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　　汽车发动机市场竞争日益加剧，多品种混合装配流水线也陆续上市。汽车发动机混

　　流装配生产线是对不同型号发动机顺序装配的流水线工艺过程,混流装配生产线规划设

　　计的好坏决定了能否实现生产线负荷、品种、产量的均衡化生产。带式输送线效率的提

　　高可以通过操作水平的提高来实现。通过协调两个或两个以上的内部子系统的运作效率，

　　或通过系统组件和时间的协调，或通过系统和人工操作的协调来提高能源系统的运作效

　　率。它们协调带式输送机的开/关状态和时间，以实现更高的运作效率，以此实现更高的

　　自动化流水线是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。它的特点是可通

　　过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体

　　现了人的智能和适应性。作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领

　　域有着广阔的发展前景。随着工业自动化的发展,出现了数控加工中心,它在减轻工人的

　　劳动强度的同时,大大提高了劳动生产率。但数控加工中常见的上下料工序,通常仍采

　　用人工操作或传统继电器控制的半自动化装置。前者费时费工、效率低;后者因设计复

　　杂,需较多继电器,接线繁杂,易受车体振动干扰,而存在可靠性差、故障多、维修困难等

　　自动化流水线设备技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感

　　自动化流水线设备是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它

　　在现今的中国，塑料制品行业尽管仍属于劳动力密集型，自动化流水线设备的使用

　　已经越来越普及。那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引

　　进了自动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区的中国本

　　土塑料加工厂也开始对自动化流水线设备表现出越来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工

　　随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，汽车工业的日益发展，汽

　　车流水线生产以及迫不及待的出现历史的舞台上，配合可编程控制器（PLC）控制性更

　　强，应变更灵活，操作更简单，已经逐渐取代继电器控制系统成为新的控制方式。

　　本次设计正是基于PLC 控制系统，控制一个自动化发动机生产流水线的设计。对于

　　本次设计是基于PLC 的传送带自动化流水线设备控制系统。在这个系统中，有两条

　　传送带。当物件F 放置在甲传送带上，传送到快要接近自动化流水线设备的时候时，在

　　实现自动减速并前停止在自动化流水线设备的正下方。自动化流水线设备自动降下抓起

　　物件移至乙传动带上方放下物件，物件F 由乙传送带运走，并在需要的时候自动减速、

　　在自动化流水线设备抓起物件后，甲传送带继续运行并且将下一个物件运至自动化

　　流水线设备的正下方。自动化流水线设备放下物件在乙传送带后自动返回原位抓起下一

　　为了实现既定目标主要是要解决 3 个问题：传送带物件自动减速停止的实现；自动

　　化流水线设备自动抓取放置返回的实现；传送带、自动化流水线设备再启动的条件。其

　　传送带物件自动停止的实现主要是采取光传感器的使用，在传感器检测到物件后，

　　发送信息给PLC，由PLC 通过变频器控制电机实现传送带的减速、停止功能。

　　自动化流水线设备移动抓取是通过PLC控制电磁阀对汽缸进行充气来控制自动化流

　　这里采用的是FX2N 系列的PLC，因为整个系统的工作流程是一环环相套的。都是

　　由前一个状态触发后一个状态，所以这里采用的是步进控制系统，传感器、自动化流水

　　在整Kaiyun官方网站体的设计构思中，全部以工业实际应用的效果为出发点，所以要低成本，高效

　　率、高安全性和稳定性。同时考虑到这种传送带自动化流水线设备工作单元是流水线上

　　使用较多的基础单元，所以在传感器的选取、自动化流水线设备的控制方式上采用了较

　　常见和简单的设计。这样可以让使用范围更宽阔。如果有更为精确的需要，只要将其中

　　根据此次设计所要实现的目标，可以将整个工作单元分成三个运行系统：1、传送

　　其中，自动控制系统又可以称为中央控制系统，由一个中央处理器（这里使用可编

　　程控制器即PLC）为主控单元，接受从信号采集器件即传感器处采集来的信号，经过处

　　理发送给各部分硬件执行相应的操作。从而实现传动系统的调速功能。具体系统工作流

　　传送带传动及调速系统是实现将物件传送至相应位置并在需要的时候能实现自动减

　　速、停止功能的系统。由电动机，信号采集器，调速控制器、传送带4 个部件构成。电

　　动机提供传送带传送的源动力，信号采集器采用光传感器进行信号采集，调速控制器采

　　用变频器调速方式。在指定的位置安装光传感器后，物件传送到相应位置被传感器检测

　　到后，由传感器将此信息传送给中央处理器件：PLC，再由PLC 发出指令给变频器，由

　　变频器控制电机的转速达到实现传送带减速、停止的功能。下面详细介绍各个部件的工

　　交流电动机诞生于19 世纪末,由于它具有控制方便、适应性强、维护便利等一系列

　　优点，所以很快成为工业社会的重要核心，是传动系统中的主力。同时根据不同生产过

　　设计带式输送机满载时输送带放置 80 台发动机，再制造的现代小型汽车发动机分为铸

　　铁发动机和铸铝发动机，现下主流发动机排量为1.0L 至1.8L 不等，1.8L 铸铁发动机重

　　量约130Kg，1.8L 铸铝发动机重量约100Kg，本设计以1.8L 铸铁发动机装配车间输送

　　电动机是电力拖动系统中的原动机,它将电能转化为机械能,去拖动各种类型生产机

　　械的工作机构运动,以实现各种生产工艺的要求,如驱动轧钢机的轧锟,起重机的提升机包

　　括本次设计所实现的传送带传动系统等等.电力拖动系统的组成如图2-1 所示:

