自动化生产线设计范文1
关键词控制；自动化；生产线；程序；设计；系统；
Abstract: With the development and progress of society, attention to the PLC-based control of automated production lines designed for real life is of great significance. This paper describes the design program based on PLC-controlled automated production lines.
Keywords control; automation; production line; program; design; system;
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
基于PLC控制的自动化生产线仿真示教设备。该设备选用美国AB公司的ControlLogix系统，采用RsLogix5000编程软件为顺序控制提供梯形图编程，为运动控制提供完整的编程、调试及故障诊断，通过试验，达到了较好的效果。
一、设备系统的组成
设计该系统遵循通用、简明和具有代表性的原则，整个设备由工作台、机械手、检测部分和控制部分等组成 ，做到功能分工明确 ，布局合理，操作方便。如图1所示。
l一加工装置：实现零件的加工
2、5、8一上料机械手 ：实现对工件的上料
3、6一剔除装置：将上料不到位的工件剔除
4、7一工件到位检测开关
9一检测开关：控制工作台的运动
10一卸料机械手：实现合格工件的卸料
11一剔除装置 ：不合格工件剔除
12一检测装置：对加工后的工件进行质量检测
二、自动化生产线工作流程分析
启动/复位A、B、C皮带运转皮带故障灯(若有故障则亮)允许上料灯亮上料工位传感器输入工件到达上料位工件到达钻床加工工位钻床加工工位传感器信号输入上料应答完成上料应答完成、钻床加工工位空闲钻床加工子程序开关( M0． 6)调用钻床加工子程序后且 M0． 6 =“ON”启动钻床主轴电机( M1． 0)延时 2 秒钻床机架电机正转带动钻床机架下降钻床加工指示灯亮钻床加工 10 秒钻床机架电机反转带动钻床机架上升到达钻床上限开关钻床加工完成钻床加工指示灯灭钻床加工完成且磨床加工工位空闲工件到达磨床加工工位传感器磨床加工子程序开关( M2． 5)调用磨床加工子程序后且M2． 5 =“ON”启动磨床主轴电机( M4． 0)延时 2秒磨床横向机架电机正转带动磨床机架床前进前进 2 秒磨床纵向机架电机正转带动磨床机架床下降磨床加工指示灯亮延时 15 秒磨床纵向机架电机反转带动磨床机架床上升延时 2秒磨床横向机架电机反转带动磨床机架床后退磨床加工完成磨床加工指示灯灭磨床加工完成下料工位空闲允许下料灯亮工件到达下料工位下料工位传感器输入下料应答完成允许下料灯灭。
三、自动化生产线 PLC 控制程序设计
1． PLC 控制程序 I / O 接口单元输入、输出点地址分配如表 1。
2 . PLC 控制程序
该生产线控制程序可先设计梯形图，然后转换为语句表，语句表程序见表 3。
四、系统软件的实现
控制系统 采用 RsLOgix5000编程软 件 。RsLogix5000软件是Windows操作系统下的可编程序开发软件 ，包括RSLogix5000和Logix5555处理器编程软件包。RSLogix5000编程环境 ，还提供了易于使用且符合IEC1131—3标准的接 口，采用结构和数组的符号化编程，以及专用于顺序控制 、运动控制、过程控制和传动控制场合的指令集。由于工作台的各工位必须和机械手、检测和加工等位置协调且定位 ，而且要与其他的I／O结合起来完成顺序控制，故运动控制很复杂。而采用 RSLogix5000编程软件 ，只需要安装一个RSLogix5000编程软件包即可完成可编程序控制器 伺服控制器和伺服驱动器的组态、编程和设置，实现顺序控制、运动控制、在线检测及故障诊断。同时在Logix可编程序控制器中，处理器可直接运用实名标记，可根据数据在应用中的用途来命名有意义的标记，这使得程序具有更高的可读性 ，大幅减少了工程的时间和费用，也能减少编程和调试运行中的错误 ，更加便于维护。
五、通信
上位机与PLC控制系统的通信，采用EtherNet网络，通过1756～ENBT／A模块用通信电缆进行连接。控制对象的输入输出信号就近与FLEXI／O工作站输入(1794一IB16)模块和输出(1794一OB16)模块连接，通过1794一AND通信模块连接~JlDeviceNet网络实行通信 。ControlLogix控制系统采用1756一M08SE接 口伺服模块 ，利用Ultra3000伺服驱动器通过SERCOS光纤网络进行通信 ，对电动机进行运动控制.
