自动化生产线技术
仪表桥架-福建农林大学超星
2023年2月21日发(作者：绿朱自清)自动化生产线安装与调试
第一篇项目开篇：典型自动化生产线介绍
自动化生产线安装与调试竞赛主要内容：自动线的装配和自动线的运行与调试。
本次自动线安装与调试大赛融合了机械工程与电子工程的核心技术，主要包括：机械
机构及气动部件安装；控制线路布线、气动电磁阀及气管安装；PLC应用与编程；变频器
控制技术应用；运动控制技术应用；机电安装、连接、故障诊断与调试等。
项目1：了解自动线及其应用
图1-3所示是应用于正泰电器股份有限公司的塑壳式断路器自动生产线，包括自动上
料、自动铆接、5次通电检查、瞬时特性检查、延时特性检查、自动打标等工序，采用可
编程控制器控制，每个单元都有独立的控制、声光报警等功能，采用网络技术将生产线构成
一个完善的网络系统。
图1-4所示是某汽车配件厂的制动器自动化装配线，该生产线考虑到设备性能、生产
节拍、总体布局、物流传输等因素，采用标准化、模块化设计，选用各种机械手及可编程自
动化装置，实现零件的自动供料、自动装配、自动检测、自动打标、自动包装等装配过程自
动化，采用网络通信监控、数据管理实现控制与管理。
图1-5所示是某饮料厂的自动灌装线，主要完成上料、灌装、封口、检测、打标、包
装、码垛等几个生产过程，实现集约化大规模生产的要求。
1、什么是自动线
自动线是在流水线的基础上逐渐发展起来的。它不仅要求线体上各种机械加工装置能
自动地完成预定的各道工序及工艺过程，使产品成为合格的制品，而且要求在装卸工件、定
位夹紧、工件在工序间的输送、工件的分拣甚至包装等都能自动地
进行。使其按照规定的程序自动地进行工作。人们把这种自动工作的机械电气一体化装置系
统称为自动生产线（简称自动线）。
自动线的任务就是为了实现自动生产，怎样才能达到这一要求呢？
自动线综合应用机械技术、控制技术、传感技术、驱动技术、网络技术等，通过一些
辅助装置按工艺将各种机械加工装置连成一体，并控制夜、气压系统和电气控制系统将各个
部分动作联系起来，完成预定的生产加工任务。
2、自动线的发展
首先，是可编程控制器的出现。
其二，是机械手、机器人技术的飞速发展。
其三，是传感技术的形成。
其四，就是液压和气压传动技术。
第五，就是网络技术的飞跃，无论是现场总线还是工业以太网络，使得自动线的各个
控制单元构成一个协调运转的整体。
任务二：认识YL-335A型自动线
1、YL-335A型的基本结构认知
亚龙YL-335A型自动线实训考核装备由安装在铝合金导轨式实训台上的供料单元、
加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元这5个单元组成。各工作站均设置一台PLC承
担起控制任务，各PLC之间通过RS-485串行通讯实现互连，构成分布式的控制系统。
YL-335A自动线的工作目标是：将供料单元料仓内德工件送往加工单元的物料台，完
成加工操作后，把加工的工件送往装配单元的物料台，然后把装配单元料仓内的白色和黑色
两种不同颜色的小圆柱工件嵌入到物料台上的工件中，完成装配后的成品送往分拣单
元拣输出。
其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。
各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装置整体运动则采取
步进电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长行程、多定位点的特点，是一个典
型的一维位置控制系统。分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电动机的
传动装置。位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。
在YL-335A设备上应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体
通过的状态、物体的颜色及材质等。传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是现
代工业实现高度自动化的前提之一。
在控制方面，YL-335A采用了基于RS-485串行通讯的PLC网络控制方案，即每一
工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS-485串行通讯实现互连的分布
式控制方式。用户可以根据需要选择不同的厂家的PLC及其所支持的RS-485通讯模式，
组建成一个小型的PLC网络。掌握基于RS-485串行通讯的PLC网络技术，将为进一步
学习现场总线技术、工业以太网技术等知识打下良好的基础。
2、供料单元的基本结构功能认知
供料单元主要由工作库、工件紧锁装置和工件推出装置组成。主要配置有：井式工件
库、直线气缸、光电传感器、工作定位装置等。供料单元的基本功能是按照需要将放置在料
仓中待加工的工件自动送到物料台上，以便树东单元的抓取机械手装置将工件抓取送往其他
工作单元。其外观如图1-7所示。
