化生产线安装与调试[M]. 第1版. 北京：中国铁道出版社，2008.116-127.
摘要：针对自动化生产线中物料搬运站控制要求，提出一种基于S7-200PLC控制的物料搬运站的设计方案。分别从物料搬运站的PLC系统设计、气动控制回路设计、工作流程设计、控制程序设计等方面详细论述物料搬运站的设计思路和实现方法。经实验运行测试，该物料搬运站能够实现将工件从上一工作站搬运到下一工作站的功能，且工作稳定可靠，实用性强。
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
[1]饶运清，邓建春，赵天奇，等.FMS集成设计系统的研究与开发[J].华中理工学报.1999，12（5）：18-22.
[2]向丹，殷国富，崔静，等.PLC在自动化生产传输中的应用[J].机电一体化.2005，32（11）：49-51.
[3]赵华军，五轴机械手控制设计[J].机电工程技术.2010，39（6）：39-40.
[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.
[5]王永华. 现代电气控制及PLC应用技术[M]. 第2版. 北京：北京航空航天大学出版社，2007.127-129；204-207.
[6]吕景泉. 自动化生产线安装与调试[M]. 第1版. 北京：中国铁道出版社，2008.116-127.