王淼　劉治滿　王凱

摘 要：發(fā)動機的制造技術(shù)對汽車的質(zhì)量至關(guān)重要。汽車發(fā)動機生產(chǎn)輸送線采用順序作業(yè)的流水線工藝過程。其自動控制系統(tǒng)采用德國Siemens公司的PLC-300系列控制器作為整個輸送線的主體控制器，I/O系統(tǒng)作為控制信號的采集系統(tǒng)，采用Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)進行通訊，自動完成將發(fā)動機部件進行直線移動、旋轉(zhuǎn)、舉升，翻轉(zhuǎn)等操作。采用WinCC人機界面軟件組建成系統(tǒng)的操作監(jiān)控站進行產(chǎn)品數(shù)量、生產(chǎn)節(jié)拍的監(jiān)視。本項目組成員在此基礎(chǔ)之上又根據(jù)生產(chǎn)實際制作了相應(yīng)的適合學(xué)校教學(xué)自動線實訓(xùn)系統(tǒng)，進行教學(xué)設(shè)備的開發(fā)。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機生產(chǎn)線 流水線工藝 PLC控制器 現(xiàn)場總線 自動線實訓(xùn)系統(tǒng)

中圖分類號：U464 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0001-03

Abstract：The engine manufacturing technology is very important to the quality of the car. The car engine production conveyor line in a sequential operation of the assembly line process. The automatic control system using PLC of the Germany Siemens company - 300 series controller as the main body of the whole conveyor line controller， I/O system as a control signal acquisition system， the Profibus field bus technology to communicate， automatically moving engine parts for linear， rotating， lifting， flip， and so on.Using WinCC software interface to form into a system operating monitor product quantity， production rhythm of monitoring. The team members on this basis， according to the actual production to make the corresponding transfer machine is suitable for school teaching practice system， the development of teaching equipment.

Key Words：Engine Production Line；Assembly Line Process；PLC Controller；Fieldbus；Automatic Line Training System

汽車的動力來自發(fā)動機。為了提高了工作的效率和優(yōu)化了工作流程我們將發(fā)動機生產(chǎn)線分為5個子系統(tǒng)，包括缸體生產(chǎn)線、缸蓋生產(chǎn)線、曲軸生產(chǎn)線、凸輪軸生產(chǎn)線及發(fā)動機裝配線，以便對發(fā)動機主要零件進行機加工和裝配。在每一條生產(chǎn)線上有多個完成不同作業(yè)的工位，在一定工位上安裝的轉(zhuǎn)臺，舉升臺，翻轉(zhuǎn)機等設(shè)備。如發(fā)動機總裝工藝流程就包括：機體上線→翻轉(zhuǎn)→涂膠、裝后端蓋→裝活塞連桿→翻轉(zhuǎn)→擰緊連桿螺栓→裝機油泵、水泵→裝飛輪→裝離合器總成→測定曲軸驅(qū)動力矩→裝油底殼→裝汽缸蓋→裝機油濾清器、發(fā)電機→裝凸輪軸→裝變速箱→裝啟動電機→總成泄露試驗→送試驗。在汽車發(fā)動機裝配過程中，汽車發(fā)動機裝配線是一個對發(fā)動機順序裝配的流水線工藝過程，每個工位之間是流水線生產(chǎn)。本文研究的任務(wù)就是對發(fā)動機生產(chǎn)輸送線進行規(guī)范化，模塊化設(shè)計。這樣對使用者來說，既簡潔又節(jié)省時間。每個環(huán)節(jié)設(shè)計最優(yōu)的自動控制系統(tǒng)才能保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

1 輸送線設(shè)計方案

我們設(shè)計生產(chǎn)輸送線主要采用摩擦輥道和啟停式動力輥道、自動升降機系統(tǒng)、機械手。在線上為了方便在不同的工作面上裝配，配備自動翻轉(zhuǎn)機以提高效率。一條發(fā)動機裝配線要保證發(fā)動機的裝配技術(shù)條件，要保證裝配節(jié)拍，實現(xiàn)高效率；要多機型同時裝配，實現(xiàn)高柔性；要有效地控制裝配精度，實現(xiàn)高質(zhì)量。要實現(xiàn)以上幾個方面必須從生產(chǎn)線的規(guī)劃開始著手。要在總裝線和分裝線上設(shè)計柔性輸送線。