结束语
随着现代制造业自动化程度的不断提高，自动化设备在企业得到广泛应用，复杂设备一般都由设备制造商的现场工程师负责安装调试，本地工程师往往只掌握一般的运行维护常识，很难深入到设备的内部。一旦设备发生故障，生产企业必然需要设备制造商的技术支持。由于设备的停机可能会对企业的生产带来严重的影响，因此，生产企业不但希望拥有自动化程度较高的生产线，还希望设备供应商能够提供及时、有效的服务支持。
参考文献
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自动化生产线设计范文2
【关键词】自动化生产线；课程性质；教学方法；课程目标
1 课程在相关专业中的定位
自动化生产线安装与维修课程是三年制高职机电一体化技术专业的优质核心课程，是为加强学生对机电一体化系统安装、调试、控制运行和维修等应用能力的培养而开设的综合应用课程。本课程以《液压气压传动系统设计、安装与调试》、《机电设备控制与检测》、《电气控制系统设计、安装与调试》等课程作为基础，培养学生具有一定的机电一体化系统分析、设计、安装、调试、维护及检修的基本技能，并为机电专业学生今后能够胜任制图员、维修电工等工作岗位，以及参加机电一体化高级工的技能认证做好知识及技能上的准备，并为学生今后的顶岗实习打下良好的基础，同时培养学生具备精益求精、诚实守信、果敢勇毅、质量第一的职业素养。
2 课程性质
自动化生产线安装与维修课程是三年制高职机电一体化专业开设的实践性很强的技能型专业核心课程，也是设备制造、操作、维修及自动化生产线制造、操作、维修等从业人员的必修专业课程。在整个专业人才培养方案中起到重要的支撑作用，同时辐射机电一体化技术相关专业群，是衔接“工作”与“学习”的重要课程，是学生顶岗实习和就业之间的“桥梁”。
3 课程任务
通过本门课程的学习，学生能够正确使用电气及机械工具、仪器和仪表，根据给定技术资料，对自动化生产线系统进行安装、调试及管理维护。课程任务在于使学生初步了解现代加工制造企业自动化生产线运行的全过程和工艺要求，完成自动化生产线系统的分析、设计、安装调试，并能够进行PLC控制程序设计，能进行工业控制网络总线系统配置，基本具备应用PLC技术进行自动化生产线系统维护，技术改造、产品开发的能力。同时在教学过程中，培养学生具有良好的职业道德和职业素质。通过本门课程及其先修课程的学习，可以取得PLC中级工证、机电一体化高级工的相应技能证书。
4 课程目标
4.1知识目标
熟悉自动化生产线控制系统的结构和基本功能；掌握自动化设备及生产线常用机械结构和装置的工作原理；熟悉气动元件的结构和应用，基本气动回路的工作过程；掌握传感器等电气元件的结构、特性、应用和选择规则；掌握典型自动化设备及生产线的操作、拆装、软硬件设计、维护以及故障诊断与排除的方法。
4.2技能目标
4.2.1专业能力
机械零件图，装配图的识图能力；能够正确使用工具对机械部件进行装拆；液压及气压传动回路图的识图及安装调试能力；常用电气控制线路的读图，接线及调试能力；能够根据自动化生产线设备的控制要求正确选用传感器等电气元件的能力；能够根据自动化生产线设备选择合适的PLC通讯方式，使用PLC通讯协议实现设备间的通讯，并且能够进行现场调试；进行相关技术文档的编撰及资料整理的能力。
4.2.2方法能力
具备独立学习的能力；具备收集获取信息的能力；解决问题、分析问题能力；具备制定工作计划的能力；具备工作过程的管理能力；具备对工作过程和成果的评价能力。
4.2.3社会能力
具备人际交流、表达能力；具备团队协作和沟通能力；具备工作任务的组织管理能力；具备工作责任心；具备环保等社会责任心。
4.3素质目标
在教学过程中通过诊断与维修实践，使学生养成画结构草图的职业习惯；通过校友工作不同成功与失败案例的对比分析，使学生领悟并认识到尊重规则、团结协作、敬业耐劳的职业道德与素质在个人职业发展和事业成功中的重要性，使学生树立起自我培养良好的职业道德与注重日常职业素质养成的意识；在学习和技能实践过程中，以国防精神为指导，培养学生“精益求精、质量第一、严谨缜密、安全保密”等意识；在教学过程中强调动作的规范性，建立“6S”理念，需要用到的工具、量具、检具等摆放整齐，遵守安全操作规程等。
5 课程设计与教学组织
5.1课程教学模式
本课程采用理实一体化教学模式，建议课程以工作任务为导向，主要采用项目化教学方法。根据确定的学习情景，学生以团队的形式，制定工作任务计划，教师与学生协作，完成项目教学任务。以“项目为主线”并进行分解，以若干“任务”为支撑，再将新知识融入其中，由浅入深，层层展开。将知识点和操作技能要点穿插到各个学习情境中进行学习。在以工作过程为中心的教学模式下，教师是工作过程的组织者和协调者，学生是学习工作的主体。在整个学习过程中，教师要引导学生清晰地知道所学知识有什么用，怎么学，怎么学得更好。
5.2课程设计思路
教、学、做结合，理论和实践一体化教学，始终以专业岗位人才培养方案所确定的该门课程所承担的典型工作任务为依托，选择课程内容的知识载体；以实际自动化生产线的真实工作过程导向设计课程教学内容。本着紧密地与行业和企业生产实际高度吻合的原则，分析完成每个流程所必须的知识和能力结构，归纳了《自动化生产线安装、调试与维修》课程的主要工作任务，选择合适的载体，构建主体学习单元；按照学习任务、资料阅读、理论学习、实施、学习检查与总结六个步骤，工学交替、任务驱动、项目导向，将真实修理过程和产品融入教学全过程，以职业能力培养为重点，与行业、企业合作开发了该课程，教、学、做结合，理论和实践一体化教学设计开发学习单元，组织教学内容。