　　这里的调速采用变频调速，由传感器采集信号送PCL 控制变频器完成，上图中的电

　　传感器是现在及将来在自动化控制系统中最为重要的一个单元，其可以将外界模拟

　　量的变化转化为电信号的输出，从而实现了一个工作系统针对外界的变化而做出相应控

　　在本次设计中，由于需要采集的信息是物体的移动，所以采用的是光电传感器，光

　　电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到的光强的变化。在传送带自动控

　　该功能的一个重要特点就是：反光镜可以把纵波转换为横波。发射器发射的是纵波，而

　　接收器只能接收横波。发射器发射的纵波经过反光镜把纵波转变成横波，由接收器接收。

　　由于物体没有把纵波转变为横波的功能，因此，无论物体光亮度如何，只能把发射器发

　　射的纵波返回，接收器不能接收到横波信号，这样，就可以准确地检测物体的有无。

　　当反光镜或传感器表面有灰尘时，检测精度降低。可以改变安装方式，经常擦拭灰尘来

　　该传感器的检测距离是一定的，因此，检测的发射光和反射光间的角度也是一定值。

　　当传感器检测被测物时，检测到发射光和由被检测物返回的反射光之间的角度和设定的

　　另外，该传感器发射器是点发射，而接收器是面接收。这样，就允许被测物有一个

　　和物体的颜色无关；被测物可以偏转更大的角度；有灰尘挡住时，自动增强入射光和反

　　当物体移到传感器临界检测距离时，传感器有输出；而当物体向右移动时，传感器

　　并不随之就没有输出了，而是移动一段距离后，传感器才没有输出。这段距离就是应差

　　指传感器最大检测的距离。对于漫反射型传感器来说，是可以检测到物体的最大距离；

　　回归反射型传感器是传感器和反光镜间的距离；对射型传感器是发射器和接收器间距离。

　　IP 等级指传感器的防尘防水的等级(前一数字是防尘等级，后一数字是防水等级)。如：

　　IP68：完全防尘，可以长时间在水中工作；IP67：完全防尘，可以在水中工作90 分钟；

　　由于生产线上的物件有外形上的不规则性，直反式的光电传感器可能不能及时发出相

　　应的信息，或者效果不明显。并且由于自动化流水线设备必须准确抓握物件，防止物件

　　的损伤，所以对时间反应上要求较为严格。同时传送带宽度为1M，所以此次设计选用

　　根据异步电动机的转速关系，当极数不变时，电动机转子转速与定子电源频率成正

　　比，因此连续地改变供电电源的频率，就可以连续平滑的调节电动机的转速，这种调速

　　方法称为变频调速，它完全不同于前面提到的各种调速方式。变频调速具有较好的调速

　　变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向，而作为变频调速系统的核心—

　　变频器的性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素，除了变频器本身制造工艺的“先

　　变频器是把工频电源(50Hz 或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变

　　速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，

　　直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对

　　于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的

　　变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电

　　流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载

　　频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f 控制变频器、转差频率控制变

　　频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、

　　在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f 协调控制、转差频率控制、矢量控制、

　　V/f 控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，

　　又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。

　　V/f 控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制

　　转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f 控制的基础上，按照知

　　道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出

　　频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速

　　度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方

　　式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。

　　矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机

　　在d、q、0 坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩

　　的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种

　　PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损

　　耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式

　　直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学

　　模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此

　　省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方

　　式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩，对于多拖动具有负荷

　　最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对

　　某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采

　　用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。

　　在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应

　　智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。在变频器

　　神经网络控制方式应用在变频器的控制中，一般是进行比较复杂的系统控制，这时

　　对于系统的模型了解甚少，因此神经网络既要完成系统辨识的功能，又要进行控制。而

　　且神经网络控制方式可以同时控制多个变频器，因此在多个变频器级联时进行控制比较

　　适合。但是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具体应用中带来不少实际困难。

　　模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率，使电动机的升速时间得到控制，以避

　　免升速过快对电机使用寿命的影响以及升速过慢影响工作效率。模糊控制的关键在于论

　　域、隶属度以及模糊级别的划分，这种控制方式尤其适用于多输入单输出的控制系统。

　　专家系统是利用所谓“专家”的经验进行控制的一种控制方式，因此，专家系统中一

　　般要建立一个专家库，存放一定的专家信息，另外还要有推理机制，以便于根据已知信

　　息寻求理想的控制结果。专家库与推理机制的设计是尤为重要的，关系着专家系统控制

　　学习控制主要是用于重复性的输入，而规则的PWM信号(例如中心调制PWM)恰好

　　满足这个条件，因此学习控制也可用于变频器的控制中。学习控制不需要了解太多的系

　　统信息，但是需要1~2 个学习周期，因此快速性相对较差，而且，学习控制的算法中有

　　时需要实现超前环节，这用模拟器件是无法实现的，同时，学习控制还涉及到一个稳定

　　本章主要完成了传送带传动与调速系统的设计及所设计的硬件的选用，传动与调速

　　系统是整个工作单元实现工作目标的第一步，光传感器在这里以采集信号作为整个工作

　　单元开始自动控制的开端。当物件行走到指定地点，传送带停止时，则将自动转入物件

　　此次设计中，物件搬运系统是一个自动运行的系统。要求发动机运至指定位置并停

　　止后，能够进入到升降台上，然后返回进行下一个发动机的流水线装配。其中控制系统