自动化生产线文献综述

自动化生产线的控制与管理1.摘要自动化生产线是能实现产品生产过程自动化的一种机器体系，通过采用一套能自动进行加工、检测、装卸、运输的机器设备,组成高度连续的、完全自动化的生产线，来实现产品的生产，从而提高工作效率。降低生产成本、提高加工质量、快速更换产品，是机械制造业竞争和发展的基础，也是机械制造业技术水平的标志，它的发展趋势是提高可调性，扩大工艺范围，提高加工精度和自动化程度，同计算机结合实现整体自动化车间与自动化工厂[1]。关键字：生产线；自动化；控制；管理2.前言目前中国的工业运营和生产企业面临越来越多的挑战。企业需要提高生产效率，符合环保要求，并降低运营成本，以便在当今竞争激烈的全球市场上取得成功[2]。智能生产管理系统和自动化技术能帮助企业应对这些挑战，并改善工业绩效。现在科学技术日新月异，在工业生产中自动化生产技术也使用得非常的普遍了，并且在电子和机械制造等领域已经研究并生产出许多各种类型的自动生产线，正是因为这些自动生产线的飞速发展和广泛使用，提高了我们的生产效率及产品的质量、改善了工作的条件、降低了能源的损耗、节约了材料等等，在各方各面都获得了显著的效果[3]。3.正文3.1自动化生产线的发展现状过去长久以来，传统产业的发展是与信息化发展隔离开的，自动化控制和信息系统列为传统产业工业化范围，信息化则重点放在网络、通信等概念和产业上。实际上，信息化和传统工业之间有着相互提高和依存的关系。信息化和电子技术华中科技大学现代数控技术论文的应用可以大大提高工业生产自动检测水平和执行精确度与速度等，达到优化装置和过程的效果；网络通信技术应用可以把整个企业的资金、物流、生产装置状态、生产效率和能力信息等准确、全面、系统地提供给企业，为企业决策者和管理者提供实时性和准确性的决策，给用户提供管理和控制一体化系统和服务。信息化和工业化的结合必然为工业自动化产品制造和应用带来了很大的发展市场空间。自动化生产线是现代工业的生命线，机械制造、电子信息、石油化工、轻工纺织、食品制药、汽车生产以及军工业等现代化工业的发展都离不开自动化生产线的主导和支撑作用，其对整个工业及其他领域也有着重要的地位和作用。图1.典型自动化生产线生产线是由工件传送系统和控制系统，将一组自动机床和辅助设备按照工艺顺序联结起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统。自动生产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，达到相应的工艺要求，生产出合格的产品，为了能够实现这个目标，可以采用自动输送和其他一些辅助装置，根据工艺顺序把不同的机械加工装置组成一个整体，各个部件之间的动作是通过气压系统和电气制动系统组合起来的，使它能够实现规定的程序而进行自动工作，这种自动工作的机械装置系统被我们称为自动生产线[4]。自动化生产线能构成一个完整的系统，是由于它是综合了传感技术、驱动技华中科技大学现代数控技术论文术、机械技术、接口技术、计算机技术等技术，自动生产线在各国有着各种生产的需要，有效的综合及组织，来优化整体的设备，自动生产线虽然是源于传统的流水生产线，但它的功效是远远优于传统流水生产线，并且还有着多种显著的区别，其主要的特点是自动生产线有非常高的自动化控制，还有传统流水生产线所没有的精密的生产节奏，它是一个统一的自动控制系统，其工作要按照规定的工序顺序来完成。3.2自动化生产线的控制在各个不同的应用领域，不同种类的自动线的结构不同，大小也不同，功能也不同，它们基本都包含检测、机械本体、信息处理、输入、输出接口部分以及执行机构等五部分。但是不论哪种自动生产线，在功能上都必须能实现控制、运转、驱动和检测等，并且控制功能是电子装置来完成的。自动生产线在生产中，所有传感器用来检测信号，控制装置再运算、变换、存储其检测信号，再通过其接口电路向执行机构给出指令来实现相应的工作。