1.1 現(xiàn)代發(fā)動機生產(chǎn)輸送線應(yīng)該具有如下功能

該輸送線方案如圖1所示。

1.2 設(shè)計輸送器件

（1）軌道：軌道是整個摩擦輸送系統(tǒng)的運行基礎(chǔ)，平滑、順暢的輸送軌道是系統(tǒng)平衡可靠運行的關(guān)鍵。

（2）道岔：道岔是改變載貨小車的行走路線的裝置，按走向又分為分流、合流道岔兩大類。

（3）停止器：停止器是用來控制工件在輸送線路中的安全準(zhǔn)確停放位置，通常布置在工件轉(zhuǎn)掛處及輸送線路發(fā)生變化的道岔處，主要是安全阻車的作用，防止臺車因慣性或其它原因發(fā)生時，造成系統(tǒng)的損壞。

（4）止退器：通常和停止器配合使用，布置在停止器后邊，用于防止小車運動慣性后退。止退板以本身的自重復(fù)位。

（5）移載軌道/升降軌道：因摩擦輸送機有工位節(jié)距上的單元驅(qū)動，所以很容易實現(xiàn)物品（軌道）的平移、旋轉(zhuǎn)和升降功能。

（6）升降機：升降機在輸送系統(tǒng)中起著關(guān)。

1.3 輸送線工位設(shè)計

（1）具體設(shè)計正常加工過程（各工位沒有不合格）：走主干線，如下：

ap10→ap…→ap45..→ap60→D02→D06→D07→ap80→ap90→D10→AP80→AP90→ap95..→ap900endprint

（2）自動工位加工不合格時（以Ap80工位為例）走返修路線如下：

不合格時走：→D10→D9→M80，M90（ap80，ap90返修工位）。如返修合格時→D8→D7→D10→ap95；如返修不合格時從轉(zhuǎn)臺D8→下線維修→下線維修后→D8→D7→AP80→AP90→D10→AP95→AP900。為了提高效率，節(jié)省空間和資源我們將兩個自動工位Ap80，ap90設(shè)計成共用一個返修工位m80，m90。

2 汽車自動生產(chǎn)線實訓(xùn)裝置設(shè)計

結(jié)合發(fā)動機生產(chǎn)線工作原理和工藝，項目組成員開發(fā)了適合學(xué)校教學(xué)的汽車自動生產(chǎn)線實訓(xùn)裝置本實訓(xùn)裝置貼近工業(yè)現(xiàn)場要求，是典型的汽車自動生產(chǎn)線，設(shè)備從選材、工藝、流程、結(jié)構(gòu)、控制等各方面都從實際工業(yè)現(xiàn)場出發(fā)，考慮工學(xué)結(jié)合要求，有機融合了機械、電氣、氣動、傳感器、交流電機變頻調(diào)速、步進電機驅(qū)動控制、伺服電機驅(qū)動控制、直流電機控制、PLC控制及工業(yè)通信等多種技術(shù)。通過該實訓(xùn)系統(tǒng)的工作任務(wù)訓(xùn)練，能較好地鍛煉程序編寫設(shè)計能力、自動線設(shè)計開發(fā)能力、自動線連接與調(diào)試能力、工程實施能力和安全意識。引導(dǎo)高職院校、機電及自動化等專業(yè)教學(xué)改革，滿足汽車生產(chǎn)制造、自動化技術(shù)專業(yè)的核心能力訓(xùn)練要求，突出強調(diào)技術(shù)的綜合運用。

2.1 傳感器

首先選擇能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的傳感器。在發(fā)動機生產(chǎn)線上主要采用了光電傳感器和電感傳感器。

（1）光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)檢測物體有無的接近開關(guān)；當(dāng)光電傳感器檢測到發(fā)動機缸體時，氣缸將發(fā)動機缸體推入存儲貨道。

（2）電感式傳感器由三大部分組成：LC高頻振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路組成。因為發(fā)動機零部件大多數(shù)具有鐵磁性質(zhì)，就可以用電感傳感器檢測轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到位與否，當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到位時給PLC提供輸入信號。

（3）光電編碼器：用光電編碼器來對升降的速度、距離、方向進行檢測，以脈動信號的形式向PLC反饋，PLC根據(jù)輸入的反饋信號來控制升降距離實現(xiàn)精確定位。