5.3教学方法与教学手段
基于工作过程的课程与传统的课程教学不同，下面具体说明基于工作过程的课程教学方法与教学手段。
5.3.1教学方法
任务驱动法、引导文法、头脑风暴法、示范教学法、分数激励法。
5.3.2教学手段
在课程教学中首先要重视传统的教学手段，其最大的好处是学生能够与老师面对面互动，老师能根据学生的反映及时调整教学方法，灵活掌握教学分寸。具体如下：（1）运用教学模拟软件和计算机仿真软件。（2）灵活运用多媒体教学手段，如录像、PPT等。（3）运用教学网站。通过网络教学资源平台，拓展课程教学资源，使学生能够在课下进行自主性学习。
参考文献：
[1]王君.机电一体化专业课程体系构建[J].职教论坛，2008（5）
自动化生产线设计范文3
关键词：微课；微课程；自动化生产线；智能终端
作为职业院校机电类和自动化类专业核心课程的《自动化生产线安装与调试》，涉及机械技术、电工电子技术、气动技术、传感器技术、可编程控制技术等相关知识，是一门综合性较强的课程。近些年来，以工作过程为导向，以培养学生职业能力和就业能力为本位的理实一体化教学已经成为主流。但随着移动通信技术的快速发展，移动智能终端已经成为学生的日常必备品，学生平常大部分时间都聚集和消耗在这些新兴电子产品上，关注度极高，职业院校辛苦打造出来的理实一体化教学环境在智能设备面前已经失去优势，面临重大挑战，尤其是微博、微信的广泛应用，微学习、微视频、微内容和微课程开始走进学校课堂，如何充分利用现代化智能终端设备进行微课程教学设计研究，是当前职业教育教师关注的热点。本文借鉴国内外关于微课程教学设计研究成果，以《自动化生产线安装与调试》课程改革为载体，研究探索微课程在专业课程教学中的教学设计与应用方法。
一、微课程相关理论概述
“微课程”是将原课程按照学生的学习规律，分解成一系列具有目标、任务、方法、资源、作业、互动与反思等的微型课程体系，是课程改革与信息化进程中的学习资源创新，也是学习内容与学习方式整合为一体的新型资源。本文中提到的“微课程”，是指运用建构主义方法，对某一门课程进行整体教学设计，包括课程设计、开发、实施和评价，将多个知识点通过“微课”的形式加以改造并有效组织，以在线学习或移动学习为目的，通过在线学习网站、微信公众平台等互动媒介，将知识全方位地展现在学习者面前，具有不分时段、不分地域、不分学习对象等特点，将成为信息化教学的发展趋势。相较于传统教学方法，“微课程”更适合“工学结合、校企合作、顶岗实习”的职业教育人才培养模式，更适合“基础薄弱、好奇心强、熟悉网络”的职业教育学生特征。文中重点介绍了基于微课程的《自动化生产线安装与调试》整体教学设计思路。
二、《自动化生产线安装与调试》整体教学设计
1.微课程总体设计
基于“微课程”的《自动化生产线安装与调试》总体设计，是在原课程整体教学设计思路的基础上，以在线学习和移动学习为目的，采用“微课”形式将课程中的认知内容，原理分析内容，拆装演示内容和成果展示内容进行有效组织，并通过在线网站和微信公众平台进行自主学习和互动交流，为课程的实际拆装技能训练做好充分准备，逐步培养学生的职业技能。
2.微课程结构设计
“微课程”结构主要由课前准备、课中实施和课后反馈等环节组成，总体符合职业教育理念和学生的认知规律，重点在于课程教学形式的创新与改革。基于“微课程”的《自动化生产线安装与调试》课程更符合人性化学习规律，让学生按照自己的步骤学习，教师给予学生一对一的个性化指导，提高学习效率。
课前准备环节主要是给学生提供自主学习任务单，通过设计任务指导学生自主学习，实现翻转课堂的效果。教师将课程知识点转化成问题，使用任务驱动和问题导向的方法来设计自主学习任务单，帮助学生发展自主学习和独立思考能力。同时，教师要完成课程配套资源的准备工作，对课程内容进行知识点和问题整理，以“微课”的形式按照课程目标进行设计与制作，并准备好其他课程相关资源供学生学习使用。
课中实施环节主要是在原有课程教学基础上进行改革和创新，通过微课、微视频等教学资源，借用移动智能终端开展在线学习和移动学习，将课程实施环节变成不受时间和地域限制的灵活互动空间，增强学生的自主学习能力和互相讨论沟通的能力。通过此环节，将课程知识点以“微课”的形式展示在学生面前，学生可以根据自主学习任务单开展探究式或问题导向式学习。在此期间，学生可以在微课程中进行成果展示、问题解答、互动研讨，教师可以检测倾听、问题引导、评价考核、内容延伸等。
课后反馈是“微课程”教学设计的重要环节，教师通过在线测试和问答，与学生进行实时沟通与反馈，了解学生的学习状况和能否进行实际操作的资格审查，同时对自己的课程设计进行完善和创新，以达到最佳的设计效果。
3.微课程内容设计
《自动化生产线安装与调试》课程教学的载体是一套模拟加工的自动化生产线实训设备，由8个工作站组成，分别为上料检测站、机械手搬运站、工件加工站、工件分拣站、工件传输站、工件装配站、装配搬运站和立体仓库站。根据《自动化生产线安装与调试》课程目标和岗位设置，结合“微课程”的教学设计特点、职业院校技能大赛和职业技能鉴定所涉及内容，设计了该课程的微课程内容。《自动化生产线安装与调试》微课程内容设计如下表所示。