传感器检测生产线上位置、温度、压力、流量等信号，来让信息处理部件分析处理，驱动功能是液压缸电动机、电磁阀、气压阀、机械手等执行部件实现的。其机械部分是自动生产线的主体部分。自动化生产线是产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产生产线活动所构成的路线。为便于协调整个生产线的全程控制，系统设置了一个主站总控制台，主站总控制台是整个装配生产线连续运行的指挥调度中心，其主要功能是实现全程运行的总体控制，完成全系统的通讯连接等。现代化的自动生产设备自动生产线的最大特点是它的综合性和系统性。可编程控制器以其可靠性高、抗干扰能力强、性能强、价格低以及编程简单而在现代化自动生产设备中普遍使用，并且充当生产线的大脑微处理单元。华中科技大学现代数控技术论文典型自动化生产线加工单元搬运单元检测单元供料单元存储单元操作单元安装单元分拣单元图2.典型自动化生产线的组成典型自动化生产线一般由八个模块式的工作单元组成。每个工作单元的电气控制板上都配备有一个控制器，分别控制每一个工作单元的执行功能。在各个单元之间一般通过网络通信线路连接起来。生产线中的各个单元可自成一个独立的系统运行，同时也可以通过网络互联构成一个分布式的整机控制系统运行。此时，各个运行设备之间能自动协调工作，实现了自动化生产线整机稳定有序地运行。自动化生产线的各个子单元并不是独立的系统，是一个通过现场总线技术将各个子单元连接起来。现场总线技术的实质是现场设备间的串行通信，是工业现场控制级的通信网络。由于计算机技术、微电子技术的发展，许多传感器、执行机构、驱动装置等现场设备内置了CPU，并增加了串行通信接口，控制器可以按现场设备规定的协议，通过串行通信方式而非I/O方式完成对现场设备的监控。如果现场设备都具有串行通信接口并具有统一的通信协议，控制器只需一根通信电缆就可以把分散的现场设备连接起来，完成对所有现场设备的监控，构成现场总线控制系统。自动线的控制系统主要用于保证线内的机床、工件传送系统，以及辅助设备按照规定的工作循环和联锁要求正常工作，并设有故障寻检装置和信号装置[5]。为适应自动线的调试和正常运行的要求，控制系统有三种工作状态：调整、半自动和自动。在调整状态时可手动操作和调整，实现单台设备的各个动作；在半自动状态时可实现单台设备的单循环工作；在自动状态时自动线能连续工作。控制系统有“预停”控制机能，自动线在正常工作情况下需要停车时，能在完成一个工作循环、各机床的有关运动部件都回到原始位置后才停车。自动线的其他辅助设备是根据工艺需要和自动化程度设置的，如有清洗机工件自动检验装置、自动换刀装置、自动捧屑系统和集中冷却系统等。为提高自动线的生产率，必须华中科技大学现代数控技术论文保证自动线的工作可靠性。影响自动线工作可靠性的主要因素是加工质量的稳定性和设备工作可靠性[6]。自动线的发展方向主要是提高生产率和增大多用性、灵活性。为适应多品种生产的需要，将发展能快速调整的可调自动线。自动生产线由工件传送装置连接起来具有统一控制装置的连续生产的自动化机械系统。在自动生产线上，生产过程无人参与操作。人的使命仅在于监督、周期性调整和更换切削工具。自动生产线已在机械工业许多方面得到应用，它可以完成零件的机械加工，还可以完成毛坯加工、金属热处理、焊接、表面处理、产品装配和包装等生产过程。采用自动生产线能使全部生产过程保持高度连续性，并显著地缩短生产周期，减少工序间的在制品数量和简化计划编制工作，使产品的运输线路达到最短的限度。自动化生产线的产生离不开控制系统，目前的生产线控制系统一般都选用PLC作为自动化生产线的控制核心。随着科技的不断进步，PLC的性能也飞速增强，其应用和研究现状主要在以下方面体现:1.控制规模的扩大，控制大型机的规模越变越大，开关量高的达到了几万。2.组成模块的增多，现在PLC己经新增了很多模块，如PDI控制、温度以及运动模块等等。3.开放性和互操作性大大发展，在PLC的发展过程中，制造商为了垄断和扩大各自市场，都各自发展自己的标准，开放是发展的一个趋势，各厂商都意识到这一点，并形成了长时期的妥协与竞争，这一过程还将继续。