2.2 電磁閥控制

在實訓(xùn)裝置中應(yīng)用了大量氣動控制技術(shù)如：

（1）無桿氣缸：由單控電磁閥控制。當(dāng)氣動電磁閥得電，帶動機械手向后移動。

（2）帶導(dǎo)桿氣缸：由單控電磁閥控制。當(dāng)氣動電磁閥得電，帶動機械手向下伸出。

（3）雙導(dǎo)桿平行氣夾：由雙控電磁閥控制。當(dāng)氣動電磁閥一端得電時，氣動手指張開或夾緊。

2.3 實訓(xùn)裝置模塊化設(shè)計

該裝置采用導(dǎo)軌式型材，其上安裝有上料臺、行車機械手、輸送輥床、提升機、循跡搬運車、堆垛機、轉(zhuǎn)臺站、4軸搬運機械手等工作站及相應(yīng)的電源模塊、按鈕模塊、PLC模塊、變頻器及交流電機模塊、步進電機驅(qū)動模塊、伺服電機驅(qū)動模塊、直流電機模塊和各種工業(yè)傳感器等控制檢測單元。采用西門子S7-300 PLC實現(xiàn)系統(tǒng)控制，真實再現(xiàn)汽車工業(yè)自動生產(chǎn)線中的輸送、搬運、暫存、協(xié)調(diào)生產(chǎn)的過程。它在接近汽車工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場的基礎(chǔ)上又針對教學(xué)及實訓(xùn)目的進行了專門設(shè)計。如行車機械手站主要由伺服電機及驅(qū)動器、步進電機及驅(qū)動器、繼電器、限位開關(guān)、磁性傳感器、渦輪蝸桿減速傳動機構(gòu)、齒輪齒條傳動機構(gòu)、滾珠絲杠傳動機構(gòu)、高精直線導(dǎo)軌、雙導(dǎo)桿平行氣夾、雙控電磁閥、工業(yè)鋁型材、鈑金結(jié)構(gòu)件、機械零部件構(gòu)成。

2.4 接線端子設(shè)計

該實訓(xùn)考核裝置PLC模塊I/O端子、變頻器接線端子、各常用模塊接線端子，均采用安全型插座，使用帶安全插頭的導(dǎo)線進行電路連接；各指令開關(guān)、光電開關(guān)、傳感器和指示元件的電路通過端子排進行連接。插拔線連接電路與端子排連接電路相結(jié)合，既保證學(xué)生基本技能的訓(xùn)練、形成和鞏固，又保證電路連接的快速、安全和可靠。用于教學(xué)，可按工作過程導(dǎo)向、工學(xué)結(jié)合的模式規(guī)劃教學(xué)活動，可完成多種工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的技能培訓(xùn)任務(wù)。

3 實訓(xùn)裝置軟件設(shè)計

以行車機械手為例進行說明軟件設(shè)計（見圖2）。

4 WinCC的監(jiān)控能力開發(fā)及Profibus總線的運用

PLC的程序設(shè)計能力、WinCC的監(jiān)控能力和Profibus總線應(yīng)用能力是自動化技術(shù)的專業(yè)技能人才不可缺失的知識，本課題對控制結(jié)構(gòu)、硬件連接、軟件開發(fā)現(xiàn)場總線、系統(tǒng)接口、人機界面進行了設(shè)計。采用Prifibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成各工位間的通訊。組建的現(xiàn)場信息監(jiān)控系統(tǒng)，完成了裝配線上的信息采集、生產(chǎn)下達(dá)、工位監(jiān)控及裝配提示等功能。

西門子S7-300PLC作為控制器，其本身集成MPI及PROFIBUS DP通信口，在發(fā)動機生產(chǎn)輸送線上用德國西門子公司的可編程控制器S7-300直接將控制數(shù)據(jù)傳遞到控制系統(tǒng)中，而且有上位機的實時監(jiān)控，真正做到自動控制。

本課題Profibus的成功運用對生產(chǎn)廠家的經(jīng)濟效益提供幫助很大。由于系統(tǒng)運行平穩(wěn)，通訊可靠性好，從而減少了維護的必要性，同時又保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本；而從另外一個方面來看，由于Profibus現(xiàn)場總線使得建設(shè)期間工程量也大大減少—— 包括布線工程量和工程師操作編程工作量，所以對生產(chǎn)廠家來說，真正做到了投資少見效快。

5 控制系統(tǒng)的調(diào)試

雖然本項目龐大，通訊點很多，但是各個子系統(tǒng)設(shè)備很大部分是相同，也具有一樣的控制要求，因此，我們將整個項目按照設(shè)備劃分成的不同的功能組，這樣可以增大一次開發(fā)的利用率，避免了重復(fù)開發(fā)，節(jié)省時間和成本。