3、输送单元的基本结构功能认知
输送单元主要包括：直线移动装置和工件取送装置。主要配置有：步进电动机、薄型
气缸、气动摆台、双导杆气缸、气动手指、行程开关和磁性开关等。
输送单元的基本功能：该单元能实现到指定单元的物料台精确定位，并在该物料台上
抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下的功能。输送单元的装配外观图如图
1-8所示。
4、加工单元的基本结构功能认知
加工单元主要包括：工件搬运装置和工件加工装置。主要配置有：导轨、直线气缸、
薄型气缸、工作夹紧装置等。
加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机械手装置
送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上，待输送单元的
抓取机械手装置取出。其外观如图1-9所示。
5、装配单元的基本结构功能认知
装配单元主要包括：装配工件库和装配工作搬运装置。装配装置主要配置有：工件
库、摆台、导杆气缸、气动手指、直线气缸、光电传感器等。
装配单元的的基本功能：完成将该单元料仓内的黑色和白色小圆柱工件嵌入到已加工
的工件中的装配过程。其外观如图1-10所示。
6、分拣单元的基本结构功能认知
成品分拣单元主要包括：皮带输送线和成品分拣装置。主要配置有：直线传送带输送
线、直线气缸、三相异步电动机、变频器、光电传感器、光纤传感器等。
分拣单元的基本功能：将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，使不同颜色
的工件从不同的料槽分流。其外观如图1-11所示。
7、YL-335A的特点、参数及实训项目认知
YL-335A设备是一套半开放式的设备，学习时在一定程度上可以根据自己的需要选择
设备组成单元的数量、类型，最多可由5个单元组成，最少时1个单元即可自成1
个独立的控制系统。对由多个单元组成的系统而言，采用PLC网络的控制方案可以体现出
自动生产线的控制特点。
YL-335A主要技术参数如下：
1交流电源：三相五线制，AC380K(1±10%)V/220(1±10%)V50Hz;
2温度：-10~+40C;环境温度：＜90%(25C)；
3实训桌外形尺寸：长＞宽＞高=1920mm＜960mmX840mm;
4整机功耗：＜1.5VA;
5气源工作压力：最小0.6Mbar，最大1Mbar。(1bar=105Pa)
6安全保护措施：具有接地保护、漏电保护动能，安全性符合相关的国家标准。采用
高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线。
利用YL-335A可以完成以下实训任务：
1自动检测技术使用实训;
2气动技术应用实训;
3可编程控制器编程实训;
4PLC网络组建实训;
5电气控制电路实训;
6变频器应用实训;
7步进电动机驱动和位置控制实训;
8自动控制技术教学与实训;
9机械系统安装和调试实训；
10系统维护与故障检测实训。
8、大赛主要完成的工作任务
（1）设备安装
完成YL-335A自动线供料、加工、装配、分拣单元和输送单元的部分器件装配工
作，并把这些工作单元安装在YL-335A的工作桌面上。
（2）气路连接
根据生产线工作任务对气动元件的动作要求和控制要求连接气路。
（3）电路设计和电路连接
•根据控制要求，设计输送单元的电气控制电路，并根据所设计的电路图连接电路。•
按照给定的I/O分配表，连接供料、加工和装配单元控制电路。对于分拣单元，按照给
定I/O分配表预留给变频器的I/O端子，设计和连接变频器主电路和控制电路，并连接
分拣单元的控制电路。
•根据该生产线的网络控制要求，连接通信网络。
（4）程序编制和程序调试
•根据该生产线正常生产的动作要求和特殊情况下的动作要求，编写PLC的控制程序
和设
置步进电动机驱动器参数及变频器参数。
•调试机械部件、气动元件、检测元件的位置和编写的PLC控制程序，满足设备的生
产和
控制要求
小结
第二篇项目备战：自动线核心技术应用
PLC就像人的大脑；软件就像大脑的中枢神经；光电传感器就像人的眼睛；磁性开关
就像人的触觉；电动机与皮带输送带就像人的腿；直线气缸就像人的手和胳膊；电磁阀组就
像人的肌肉；通信总线就像人的神经系统。
任务一自动线中传感器的使用
如图2-2所示，当工件进入自动线中的分拣站，人的眼睛可以清楚地观察到，但自动
线是如何来判断的呢？如何是自动线具有人的眼睛的功能呢？
传感器就像人的眼睛、耳朵、鼻子等感官器件，是自动线中的检测元件，能感受规定
的被测量并按照一定的规律转换成电信号输出。在YL-335A自动线中主要用到了磁性开
关、光电开关、光纤传感器3中传感器。
子任务一磁性开关及应用
1磁性开关介绍
在YL-335A自动线中，磁性开关用于各类气缸的位置检测。图2-3所示是用两个磁
性开关来检测机械手上气缸伸出和缩回到位的位置。
磁力式接近开关（简称磁性开关）是一种非接触式位置检测开关，这种非接触位置检
测不会磨损和耗伤检测对象，响应速度高。生产线上常用的接近开关还有感应型、静电容量
型、光电型等接近开关。