随着消费水平提高，工艺品个性化需求不断增加，工艺品生产设备也要适应这种个性化生产特点。很显然，一般生产线不能满足柔性化生产需求，多线生产也会导致设备投入成本增加，通过改变控制系统柔性可以实现产品个性化、柔性化生产需求[1-3]。本文以平面金属薄板饰件加工为对象，分析其加工工艺流程和自动化工艺流程，研究平面金属薄板饰件精加工智能产线控制系统方案、软硬件架构，进而完成控制系统程序设计和优化。经过系统联调、程序优化和稳定运行之后，实现平面金属薄板饰件精加工智能产线控制系统设计。
1智能产线组成及工艺流程分析
智能产线以400mm×400mm、厚度为2.5mm以及重量为3.18kg的304不锈钢板为原材料，加工成形状各异、表面图样不同且具有个性化的钥匙扣、标牌、吊坠等饰件。图1所示智能产线配有激光切割机床、数控精密雕刻机床、数控精密磨削机床、喷砂机、清洗机、视觉检测系统(未标示)、打包机以及上下料机械手和物料传送带，装有APP软件的移动终端和工业控制计算机(未标示)。据图1可知，智能产线加工工艺流程为:激光切割下料、精雕刻图加工、磨抛毛边处理、清洗烘干、喷砂表面雾化、视觉在线检查和打包装盒及产品码垛，自动化工艺流程为:多关节机械手原料上料和废料下料、直角机械手半成品搬运及平行机械手半成品及成品搬运等，制造流程示意图如图2所示。
2控制系统方案研究
在系统运行的可靠性、经济性和合理性等理念下，根据产线制造流程对各加工和搬运单元逻辑关系、顺序和状态等进行精确控制，合理安排工序间的时间分配，使各工序有条不紊、协调运行，提高生产效率。根据监控界面实时在线监控制造流程，对事故隐患或极限情况实时预警，具备故障报警和急停功能，保证产线安全、可靠运行。此外，产线控制系统操作简便、易于维护和防误操作等。平面金属薄板饰件精加工智能产线控制系统由上位机监控系统、下位机控制系统和通信网络组成，如图3所示。上位机由工控机和工业组态软件组成，与下位机PLC进行通讯，对整个产线工艺运作过程进行自动化监管，保证产线稳定可靠运行。下位机采用通用型PLC及其外围设备组成，主要针对各加工单元和搬运单元进行生产控制和生产状态监管，如上料单元是否存在原料脱落、各加工单元之间的前后衔接等，通过CC-Link实现生产过程的闭环控制，提高产品加工效果和节能性。产线工作模式采用“自动控制”和“手动控制”两种，正常情况下以自动控制方式为主，手动控制优先级别最高，以便设备调试和防止意外情况如设备故障或自动控制存在问题时及时关闭设备。各分站PLC与主站PLC之间采用TCP/IP协议进行通讯，保证整个产线各个单元的有序运作。
3控制系统软件设计
平面金属薄板饰件精加工智能产线系统包含有多个加工单元和搬运单元，因此控制系统存在输入输出信号、检测反馈信号和执行信号种类和数量较多的特点，是一个较为复杂的柔性生产制造控制系统。整体分析时主要考虑在满足生产流程和工艺前提下将各加工单元和搬运单元输入输出变量分配给主站或分站PLC的I/O口，据此定义I/O口作用，同时设置主站和分站PLC之间通讯。根据各加工单元和搬运单元的操作内容、操作顺序及生产工艺将主站和分站PLC程序进行模块化，在模块内部确定输入输出变量与各操作之间的关系以及相关的检测内容和控制方法，进而逻辑整合完成程序流程设计，平面金属薄板饰件精加工智能产线程序流程图如图4和5所示。程序编制时，确保语法和文档正确，细化设计，先模块后整体;逻辑严密，前后互锁，确保工序不错位;各种功能具备，具有意外情况预防和报警处理等。经测试、修改后在程序基本正确的情况下进行现场调试。
4产线调试
设备种类和工序较多，工艺复杂，控制流程易错，联机调试非常重要。在各加工程序、各机器人程序和系统控制程序完成后，选择手动运行模式，进行单机调试，完善单机控制程序。其次，选择自动运行模式，进行联机调试，确保设备并行处理，无干扰，进一步优化系统控制程序，提升产线整体运行效果。最后，对产线紧急情况、极限状态进行有效的预处理，对故障处理进行完善。经过一段时间运行后，产线运行稳定、可靠，进行验收交付。
5结语
对平面金属薄板饰件精加工智能产线组成、工艺和制造流程进行分析，在完成控制系统方案设计后进行控制系统软件设计，结合各加工单元和机器人程序对产线进行单机调试和联机运行，实现了平面金属薄板饰件的自动化生产。该产线系统经过两年的实际运行，产线的稳定性好、易操作、易维护，具备个性化、柔性化工艺品生产特点，取得了较好的经济和社会效益，具有广泛的应用前景。
参考文献
[1]徐鹏，李阳，顾欢，等.船用针阀体轴类工件的自动化生产线设计与实现[J].制造技术与机床，2017(8):124-128.
[2]艾青龙，涂海宁，陆远.柔性自动线生产过程控制技术研究[J].制造技术与机床，2016(11):121-124.
[3]王俊杰，张伟，金杰峰，等.电动汽车电池装箱生产线控制系统的设计[J].组合机床与自动化加工技术，2016(2):122-125.
《金属薄板智能产线控制系统设计》来源：《制造技术与机床》，作者：许怡赦 朱永波