升降機的自動控制是項目中的難點，主要是因為升降機的自動控制如果故障就有可能將設(shè)備以及車體損壞，對一次調(diào)試成功的要求很高。升降機雖然有硬件保護措施，需要特定條件，比如升降機只有在失電后，抱閘將會抱死，因此，對于升降機控制程序的編寫需要反復(fù)修改，模擬試驗，才能保證調(diào)試中的萬無一失，不會出安全事故。

6 總結(jié)與評價

（1）提高了生產(chǎn)效率和管理質(zhì)量。由于該項目大量應(yīng)用了先進的西門子自動化驅(qū)動系統(tǒng)，從畫圖、硬件、軟件和培訓(xùn)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，這樣可以將項目細(xì)化，大家分工合作。由于自動化系統(tǒng)提高通訊速率使發(fā)動機輸送線的工藝水平得到提高產(chǎn)品質(zhì)量好也增加了企業(yè)的效益。

（2）提高了生產(chǎn)的安全性，減少了事故的發(fā)生。由于該項目方案中對生產(chǎn)安全相當(dāng)重視，設(shè)有很多急停按鈕，在編寫程序中，對重要設(shè)備有多重保護，從而保證了設(shè)備、人身的安全。

（3）加大了設(shè)備可靠性。傳感器使用時對設(shè)備的輸入輸出點都是雙重對比的，保證點的信號都是真實可靠，設(shè)備的故障率降低了，生產(chǎn)的安全性就提高了。

（4）交流電動機啟動和停止更加平穩(wěn)、準(zhǔn)確。由于起動器在轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)中的使用，使電動機平滑升高端子電壓，可以實現(xiàn)無沖擊起動，因此可以最佳地保護電源系統(tǒng)以及電機。變頻器不僅僅是改變電機的轉(zhuǎn)速，因為轉(zhuǎn)速的下降，勢必帶來力矩的改變，使轉(zhuǎn)臺的帶載能力大大提高。

（5）通過三屆學(xué)生的實訓(xùn)驗證，課題開發(fā)的實訓(xùn)設(shè)備在工作的狀態(tài)下說使用的各種傳感器、控制電機、機械設(shè)備能夠達(dá)到規(guī)定技術(shù)指標(biāo)，并且具有短路過載保護。

參考文獻

[1] 胡云萍，劉文婷.汽車發(fā)動機原理課程教學(xué)改革研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013（7）：180.

[2] 俞云強.傳感器與檢測技術(shù)[M].北京.高等教育出版社，2008.

[3] 王永華.現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[4] 甄立東.西門子WinCC V7基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.endprint

（2）自動工位加工不合格時（以Ap80工位為例）走返修路線如下：

不合格時走：→D10→D9→M80，M90（ap80，ap90返修工位）。如返修合格時→D8→D7→D10→ap95；如返修不合格時從轉(zhuǎn)臺D8→下線維修→下線維修后→D8→D7→AP80→AP90→D10→AP95→AP900。為了提高效率，節(jié)省空間和資源我們將兩個自動工位Ap80，ap90設(shè)計成共用一個返修工位m80，m90。

2 汽車自動生產(chǎn)線實訓(xùn)裝置設(shè)計

結(jié)合發(fā)動機生產(chǎn)線工作原理和工藝，項目組成員開發(fā)了適合學(xué)校教學(xué)的汽車自動生產(chǎn)線實訓(xùn)裝置本實訓(xùn)裝置貼近工業(yè)現(xiàn)場要求，是典型的汽車自動生產(chǎn)線，設(shè)備從選材、工藝、流程、結(jié)構(gòu)、控制等各方面都從實際工業(yè)現(xiàn)場出發(fā)，考慮工學(xué)結(jié)合要求，有機融合了機械、電氣、氣動、傳感器、交流電機變頻調(diào)速、步進電機驅(qū)動控制、伺服電機驅(qū)動控制、直流電機控制、PLC控制及工業(yè)通信等多種技術(shù)。通過該實訓(xùn)系統(tǒng)的工作任務(wù)訓(xùn)練，能較好地鍛煉程序編寫設(shè)計能力、自動線設(shè)計開發(fā)能力、自動線連接與調(diào)試能力、工程實施能力和安全意識。引導(dǎo)高職院校、機電及自動化等專業(yè)教學(xué)改革，滿足汽車生產(chǎn)制造、自動化技術(shù)專業(yè)的核心能力訓(xùn)練要求，突出強調(diào)技術(shù)的綜合運用。

