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PLC作为物料搬运站的，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。

　　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。＼

　　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。

　　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。

　　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。

　　[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.

　　[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.

　　《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：

　　《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。

　　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。

　　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。

　　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；

　　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。

　　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+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。

　　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。

　　从图1可。