《自动化生产线安装与调试》微课程内容设计
4.微课程平台设计
基于“微课程”的《自动化生产线安装与调试》课程教学设计研究，主要是在原有理实一体化教学的基础上进行教学设计创新，依托于移动互联技术和智能终端，移动学习使学习者在任何时间、任何地点学习任何内容成为可能，使学习者的学习和师生互动交流在教学环节上不受时间、空间和地域的限制，将知识点、问题解答、视频演示、考核评价、互动交流等内容放在包括手机Wap网站和微信公众平台在内的在线学习和移动学习平台上，将实际操作等技能训练和考核内容放在理实一体化教学平台上来完成。微课程教学设计平台首选腾讯公司开发的微信公众平台，支持即时通讯服务、跨通信运营商、跨操作系统平台，并能通过网络快速发送免费语音短信、视频、图片和文字，也能创建微课程群进行实时在线互动交流，满足学生的个性化学习需求，激发学生学习的主动性和自觉性，提高学习效率。
基于“微课程”的教学设计，打破了传统教学的灌输式和被动式学习方式，在以“工作过程为导向”的理实一体化教学模式的基础上，采用在线或移动智能终端，将知识点“微课”化，是课程教学的有力补充。在课程中，学生成为主动的学习者、知识的建构者，教师成为学生学习的指导者、帮助者、组织者和设计者。同时，能实现学生、师生之间的在线学习与考核评价，体现学生自主学习，教师主动指导，实时学习反馈的新型教学形式，是信息化时代的教学设计探索，也是理实一体化课程教学的有效辅助手段，为职业院校专业课程教学模式改革提供了一种设计思路。
参考文献：
[1]肖红.基于“微课程”的移动学习平台构建[J].教育教学论坛，2014（40）.
[2]刘娟娟.基于微信公众平台的微课程在教学中的应用[J].中国轻工教育，2014（05）.
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自动化生产线设计范文4
关键词：计算机控制系统 自动化生产线 应用
中图分类号：TP399 文献标识码：A？？？？文章编号：1007-9416（2016）05-0000-0
随着社会需求的不断提升，现代实物生产企业迫切需要加大自身产能，一方面满足社会需求，一方面提高企业竞争力，在自动化生产技术不断更新的背景下，传统手工流水生产已经逐渐被企业淘汰，继而积极引进计算机控制系统来实现产品的自动化生产，让企业在降低生产成本的同时，提高企业产能，加大企业市场占有份额，为企业长期稳步发展提供坚实的保障。
1 计算机控制系统
计算机控制技术是现代计算机的核心技术。近几年，随着计算机技术的快速发展，计算机控制系统也在不断更新与完善，并逐渐应用于各行各业中。在计算机控制系统中，现代数控系统提高了自动化生产在人们心中的地位，受到现代生产企业的高度重视与广泛应用，由计算机控制的自动化生产车间，正在逐步优化我国企业生产格局，在节约材料、降低人工操作、提高工作效率、提高生产质量等方面都具备非常大的优势。随着生产企业发展规划加大，生产需求不断提升，数控技术也在逐步完善，传统的操作系统逐渐被计算机数据系统取代，生产的工业设备与操作系统的联系将愈加紧密。
2 自动化生产线
自动化生产线指的是没有人员操作设备，设备能够按照计算机实现设计好的程序与控制指令，自动完成生产任务。在自动化生产线中，原材料、生产、产品输出、包装等一系列过程都是由复杂的机械完成的，由于自动化生产线高度自主的特点，各程序之间连接紧密，因此通常不会出现异常生产事件的发生。从上世纪工业革命开始，自动化生产技术就在不断解放人类生产力，随着计算机控制技术的广泛应用，自动化生产线必将给发展速度日益加快的社会提供充足的保障。
3 计算机控制系统的设计过程
3.1 系统方案的设计
系统方案的设计主要依据厂家提供的自身生产情况及相关的操作任务而制定的详细设计思路。根据实际生产需求，计算机控制系统的设计人员对软硬件进行可行性分析，综合各种分析最终组成一套完善的控制系统。通常而言，计算机控制系统的设计需要花费较长时间，因为这关系到后续生产设备的稳定、高效，在具体设计时，设计人员需要与生产人员进行必要的沟通，深入了解生产的具体过程，主要是为了提高方案的可行性与控制成本的目的。
3.2 控制任务
在设计方案制定并通过审核后，相关人员就需要深入的研究控制系统装置的设计，对其工作流程与控制操作等进行详细的了解，使得设备在使用过程中能够正接收计算机程序提供的数据命令，并对自动化生产的效率进行评估，当系统操作人员对操作系统的运行过程有了深入了解后，才能在设计上保证系统的稳定性，使计算机控制系统真正做到提高生产效率的作用。
3.3 软件设计
软件设计是计算机控制系统中的关键环节，由于自动化生产过程通常比较复杂，要想将整个过程紧密连接起来，确保每个过程高效、正常运作，在软件的设计时，不仅要考虑整个系统的控制衔接得当，还要进行防呆系统的设置，防止生产过程中某一过程生产效果不达标，产生大量的残次品。因此，在软件设计时一定要对整个自动化生产线的功能进行全面分析，在设计时尽可能将整个生产线划分为相应的控制体系，避免全局设计产生混乱的情况，使设计人员思路更清晰，相互衔接也更加紧密。
3.4 现场安装调试