2.1 傳感器

首先選擇能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的傳感器。在發(fā)動機生產(chǎn)線上主要采用了光電傳感器和電感傳感器。

（1）光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)檢測物體有無的接近開關(guān)；當(dāng)光電傳感器檢測到發(fā)動機缸體時，氣缸將發(fā)動機缸體推入存儲貨道。

（2）電感式傳感器由三大部分組成：LC高頻振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路組成。因為發(fā)動機零部件大多數(shù)具有鐵磁性質(zhì)，就可以用電感傳感器檢測轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到位與否，當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到位時給PLC提供輸入信號。

（3）光電編碼器：用光電編碼器來對升降的速度、距離、方向進行檢測，以脈動信號的形式向PLC反饋，PLC根據(jù)輸入的反饋信號來控制升降距離實現(xiàn)精確定位。

2.2 電磁閥控制

在實訓(xùn)裝置中應(yīng)用了大量氣動控制技術(shù)如：

（1）無桿氣缸：由單控電磁閥控制。當(dāng)氣動電磁閥得電，帶動機械手向后移動。

（2）帶導(dǎo)桿氣缸：由單控電磁閥控制。當(dāng)氣動電磁閥得電，帶動機械手向下伸出。

（3）雙導(dǎo)桿平行氣夾：由雙控電磁閥控制。當(dāng)氣動電磁閥一端得電時，氣動手指張開或夾緊。

2.3 實訓(xùn)裝置模塊化設(shè)計

該裝置采用導(dǎo)軌式型材，其上安裝有上料臺、行車機械手、輸送輥床、提升機、循跡搬運車、堆垛機、轉(zhuǎn)臺站、4軸搬運機械手等工作站及相應(yīng)的電源模塊、按鈕模塊、PLC模塊、變頻器及交流電機模塊、步進電機驅(qū)動模塊、伺服電機驅(qū)動模塊、直流電機模塊和各種工業(yè)傳感器等控制檢測單元。采用西門子S7-300 PLC實現(xiàn)系統(tǒng)控制，真實再現(xiàn)汽車工業(yè)自動生產(chǎn)線中的輸送、搬運、暫存、協(xié)調(diào)生產(chǎn)的過程。它在接近汽車工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場的基礎(chǔ)上又針對教學(xué)及實訓(xùn)目的進行了專門設(shè)計。如行車機械手站主要由伺服電機及驅(qū)動器、步進電機及驅(qū)動器、繼電器、限位開關(guān)、磁性傳感器、渦輪蝸桿減速傳動機構(gòu)、齒輪齒條傳動機構(gòu)、滾珠絲杠傳動機構(gòu)、高精直線導(dǎo)軌、雙導(dǎo)桿平行氣夾、雙控電磁閥、工業(yè)鋁型材、鈑金結(jié)構(gòu)件、機械零部件構(gòu)成。

2.4 接線端子設(shè)計

該實訓(xùn)考核裝置PLC模塊I/O端子、變頻器接線端子、各常用模塊接線端子，均采用安全型插座，使用帶安全插頭的導(dǎo)線進行電路連接；各指令開關(guān)、光電開關(guān)、傳感器和指示元件的電路通過端子排進行連接。插拔線連接電路與端子排連接電路相結(jié)合，既保證學(xué)生基本技能的訓(xùn)練、形成和鞏固，又保證電路連接的快速、安全和可靠。用于教學(xué)，可按工作過程導(dǎo)向、工學(xué)結(jié)合的模式規(guī)劃教學(xué)活動，可完成多種工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的技能培訓(xùn)任務(wù)。

3 實訓(xùn)裝置軟件設(shè)計

以行車機械手為例進行說明軟件設(shè)計（見圖2）。

4 WinCC的監(jiān)控能力開發(fā)及Profibus總線的運用

PLC的程序設(shè)計能力、WinCC的監(jiān)控能力和Profibus總線應(yīng)用能力是自動化技術(shù)的專業(yè)技能人才不可缺失的知識，本課題對控制結(jié)構(gòu)、硬件連接、軟件開發(fā)現(xiàn)場總線、系統(tǒng)接口、人機界面進行了設(shè)計。采用Prifibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成各工位間的通訊。組建的現(xiàn)場信息監(jiān)控系統(tǒng)，完成了裝配線上的信息采集、生產(chǎn)下達(dá)、工位監(jiān)控及裝配提示等功能。

