摘要：针对自动化和机器人工程专业学生的工程实践能力薄弱，设计一种与专业契合度高的实操演练平台。首先对平台的功能需求进行分析，根据功能需求进行总体方案设计，平台包含了工业机器人、PLC、伺服电机、步进电机、传感器专业上高频使用的智能硬件;然后对生产线自动分拣模块、工业现场总线等关键技术进行介绍;最后通过流程设计、信号定义、程序设计实现了产线的自动分拣功能。设计的教学自动化生产线已服务于自动化于机器人工程两届学生的课程实验、毕业设计等，逐渐培养了学生的工程实践能力。

关键词：工业机器人;PLC;伺服电机;步进电机;工业现场

基金项目：重庆工程学院自然科学基金（2021xzky05）

0引言

自动化生产线是产品批量生产的重要环节，能够减少人工成本的同时高效的完成生产任务，自动化生产线中包含PLC、工业机器人、电机、传感器等智能设备，相关学者和工程技术人员展开了大量研究[5-7]。因此设计与自动化生产线相关的项目应用于实践教学，能够对《电气控制与PLC》、《工业机器人编程与仿真》、《工业现场总线》等课程、学科竞赛、毕业论文等提供实践综合平台。

1.自动化生产线控制系统设计

为了满足自动化和机器人工程专业学生的实践要求，基于与课程的融合性、设计场景在企业中使用的普遍性，学生可操作性、使用过程中的安全性等多方面考虑。设计的平台应该能够满足多门课程实践教学的应用，与企业需要建设的产线接轨，保证教学过程中师生的安全。

1.1产线布局及硬件选型

本文设计包含工业机器人、PLC、伺服电机、传感器等设备的自动化生产线，生产线可以应用于搬运、码垛、分拣等场景。

1.2工业机器人与PLC之间的通讯

工业机器人与PLC之间的通讯传输方式有“I/O”连接和通讯线连接两种方式。对于LRMate200iD/4S工业机器人要实现通讯线的连接方式需要购买相应的功能节点，FUNAC工业机器人通过CRMA15和CRMA16两块主板，采用硬接线的方式与外部设备进行通讯，输入信号DI有28个，输出信号DO有24个。

SDICOM端子高电平有效接0V，低电平有效接24V，DOSRC为驱动器电源提供端子。除了UOP自动配置的具有特定功能端子外，其余输入输出信号可以根据功能自定义。

西门子S7-1200的通讯方式支持多种通讯方式，自带数字量和模拟量的输入与输出，还可以通过通信模块和信号模块扩展实现更多点位的控制。生产线中的光电开关、电磁阀、步进电机、光幕、推料气缸等可以由PLC进行控制，再将信号与工业机器人连接，便能实现工业机器人与PLC之间的协同生产任务。

1.3系统交互上位机开发

为了实现产线的柔性化，提高学生的可操作性，产线数据的监控。在实践平台加入上位机监控画面。该画面可以设置产线的运行模式，选择自动模式或者手动模式，可以手动控制推料气缸、传送带的运动，可以对传送带的运行状态，程序执行状态等进行监控。本生产线集成国产威纶通的触摸屏，可以通过EBpro软件实现与上位机的组态，完成与西门子PLC之间的信息交互。

2物料分拣功能实现

2.1物料设计及产线功能

自动化生产线基于颜色和形状设计了6种物料，分别是长方形、正方形、圆形的白色和蓝色物料。自动化分拣产线由料井、推料气缸、传送带、色标传感器、工业相机、废料剔除装置、物料到位传感器等组成。

2.2产线分拣任务及分拣流程

自动分拣系统对料架上的6种物品进行分拣，其中白色长方形、蓝色圆形、蓝色正方形为合格品，其余物料为步合格品，需要经过分拣产线自动踢出，最终将合格放入料库中。

首先将物料放置在料架的固定工位上，工位上装有检测传感器，传感器可以检测物料是否存。当检测到料架上有物料时，机器人就会抓取物料，放置到料井中，推料气缸会将物料推送到传送带上，物料通过传送带，经过颜色传感器识别颜色，经过视觉系统识别形状，满足废物踢出条件时，物料将被废料气缸踢出，合格品将流到传送带末端，机器人将合格品抓取放置在料库上。

2.3程序设计

生产线的自动分拣，需要工业机器人和PLC协同完成，机器人根据PLC传入的传感信号作为条件判断，执行相应的轨迹程序，从而完成物料的自动分拣。PLC与机器人之间定义通过I/O的方式，使用CRMA15主板上提供I/O点与PLC进行通讯。

分拣生产线中的有些信号需要机器人发出控制信号传入plc中，再输出实际的控制信号。电机的正反转、废料踢出气缸、料井推杆等，需要应用CRMA15的out端点、PLC的输入、输出端点。

传送带到位传感器感受到物料到位后，向外部发送信号，此时机器人端DI101=ON;色标传感器检测到蓝颜色，向外部发送信号，此时此时机器人端DI102=ON;色标传感器检测到白颜色，向外部发送信号，此时此时机器人端DI103=ON;视觉系统检测到正方形，向外部发送信号，此时此时机器人端DI104=ON;视觉系统检测到长方形，向外部发送信号，此时此时机器人端DI105=ON;视觉系统检测到圆形，向外部发送信号，此时此时机器人端DI106=ON;机器人向外部发送信号，DO101=ON时，吸盘动作吸住物料，DO101=OFF时，吸盘上物料脱落;机器人从传送带上拾取物料后，向外部发送通知信号。

整个分拣程序组由分拣主程序、拾取程序和摆放程序。主程序接收外部信号获取物料块信息，并执行相应物料的分拣。

3结语

本文设计的实验综合平台，包含了PLC、工业机器人、电机、传感器的智能硬件，为机器人工程和自动化专业学生提供了实践平台，巩固了理论知识的学习，培养了学生的工程实践能力，与自动化生产线上搬运、码垛、分拣的场景吻合。目前综合平台应用场景还比较单一，自动化生产线中还有打磨、去毛刺、焊接、装配等应用场景，后期可以在实训平台上进行扩充，丰富实验平台功能。

参考文献

[1]陈建建，高慧，傅永梅，张清花.“中国制造2025”背景下高校智能制造人才培养策略分析[J].黑龙江科学，2021，12（23）：124-125.

[2]李美莹.在“中国制造2025”背景下关于应用技术大学学生创新能力培养的思考[J].科技资讯，2021，19（34）：121-123.