在计算机软硬件系统设计完成后，就需要现场安装人员根据设计要求将系统进行合理的组装，一般而言，如果生产任务比较复杂且规模比较庞大，需要进行全方位的演练操作，通过多次演练得出详细的数据，能够对软硬件的性能进行全面评估，尽可能在安装前优化系统的软硬件功能。现场调试安装演练可以使用现代虚拟仿真技术，为计算机营造最接近真实的仿真模拟环境，便于实验中数据的可靠性，根据模拟分析得出的结果，设计人员能够根据演练过程中存在的不足之处进行改善，消除控制系统中各种不稳定因素，为后续生产提供可靠保证。
3.5 计算机控制系统的合成
计算机控制系统由软件与硬件构成，整个系统组成通常包括控制对象、自动化硬件设备、自动化控制各种软件程序。在生产过程中，由计算机控制系统组成的自动化生产线，使得实际生产中需要人工操作的步骤已经逐步被机器取代，机器不像人一样，会产生疲劳，只要机械设备正常、控制程序稳定、原材料供应充足，自动化生产就会一直持续，满足企业高效产能的需求。
4 计算机控制系统在自动化生产线上的实际应用
4.1 应用详情
某饮料生产企业因为近几年销售额逐年上升，需要提高原有生产线生产产能。在原有生产线上，部分操作依旧使用到大量人力，并且各个流程衔接并不紧密，导致一直以来生产效率较低。该企业为了进一步提高生产效率，需要在已有的生产线上进行改善，基于此，企业委托给计算机控制系统设计企业，要求设计一套完整的饮料自动化生产线，使得原料配比、装瓶、包装等一系列过程能够完全实现无人操作。在操作系统设计完成后，该企业在后续的一段时间生产中，不仅实现了饮料生产量的快速提升，而且还提高了自动化生产线的良品产出率，并获得一定的经济效益。
4.2 应用效果
在自动化生产线经过改善生产流程与控制流程后，由企业技术人员对自动化控制系统进行效益评估，进行理论评估后开始一段时间的实际生产。
在首期生产的六个月中，该企业累积生产5000万瓶饮料，为企业带来了1.8亿的经济收入，对比未设计安装控制系统前的产能，这六个月的实际产量达到以前18个月的实际生产量，即生产效率提升了3倍。原材料的准备时间也大大降低，院线材料准备需要20分钟，改进控制系统后，原材料转只需5分钟就能完成。
改善后的自动化生产线，其生产成本也实现了大幅度下降，除了人工费用的下降外，生产过程中因为各种意外造成的残次品也大大降低，设备的维修也没有以前平凡，引进该系统后，由于系统能自我调节异常生产情况，因此系统的综合故障率下降30%。
该系统还使得企业在人力上的花费大大降低，劳动力的需求也不像以前迫切，例如原材料配比原先至少需要10个人完成，改进操作系统后，只需1人就能完成，饮料后续的检查过程也从原有的12人下降到3人，这些人力的需求下降，不仅降低了成本，还提高了生产线的自动化程度，在企业人员流动较大的现实环境下，现有的自动化生产线有效解决了劳动力流失的问题，减少生产中人员操作失误产生的不确定性，进一步提高产品的生产效率与产品质量，为企业占据更大的市场份额。
5 结语
随着社会主义市场经济的快速发展，科学技术在不断更新，由现代计算机控制系统转变的企业生产模式，在提高产品产量、质量等方面做出了巨大的贡献，在未来，生产企业自动化技术必将成为工业发展的主流，而计算机控制系统也将与自动化生产线实现更紧密的连接，为企业带来更高的经济收益。
参考文献
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[2]孙福成.计算机控制技术在自动化生产线中应用研究[J].计算机光盘软件与应用，2015（01），159-161.
自动化生产线设计范文5
涟钢在1999年10月，90吨转炉工程破土动工兴建，于2000年底投产，它标志着涟钢跨入新的历史发展时期，这是涟钢老一代为涟钢发展创造了良好条件。从此新的生产工艺、新的生产技术、现代先进技术的设备在涟钢的炼铁、炼钢、轧钢等各生产流程中全面快速被采用，经新一代领导者各方工作，到2009年2250热轧线投产，可以说涟钢完成了向大型化、高速化、连续化与自动化的转换，进入了新的历史时期。 涟钢现有的热轧板(即CSP)生产线、2250热轧线、冷轧板及其镀板线、大型高炉、大型转炉，以及某些辅助生产线的装备，可以说都具有现代化设备的资质，就技术等级在国内属于一流的，在国际也可称得上先进水平。涟钢现有生产线的设备肯定的说在十五至二十年内不可能被淘汰，其硬件被更新的可能性也不大，这是现有先进技术装备的设备状况。 涟钢在上世纪80～90年代所推行的设备管理理论，即“设备综合工程学”的概念，该理论着重设备本身硬件的管理和硬件期的费用管理着重设备作业率、维修费用管理。上世纪80～90年代涟钢的设备状况是处于逐渐被淘汰的地位。当时设备管理的重点是预防设备故障、加强设备维修保养、提高设备作业率、降低消耗、降低维修费用等。管理人员对各项工作做出大量有效的业绩，为涟钢取得好的经济效益作出了一定的贡献。但由于许多设备将被淘汰，基层的设备管理工作人员对设备的基础管理工作积极性和主动性差一些。设备硬件的基础工作和设备信息的基础工作的管理按要求都有较大的差距。更谈不上基层设备管理人员具有要关注设备管理与本生产线的产品质量的密切相关的概念。 现以涟钢现阶段轧制设备生产线为例谈一谈现代化设备管理和产品质量关系的新理念。现阶段轧制设备生产线有CSP、2250热轧、冷轧板等，几条生产线都是现代化生产线，现代化生产线的生产过程其特点是生产过程由计算机控制，计算机控制作用是应用描述各类参数间的关系的数学模型，在不超过限制参量的前提下，通过控制调节参量，克服扰动量的影响，使得被参量达到目标值。 