西門子S7-300PLC作為控制器，其本身集成MPI及PROFIBUS DP通信口，在發(fā)動機生產(chǎn)輸送線上用德國西門子公司的可編程控制器S7-300直接將控制數(shù)據(jù)傳遞到控制系統(tǒng)中，而且有上位機的實時監(jiān)控，真正做到自動控制。

本課題Profibus的成功運用對生產(chǎn)廠家的經(jīng)濟效益提供幫助很大。由于系統(tǒng)運行平穩(wěn)，通訊可靠性好，從而減少了維護的必要性，同時又保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本；而從另外一個方面來看，由于Profibus現(xiàn)場總線使得建設(shè)期間工程量也大大減少—— 包括布線工程量和工程師操作編程工作量，所以對生產(chǎn)廠家來說，真正做到了投資少見效快。

5 控制系統(tǒng)的調(diào)試

雖然本項目龐大，通訊點很多，但是各個子系統(tǒng)設(shè)備很大部分是相同，也具有一樣的控制要求，因此，我們將整個項目按照設(shè)備劃分成的不同的功能組，這樣可以增大一次開發(fā)的利用率，避免了重復(fù)開發(fā)，節(jié)省時間和成本。

升降機的自動控制是項目中的難點，主要是因為升降機的自動控制如果故障就有可能將設(shè)備以及車體損壞，對一次調(diào)試成功的要求很高。升降機雖然有硬件保護措施，需要特定條件，比如升降機只有在失電后，抱閘將會抱死，因此，對于升降機控制程序的編寫需要反復(fù)修改，模擬試驗，才能保證調(diào)試中的萬無一失，不會出安全事故。

6 總結(jié)與評價

（1）提高了生產(chǎn)效率和管理質(zhì)量。由于該項目大量應(yīng)用了先進的西門子自動化驅(qū)動系統(tǒng)，從畫圖、硬件、軟件和培訓(xùn)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，這樣可以將項目細(xì)化，大家分工合作。由于自動化系統(tǒng)提高通訊速率使發(fā)動機輸送線的工藝水平得到提高產(chǎn)品質(zhì)量好也增加了企業(yè)的效益。

（2）提高了生產(chǎn)的安全性，減少了事故的發(fā)生。由于該項目方案中對生產(chǎn)安全相當(dāng)重視，設(shè)有很多急停按鈕，在編寫程序中，對重要設(shè)備有多重保護，從而保證了設(shè)備、人身的安全。

（3）加大了設(shè)備可靠性。傳感器使用時對設(shè)備的輸入輸出點都是雙重對比的，保證點的信號都是真實可靠，設(shè)備的故障率降低了，生產(chǎn)的安全性就提高了。

（4）交流電動機啟動和停止更加平穩(wěn)、準(zhǔn)確。由于起動器在轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)中的使用，使電動機平滑升高端子電壓，可以實現(xiàn)無沖擊起動，因此可以最佳地保護電源系統(tǒng)以及電機。變頻器不僅僅是改變電機的轉(zhuǎn)速，因為轉(zhuǎn)速的下降，勢必帶來力矩的改變，使轉(zhuǎn)臺的帶載能力大大提高。

（5）通過三屆學(xué)生的實訓(xùn)驗證，課題開發(fā)的實訓(xùn)設(shè)備在工作的狀態(tài)下說使用的各種傳感器、控制電機、機械設(shè)備能夠達(dá)到規(guī)定技術(shù)指標(biāo)，并且具有短路過載保護。

參考文獻

[1] 胡云萍，劉文婷.汽車發(fā)動機原理課程教學(xué)改革研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013（7）：180.

[2] 俞云強.傳感器與檢測技術(shù)[M].北京.高等教育出版社，2008.

[3] 王永華.現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[4] 甄立東.西門子WinCC V7基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.endprint

（2）自動工位加工不合格時（以Ap80工位為例）走返修路線如下：

不合格時走：→D10→D9→M80，M90（ap80，ap90返修工位）。如返修合格時→D8→D7→D10→ap95；如返修不合格時從轉(zhuǎn)臺D8→下線維修→下線維修后→D8→D7→AP80→AP90→D10→AP95→AP900。為了提高效率，節(jié)省空間和資源我們將兩個自動工位Ap80，ap90設(shè)計成共用一個返修工位m80，m90。

