自动化控制系统


自 动 化 控 制


概述

工业自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一,主要解决生产效率与一致性问题。无论高速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业,都必须依靠自动化技术的应用。自动化系统本身并不直接创造效益,但它对企业生产过程起着明显的提升作用:
(1)提高生产过程的安全性;
(2)提高生产效率;
(3)提高产品质量;
(4)减少生产过程的原材料、能源损耗。
据国际权威咨询机构统计,对自动化系统投入和企业效益方面提升产出比约1:4至1:6之间。

目前,工业自动化系统通常分为5级:企业管理级、生产管理级、过程控制级、设备控制级和检测驱动级。前两级管理级涉及的高新技术主要是计算机技术、软件技术、网络技术和信息技术;过程控制级涉及的高新技术主要是智能控制技术和工程方法;设备控制级和检测驱动级涉及的高新技术主要是三电一体化技术、现场总线技术和新器件交流数字调速技术。
也可将上述5级分层归纳为:企业管理决策系统层(ERP)、生产执行系统层(MES)、过程控制系统层(PCS)三层结构和计算机支撑系统(企业网络、数据库),并实现系统集成,从而实现企业的物流、资金流、信息流的集成,提高企业竞争力。企业管理决策系统层(ERP)、生产执行系统层(MES)必须建立在设备自动化和过程自动化基础上。
数控机床自动化管理系统
目前,国内大多数机床监控系统属于专用系统,其开放性较差,已不能满足当今制造业的发展需求,属于工厂内典型的 “自动化孤岛”。而计算机软件技术及工业控制网络技术的发展,使得工厂自动化设备的互联成为可能。组态软件作为自动化系统“水平”和“垂直”集成的桥梁和纽带,已经广泛应用于工业自动化的各个领域。组态监控技术为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台,与检测部件、控制部件构成复杂的应用系统,在节能、提高计量精度、改善产品质量、完成部门间精确传递生产信息等方面发挥核心作用,有利于企业消除信息孤岛、降低运作成本、提高生产效率、加快市场反应速度。

基于对生产线数据的采集和产品质量跟踪、追溯,需要一套高度精细化和智能化的制造执行系统( MES )来控制整个生产过程,以使企业向生产制造柔性化和管理精细化方向发展,提高市场应对的实时性和灵活性,降低不良品率,改善生产线的运行效率,加强生产现场数据采集和在制品管理、产品质量和售后服务能力,降低生产成本等。
数控机床加工的生产管理模式

数控机床的高柔性、高效率、稳定的加工精度和加工复杂型面能力,能对用户需求做出快速的反应,深获制造业的青睐。在一些大中型制造企业,根据生产的需要和数控机床的特点,已形成多种生产组织管理模式的制造系统,主要包括:

- 基于分布式数控(DNC)的车间(工段)信息管理系统-对车间(工段)内的数控机床群体,通过其各自的数控系统与上位机的通讯,并传达生产规划与控制信息。这种信息集成的管理模式,在目前的制造系统中占最大比例。

- 柔性制造单元(FMC)和柔性制造系统(FMS)-FMS和FMC除了具有完善的DNC管理系统外,还有自动化仓库、物料搬运和装卸、刀具检测、预调和传送以及状态监控等硬件模块和相应的物流和刀具流控制软件。

- 自动化工厂(FA)-以自动化中央立体仓库为中心,由多条FMS及相应企业信息管理系统组成的高度综合自动化工厂(车间)。

- 柔性机床组成的生产线-主要用于大批量生产的行业,如汽车、摩托车和家电等。尽管目前已投产的柔性生产线比重不大,但由于它适应对同族零件的多品种混流批量生产,已成为当前柔性加工的主要发展方向。主要包括两种类型∶柔性自动线(FTL),由能够自动变换多轴头的数控组合机床、三座标加工单元和顺序物料输送系统等组成的生产线;柔性加工生产线(FML),由高效、通用数控机床和柔性物料输送系统等组成的生产线,其结构相当于多组FMC按工艺流程进行配置。