应用计算机控制过程的更高水平在于实现最佳运行。即以预定的目标出发，寻求一组最佳的生产条件，使过程在这组条件下运行。 能获取所追求的最好目标，生产运行过程参数调整都是由计算机程序控制。一个完整的计算机控制系统除了要设置可靠性高的检测元件、计算机与执行机构等硬设备外，还要具备能使计算机具有多种功能，并保证计算机能同生产过程联系在一起的软件部分。作为应用软件部分的数学模型，它把过程抽象化，使得计算机能够据此进行设定计算和控制。 因此，正确掌握过程的特性，建立质量高的数学模型，对于充分发挥控制系统的功能，实现最佳控制有着关键性的作用。生产过程由预定各类参数经计算机完全自动控制，在生产过程中不接受人工临时参数的信号，所以操作人员是无能为力的。 现代化生产线的自动控制系统中的各软件是相互联系的，而数学模型是整个控制系统的核心和关键。现代化工业生产线即工业自动化，它要应用“自动控制原理”的完整的理论，“自动控制原理”包括线性定常控制系统的基本理论、非线性系统理论、采样系统理论、线性系统理论、最优控制理论、状态估计与参数辩识等。自动控制系统可有多种方式组成，有开环控制、闭环控制，开环控制和闭环控制相结合的复合控制等方式。一般说来控制系统均由以下基本元件(或装置)组成:测量元件、放大元件、比较元件、执行机构、被控对象、校正装置。对控制系统的基本要求是控制系统在没有受到外作用时，总是处于一个稳定的平衡状态，系统的输出亦保持其原来状态不变。而当系统受到外作用时，其输出必将发生相应变化。由于系统中总是包含具有惯性或贮能特性的元件，因此输出量不能立即按希望的规律变化，而是有一个过渡过程。每一个控制系统在不同的外作用下，都会表现出各不相同的过渡过程特性。 它是衡量控制系统动态质量的重要标志。一旦过渡过程结束之后，系统就将进入新的稳定平衡状态。此时，在理想情况下输出量应完全复现输入信号。实际上，由于结构及非线性等因素，系统输出量只能以一定准确度复现输入信号，这就会在输出量与希望值之间出现误差，称之为稳态误差，它是衡量控制系统稳态控制精度的标志。“稳态误差”是衡量控制系统控制精度的重要指标也是重要要求。对自动控制系统还有“最优控制”、“自适应控制”等重要指标。这些都是应用计算机控制系统技术的科技人员的重要设计研究的课题。现代化工业生产线都少不了与产品有关的工艺技术、与计算机控制有关的自动控制技术、与组成生产线实体的机构装置技术等主要的三大技术。 涟钢有多种产品出售，但出售量最大的最主要的产品是通过轧制设备加工的产品，2250热轧线、热轧板(CSP)生产线、冷轧板生产线等都是属于由计算机控制的现代化生产线，在计算机自动控制系统中的各软件是相互联系的，而数学模型是整个控制系统的核心和关键。现以CSP生产线为例说明，作为构成轧制线实体的主要装置为七架高刚度四辊轧机，每架轧机都有20多个部件组成其中弯辊，窜辊系统(即CVC调整系统)，工作辊轴承座、支承辊平衡系统、轧机牌坊、止推装置、液压压下系统、支承辊锁紧装置等，生产线中层流冷却装置，卷取机系统，轧制工艺中的轧辊热凸度模型、轧辊磨损模型、轧辊弹性变形模型、带钢凸度计算模型、轧制压力模型等等，这些机构和模型均对产品的质量有直接影响。现有CSP生产线、冷轧板生产线时常出现的产品质量问题如CSP生产线的“板形”、“钢卷形”、“辊印”，冷轧板生产线的“辊印”、“压痕”、“浪形”、“振动纹”、“边厚”等产品质量问题，它们都与设备及其控制系统有直接关系。应用计算机控制过程的更高水平在于实现最佳运行。 即以预定的目标出发，寻求一组最佳的生产条件，使过程在这组条件下运行。能获取所追求的最好目标，生产运行过程参数调整都是由计算机程序控制。如何寻求到一组最佳的生产条件，使过程在这组条件下运行。这就是现代化工业生产线稳定地生产出合格产品的关键所在。寻求一组最佳的生产条件的过程也就是我们平常所说计算机控制系统的软件编制过程，这软件编制需要由对生产工艺了解透彻的技术人员、对设备机构特点了解透彻的技术人员、对自动控制原理了解透彻的技术人员组成的团队共同探讨、研究才能获得。对于某一产品的计算机控制系统的软件编制过程中以生产工艺技术人员为团队的领头人，各专业人员首先对该生产线的设备供应商所提供的自动控制系统软件了解、研究，充分认识其使用方法，在这个前提下，根据新提出要求的条件，从各自专业的技术要求提出各类参数值，各类参数值各专业之间来源于不同的条件如机械专业有机构刚度变化、安装精度、中间介质的变化、维修后零件加工精度的变化等，如与工艺有关的产品材质的变化、坯料的变化、产品规格的变化、加热温度的变化、轧辊凸度的变化等，如自动化专业有关的测量元件敏感性的变化。执行机构灵敏度的变化等，总之各专业中都有一些待估计的参数，一般有两类:静态参数(或参数)它与设备本身有关，不随时间而发生变化;动态参数(或环境参数)它随着时间、环境的变化而改变。这些参数的变化就要对数学模型中的参数进行实时修正计算，各专业之间以互相协商，逐渐逼进的方法确定参数值。唯有这种方法编制控制系统才能得到高精度的“稳态误差”的控制系统的稳态控制精度。这时的计算机控制系统就能保证运行的生产线生产出质量合格的产品。