2 汽車自動生產(chǎn)線實訓(xùn)裝置設(shè)計

結(jié)合發(fā)動機生產(chǎn)線工作原理和工藝，項目組成員開發(fā)了適合學(xué)校教學(xué)的汽車自動生產(chǎn)線實訓(xùn)裝置本實訓(xùn)裝置貼近工業(yè)現(xiàn)場要求，是典型的汽車自動生產(chǎn)線，設(shè)備從選材、工藝、流程、結(jié)構(gòu)、控制等各方面都從實際工業(yè)現(xiàn)場出發(fā)，考慮工學(xué)結(jié)合要求，有機融合了機械、電氣、氣動、傳感器、交流電機變頻調(diào)速、步進電機驅(qū)動控制、伺服電機驅(qū)動控制、直流電機控制、PLC控制及工業(yè)通信等多種技術(shù)。通過該實訓(xùn)系統(tǒng)的工作任務(wù)訓(xùn)練，能較好地鍛煉程序編寫設(shè)計能力、自動線設(shè)計開發(fā)能力、自動線連接與調(diào)試能力、工程實施能力和安全意識。引導(dǎo)高職院校、機電及自動化等專業(yè)教學(xué)改革，滿足汽車生產(chǎn)制造、自動化技術(shù)專業(yè)的核心能力訓(xùn)練要求，突出強調(diào)技術(shù)的綜合運用。

2.1 傳感器

首先選擇能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的傳感器。在發(fā)動機生產(chǎn)線上主要采用了光電傳感器和電感傳感器。

（1）光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)檢測物體有無的接近開關(guān)；當(dāng)光電傳感器檢測到發(fā)動機缸體時，氣缸將發(fā)動機缸體推入存儲貨道。

（2）電感式傳感器由三大部分組成：LC高頻振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路組成。因為發(fā)動機零部件大多數(shù)具有鐵磁性質(zhì)，就可以用電感傳感器檢測轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到位與否，當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到位時給PLC提供輸入信號。

（3）光電編碼器：用光電編碼器來對升降的速度、距離、方向進行檢測，以脈動信號的形式向PLC反饋，PLC根據(jù)輸入的反饋信號來控制升降距離實現(xiàn)精確定位。

2.2 電磁閥控制

在實訓(xùn)裝置中應(yīng)用了大量氣動控制技術(shù)如：

（1）無桿氣缸：由單控電磁閥控制。當(dāng)氣動電磁閥得電，帶動機械手向后移動。

（2）帶導(dǎo)桿氣缸：由單控電磁閥控制。當(dāng)氣動電磁閥得電，帶動機械手向下伸出。

（3）雙導(dǎo)桿平行氣夾：由雙控電磁閥控制。當(dāng)氣動電磁閥一端得電時，氣動手指張開或夾緊。

2.3 實訓(xùn)裝置模塊化設(shè)計

該裝置采用導(dǎo)軌式型材，其上安裝有上料臺、行車機械手、輸送輥床、提升機、循跡搬運車、堆垛機、轉(zhuǎn)臺站、4軸搬運機械手等工作站及相應(yīng)的電源模塊、按鈕模塊、PLC模塊、變頻器及交流電機模塊、步進電機驅(qū)動模塊、伺服電機驅(qū)動模塊、直流電機模塊和各種工業(yè)傳感器等控制檢測單元。采用西門子S7-300 PLC實現(xiàn)系統(tǒng)控制，真實再現(xiàn)汽車工業(yè)自動生產(chǎn)線中的輸送、搬運、暫存、協(xié)調(diào)生產(chǎn)的過程。它在接近汽車工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場的基礎(chǔ)上又針對教學(xué)及實訓(xùn)目的進行了專門設(shè)計。如行車機械手站主要由伺服電機及驅(qū)動器、步進電機及驅(qū)動器、繼電器、限位開關(guān)、磁性傳感器、渦輪蝸桿減速傳動機構(gòu)、齒輪齒條傳動機構(gòu)、滾珠絲杠傳動機構(gòu)、高精直線導(dǎo)軌、雙導(dǎo)桿平行氣夾、雙控電磁閥、工業(yè)鋁型材、鈑金結(jié)構(gòu)件、機械零部件構(gòu)成。

2.4 接線端子設(shè)計

該實訓(xùn)考核裝置PLC模塊I/O端子、變頻器接線端子、各常用模塊接線端子，均采用安全型插座，使用帶安全插頭的導(dǎo)線進行電路連接；各指令開關(guān)、光電開關(guān)、傳感器和指示元件的電路通過端子排進行連接。插拔線連接電路與端子排連接電路相結(jié)合，既保證學(xué)生基本技能的訓(xùn)練、形成和鞏固，又保證電路連接的快速、安全和可靠。用于教學(xué)，可按工作過程導(dǎo)向、工學(xué)結(jié)合的模式規(guī)劃教學(xué)活動，可完成多種工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的技能培訓(xùn)任務(wù)。