4.工作速度的提高可以对系统实现实时控制。5.联网的能力增强，由于通信、信息及控制技术的大力发展，联网也得到了的发展，己经可以实现的远程控制[7]。正是由于这些性能、使得工业系统可以实现远程化、自动化、控制信息化及智能化。现在应用在不断前进,尤其在运动控制、模拟量控制及驱动控制上广泛使用，已经成为现在系统工作自动化中最有效的工具之一了。3.3自动化生产线的管理自动化生产线监控管理系统的体系结构主要包括设备监控管理系统、过程监华中科技大学现代数控技术论文控系统和生产监控管理系统等三部分，随着现代化的监控管理技术的广泛应用和日益增长的企业生产功能需求，监控管理技术受到了越来越多的重视，自提出以来就持续快速的发展。早期的远程监控管理技术主要运用与医疗系统中并已逐渐完善。机械行业虽然也大量应用了监控管理系统，但是仍然发展缓慢。现在的自动化生产线都有远程监控系统。通过现场总线技术的使用，利用信息采集装置对生产现场信息进行采集和管理，并运用局域网连接形成的企业内部网，将生产信息传递到监控系统中。通过对企业内部网的运用，充分利用网络技术的高实时和易交互的特点，使现场的数据采集装置在生产线上采集的实时生产信息能够快速的传递到远程终端，并彼此共享，远程监控人员和维护专家根据对生产信息进行分析和处理后，判断设备的运行状态，对故障的类型和程度进行判断并提出维护方案，输入生产管理指令并下发，指令通过网络也可以快速传递到生产现场，对现场生产进行反馈，指导现场工作人员进行操作，实现监控和管理的集成。远程操作人员也可以通过系统的操作对现场设备进行监控，以方便维护设备的正常运营，为企业节省维护资本。目前企业生产线上的生产节奏快且衔接紧凑，一旦出现故障容易迅速扩大造成严重后果，不但会降低产品质量和工作效率，影响企业的正常生产行为，更有可能造成生产线秩序混乱，甚至引发事故威胁工人的操作安全，中断生产导致经济损失，因此对自动化生产线进行监控是很有必要的[8]。（1）设备监控管理系统根据自动化生产线体系结构的划分，自动化生产线的监控管理系统可分为以下几个部分：设备监控管理系统、过程监控系统、生产监控管理系统。设备监控管理系统通过采集设备的实时信息来进行基于状态的设备维修，将数据检测和自动化结合起来，实现设备的监管一体化。本部分主要可分为对生产状态的检测和对设备的维修管理。通过对实时状态信息的监控，将调整的生产计划和工艺指令发送给生产过程监控系统，使工艺参数的及时调整，实现设备状态实时控制，确定维修计划，对生产工艺和生产计划进行制定，利用智能化仪表信息的实时掌握，并对设备进行动态维护管理，预防故障发生。华中科技大学现代数控技术论文（2）过程监控系统过程监控系统通过将数学模型和智能控制结合对生产线设备运行进行控制，保证产品质量和设备的正常状态。设备监控管理系统接收到了生产线设备的实时数据后会将其传送到过程监控系统的数据通讯子系统；数据通讯子系统能够对接收到的数据进行识别和检验，并将过程监控系统对数据处理分析后设定的新指令传送到设备监控管理系统，进行生产控制；轧件跟踪子系统用于对轧件的跟踪，判断实际位置并保存，能够根据工艺要求进行自动控制；过程监控子系统能够将上级系统接收到的实时生产数据通过画面显示出来，以供操作人员观看，并能够对系统检测到的设备故障进行诊断和存放。（3）生产监控管理系统生产监控管理系统通过掌控的实时生产信息辅助生产动态调度，按照其管理范围分为生产任务管理、技术信息管理和质量管理。生产任务管理系统接收上级系统下发的任务订单和产品工艺要求，制定生产计划，确定工艺流程，对生产线进行质量管理。技术信息管理系统的任务是对生产计划和生产控制系统的信息进行收集和整理，通过对这些数据的分析处理，制定生产线的工作数据，实现对工艺的优化，并对各类数据进行存储为今后对比使用。上级管理系统将实时生产数据传输给质量管理系统，通过质量管理系统对生产数据和技术标准的对比、判定产品质量并