现代化生产线这种特点就有了现代化设备管理的新理念即生产线要加工出质量合格的产品决定于具有高稳定性、高精度的“稳态误差”的计算机控制系统的设备而不是生产线的操作人员!而高稳定性、高精度的“稳态误差”的计算机控制系统的获得则决定于计算机控制系统的软件编制的团队。#p#分页标题#e# 由于涟钢目前最主要三条轧制设备生产线其产量占企业产品出售量一半以上。因此涟钢就应该以现代化设备的设备管理的新理念思路考虑，从设备管理制度、组织机构、工作方法和工作内容等方面制定出相应的管理条例。本文就管理提出以下建议。 一是由有真才实学的生产工艺技术人员、机械设备技术人员、自动控制的技术人员组成的计算机控制系统的软件编制的团队。 该团队由生产工艺技术人员领头，主要承担两项任务:(a)对新开发的新品种产品生产过程的计算机控制系统的软件编制，保证生产出质量合格的新品种;(b)对CSP、冷轧板、2250这三条现代化生产线生产的产品质量出现的问题、采取技术措施消除产品质量存在的问题。 二是由有真才实学的生产工艺技术人员、机械设备技术人员、自动控制的技术人员组成的现代化生产线设备的检修团队。该团队由机械设备技术人员领头、这个团队负责CSP、冷轧板、2250这三条生产线的设备的大、中、小修保证每次检修后的设备控制系统的数学模型中与设备有关的静态参数、动态参数处于预想的最佳值，为生产过程实现有高稳定性、高精度的“稳态误差”的控制系统和计算机控制系统的软件编制，创造有利条件。这两个团队的人员、经验、技术、信息共享。这两个团队应由公司主管生产和设备的领导直接领导，因为这两个团队的工作好坏直接影响公司主要产品质量的合格率，直接影响新产品开发进展快慢，它直接影响企业经济效益和能否可持续稳定地发展的重大问题。 随着技术的发展和市场变化，用户对产品质量提出了比原来高得多的要求，经过对用户要求的分析，对我们装备技术的剖析，对现有技术控制的分析评价以及对已有实践过的先进技术的跟踪情况分析，如果认为原来的模型和控制系统不能适应新的需要，我们就要改造和完善相关的模型和控制系统，经过一段时间生产实践证实这些模型和控制系统能生产出满足用户所要求的良好质量的产品，能得到用户的好评，只有以良好的产品质量才能有资格参与国内外市场竞争。这些工作都要这两个团队来做。这是占有市场和扩大市场的重大问题。 三是涟钢现有的炼铁设备、炼钢设备、轧制设备、主要辅助生产线绝大多数设备在十五———二十年内这些设备均不会被淘汰，设备零件的重大的技术改造量也不大，在这样条件下设备主管部门应提出管好设备的长期管理制度和工作内客，建议抓以下工作: a．强化设备基础管理，建立全公司在线设备的零件清单，公司设备主管部门统一编制零件编码，要求在公司内相同的零件，做到零件编码的唯一性。各基层单位建立的在线设备的零件清单要经设备主管部门审查、确认后输入计算机。在这个条件下由设备主管部门组织有关人员研究、编制各生产线的备件清单和消耗件清单、消耗定额和储备定额。 请注意在线设备零件编码一定要做到唯一性，不要与ERP系统混在一起，否则就达不到唯一性。这是为降低设备维护费用重要的基础工作。 b．加强设备的检测，投产三年以上的设备，进行检测更显得必要，如设备中的结构件的刚度变化、液压件的密封性的变化、传动系统中传动件的蠕变发生、自动控制系统中测量元件敏感性变化、设备中的耐磨衬板、垫板磨损变化、各类辊子辊面硬度变化、辊面磨损变化等等。这检测团队检测工作区别于“设备状态监测”，“专业点检”，“精密点检”，虽然这检测团队可兼顾进行“设备状态监测”、“专业点检”、“精密点检”，但他们的主要任务，第一，要为计算机控制系统的软件编制中需要的有关数学模型提供相应的实际静态参数值、无负荷动态参数值、生产过程的动态参数值。第二，要对设备大、中、小修的维修质量进行检测，以计算机控制系统软件中所要求的各类有关参数的预想值进行测量，将测出的实际数值与预想值作比较，判定维修质量是否合格。第三，检测团队要编制检测相应的实际静态参数点、无负荷动态参数点、生产过程的动态参数点的项目清单、规定项目的检测周期、为了适应技术进步和用户对产品质量更高的要求，检测团队还要制定加强检测方法和检测手段的措施规划。 c．加强设备维修质量管理，制定维修质量检验标准，应以检测的与计算机控制系统的软件中的有关数学模型相应的实际的静态参数值和动态参数值都在预想值的范围内才算合格，要改变以是否发生设备故障为标准的考核办法。为此，要制定出维修后要检测的静态参数值和动态参数明细清单及其参数值指标范围。以此来判断维修质量是否合格。 d．狠抓特殊材料制造的设备零件管理，这类零件中有备品件、有消耗件，这些零件价格都比较昂贵。公司机动部要制定这类备品件和消耗件的修复管理办法，报废审定制度。 e．公司应就进口设备的国产化工作进度向机动部下达进度指标。机动部制定实施计划，公司应制定国产化实现率奖励制度。上面最后两项工作对企业的产品质量和经济效益都有直接影响，是机动部的重要工作之一。 四是在近二三年应举办2～3期现代化设备管理研讨班。 a．研讨设备管理内容和管理方法，根据实践经验讨论、修定现有的设备管理制度。 b．认真研究大型化、连续化、高速化设备的机构、液压、驱动系统等技术特点、结构特点，深入了解机构构造、液压驱动、传动件等运动状况对产品质量的影响。 c．研究有关国家的技术标准，由于我们的设备有从德国、日本等国进口，所以要了解，国际标准(ISO)、德国标准(DIN)、日本标准(JIS)等各国标准的设计、机械加工、中间介质、热处理、铸造、锻造制造、材料等标准的规定，并与我们国家标准比较，查对通用性、差异性，对有差异的进行研究提出互相替代的可行性。