由上述4类数控机床组成的制造系统可知,DNC不仅需用面广,更是其他制造系统的技术基础。
数控车间信息集成管理系统

数控车间集成管理系统对以数控机床群为主的加工车间实施车间管理和信息集成,由多种单元技术组合而成。主要内容如下∶

管理单元
任务管理∶接受生产任务,生成各机床加工任务清单,并发送到各机床
NC程序管理∶编辑、更新、修改、拷贝、更名、打印、加工轨显示、各台CNC的加工程序库管理、多台CNC机床同时在线加工
工艺管理∶工艺信息输入、修改、更新和打印
系统监控统计∶图形监视机床状态、运行统计、完成品统计; 通信单元∶完成管理单元与各机床集成器之间的信息传递;机床集成器∶完成各种CNC系统信息采集和任务双向传递;CNC机床的集成改造
该系统有以下几种应用组合∶
单元技术应用(如单机DNC服务、多机程序管理等);
数控工段的DNC系统(上/下传送程序和参数的文件集中管理;多台CNC在线加工等);
数控工段(车间)集成管理系统(按企业需求与上级信息系统集成/采集机床信息,形成车间管理系统,具有DNC系统功能)。
该系统形成单元技术基础和系统综合能力,以企业现有的加工车间为对象,按系统工程规划,解决对象对技术进步的要求为目的,以系统工程组合不同规模的信息集成和管理工程,实现制造环境的信息集成与管理。
数控工具磨床智能自动化生产线应用实例
数控工具磨床智能自动化生产线项目的设计功能主要分为两部分:


1. 智能自动化流水线实例

整体智能自动化生产线控制系统结构图整体分为五个部分。其中包括自动化数控生产设备通讯开发设计实现,生产线智能控制核心,人机交互,机器人控制与通讯,辅助控制与执行单元。
通过自动化数控生产设备的通讯模块,所有生产线上的设备实现通讯连接,生产的信息和机器状态被生产线控制核心的信息处理模块收集起来。智能核心分析模块和决策,跟据所得到的机器信息,以及系统设置信息,最优化的自动安排生产过程。并通过机器人通讯模块接口,对机器人发出控制命令,从而完成整个生产线流水线的生产控制。如果发生故障或者异常情况,控制中心可以向单台生产设备发送控制命令,完成停机,报警或者其他指令。
2.自动化生产线和数控机床的监控管理系统
把每台机器的产品加工情况、生产情况、维护情况、停机故障情况、值班情况等信息采集反馈到中控系统, 录入中心数据库, 进而进行综合分析、对比计算与显示, 从而达到监测目的;
把机器的加工参数、优化程序、维护计划、生产指标、值班调度等控制指令和程序从综控系统下载到各数控机器,从而达到分布式的优化调度、协调与控制,以实现整个生产线的最优化控制与运行。
具体可分为一下功能:
将所有XX新开发的开沟机数控系统连接在一起统一管理和监控;
建立开沟机系统生产质量监控数据库;
搜集/采样每台开沟机的生产过程数据 / 质量监控数据 / 维护保养数据;
分析生产过程数据 / 质量监控数据 / 维护保养数据,产生直观图表/质量报表, 根据不同情况对生产/安全/质量情况进行评估分级;
特别对停机/故障情况进行分类处理,机械故障/电气故障/软件故障/正常维护,对每一类进行更细的分类处理, 从而提高生产效率,降低故障情况;
对操作人员进行统一管理,操作机器能力,故障分析能力等;
统一对开沟机生产进行规划,动态调整生产细节,优化生产过程;
对产品参数进行质量跟踪/分析,产生优化方案;
建立Web 管理网络,公司管理人员可以在任何地方方便查看公司的机床运行情况/产品完成情况/客户需求情况,并在线远程提出质询意见,发出管理命令;
若把这些功能模块化, 可以分为一下几个模块:
控制助手
显示实时数据
及时鉴别机器故障
显示过程图形趋势和操作参数
计算生产力
定位废品与效率
计划助手
图形计划板
多级式计划
更换和变更生产作业
显示劳动力需求
显示原材料供应情况
显示库存情况
连接ERP系统



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