3 實訓(xùn)裝置軟件設(shè)計

以行車機械手為例進行說明軟件設(shè)計（見圖2）。

4 WinCC的監(jiān)控能力開發(fā)及Profibus總線的運用

PLC的程序設(shè)計能力、WinCC的監(jiān)控能力和Profibus總線應(yīng)用能力是自動化技術(shù)的專業(yè)技能人才不可缺失的知識，本課題對控制結(jié)構(gòu)、硬件連接、軟件開發(fā)現(xiàn)場總線、系統(tǒng)接口、人機界面進行了設(shè)計。采用Prifibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成各工位間的通訊。組建的現(xiàn)場信息監(jiān)控系統(tǒng)，完成了裝配線上的信息采集、生產(chǎn)下達(dá)、工位監(jiān)控及裝配提示等功能。

西門子S7-300PLC作為控制器，其本身集成MPI及PROFIBUS DP通信口，在發(fā)動機生產(chǎn)輸送線上用德國西門子公司的可編程控制器S7-300直接將控制數(shù)據(jù)傳遞到控制系統(tǒng)中，而且有上位機的實時監(jiān)控，真正做到自動控制。

本課題Profibus的成功運用對生產(chǎn)廠家的經(jīng)濟效益提供幫助很大。由于系統(tǒng)運行平穩(wěn)，通訊可靠性好，從而減少了維護的必要性，同時又保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本；而從另外一個方面來看，由于Profibus現(xiàn)場總線使得建設(shè)期間工程量也大大減少—— 包括布線工程量和工程師操作編程工作量，所以對生產(chǎn)廠家來說，真正做到了投資少見效快。

5 控制系統(tǒng)的調(diào)試

雖然本項目龐大，通訊點很多，但是各個子系統(tǒng)設(shè)備很大部分是相同，也具有一樣的控制要求，因此，我們將整個項目按照設(shè)備劃分成的不同的功能組，這樣可以增大一次開發(fā)的利用率，避免了重復(fù)開發(fā)，節(jié)省時間和成本。

升降機的自動控制是項目中的難點，主要是因為升降機的自動控制如果故障就有可能將設(shè)備以及車體損壞，對一次調(diào)試成功的要求很高。升降機雖然有硬件保護措施，需要特定條件，比如升降機只有在失電后，抱閘將會抱死，因此，對于升降機控制程序的編寫需要反復(fù)修改，模擬試驗，才能保證調(diào)試中的萬無一失，不會出安全事故。

6 總結(jié)與評價

（1）提高了生產(chǎn)效率和管理質(zhì)量。由于該項目大量應(yīng)用了先進的西門子自動化驅(qū)動系統(tǒng)，從畫圖、硬件、軟件和培訓(xùn)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，這樣可以將項目細(xì)化，大家分工合作。由于自動化系統(tǒng)提高通訊速率使發(fā)動機輸送線的工藝水平得到提高產(chǎn)品質(zhì)量好也增加了企業(yè)的效益。

（2）提高了生產(chǎn)的安全性，減少了事故的發(fā)生。由于該項目方案中對生產(chǎn)安全相當(dāng)重視，設(shè)有很多急停按鈕，在編寫程序中，對重要設(shè)備有多重保護，從而保證了設(shè)備、人身的安全。

（3）加大了設(shè)備可靠性。傳感器使用時對設(shè)備的輸入輸出點都是雙重對比的，保證點的信號都是真實可靠，設(shè)備的故障率降低了，生產(chǎn)的安全性就提高了。

（4）交流電動機啟動和停止更加平穩(wěn)、準(zhǔn)確。由于起動器在轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)中的使用，使電動機平滑升高端子電壓，可以實現(xiàn)無沖擊起動，因此可以最佳地保護電源系統(tǒng)以及電機。變頻器不僅僅是改變電機的轉(zhuǎn)速，因為轉(zhuǎn)速的下降，勢必帶來力矩的改變，使轉(zhuǎn)臺的帶載能力大大提高。

（5）通過三屆學(xué)生的實訓(xùn)驗證，課題開發(fā)的實訓(xùn)設(shè)備在工作的狀態(tài)下說使用的各種傳感器、控制電機、機械設(shè)備能夠達(dá)到規(guī)定技術(shù)指標(biāo)，并且具有短路過載保護。

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