自动化生产线设计范文6
Abstract: According to the characteristics of the steel automatic production line and enterprise integration model,a three-tier structure model for information management of the automatic production line was proposed. The information flow of the automatic production line was analyzed,and an information integration model based on the special monitor and management devices for automatic production lines was proposed,where the task information,production information and device information will be integrated organically,therefore the enterprise can improve the accuracy and flexibility of the production line’s dynamic scheduling. The application on a certain hot-rolled steel production line has demonstrated its effectiveness.
关键词: 钢铁企业;自动化生产线;信息集成 ;专用监控管理装置
Key words: steel enterprise;automatic production line;information integration;special monitor and management device
中图分类号:TP391 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)07-0141-02
0引言
钢铁自动化生产线具有连续化、高速化、大型化和智能化等特点,生产线的上各工序联系紧密,所以实际生产过程中的某些不可预测性因素。有效解决这一问题的方法就是对生产过程产生的信息进行系统共享、跟踪与监控[1-2]。在高速、连续的钢铁自动化生产线上,只有各种功能有机地集成在一起才可能共享信息,才能在较短的时间里根据实时生产情况完成生产调度,能够在正确的时间将正确的信息传递给正确的人或应用系统[3]。本文根据钢铁自动化生产线的特点,建立自动化生产线的三层信息管理的结构模型。通过三层结构模型,分析了自动化生产线的信息流,建立基于专用监控管理装置的自动化生产线信息集成模型,为自动化生产线的动态调度的提供依据,增加经济效益。
1自动化生产线信息管理的结构模型
针对钢铁自动化生产线的特点,参照美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)于1993年提出的制造企业三层集成模型,笔者提出基于机械制造企业生产特点的信息管理结构的纵向三层模型,如图1所示。
1.1 管理层:主要是ERP、PDM、供应链管理(SCM)等系统。它的主要功能有:向下层发送工厂的生产任务(包括任务要求、物料需求、工艺规程等);整理下层传送过来的生产线上的实时信息(包括设备状态信息、设备故障信息、生产状态信息、各工序质量信息、任务完成状态信息等),并做出有效、迅速的响应,根据实时信息对生产进行准确的调整,保证生产活动的高效、安全、稳定进行。
1.2 执行层:位于执行层的信息系统强调计划的执行和设备之间的信息交互。依据管理层下达的生产计划和指令,专用监控管理装置根据设备实时性能设定生产参数,控制产品的生产过程及其相关的操作。
1.3 控制层:位于信息结构模型的底层,主要负责信息的采集和设备的控制。通过现场总线直接与现场监控设备(如传感器、变频器等)相连,对生产过程和设备进行实时监控,并对实时生产数据进行采集,由执行层传递给管理层。该层各种控制系统如可编程控制(PLC)、数据采集监视控制系统(SCADA)等实现设备的自动控制,以保证生产出合格产品并采集实时生产数据。
2自动化生产线信息流
由自动化生产线信息管理的结构树可知,执行层是连接生产任务和底层设备的枢纽,通过执行层可以将管理层的生产任务和工艺规程等生产信息下发到设备层进行生产,同时可以将底下控制层的生产状态信息实时反馈到生产管理层面,使得相应的信息传递到需要的人。所以,在信息处理方面,要求实时在线采集大量的生产过程数据、工艺质量数据、设备状态数据等,要及时处理大量的动态数据,保存许多历史数据,分析过程变量的趋势,并以图表、图形的形式予以显示[3]。因此,清晰的自动化生产线信息组成结构对其信息的集成具有重要作用。根据自动化生产线信息管理的结构树,自动化生产线上的信息主要可以分为三类:生产任务信息、设备状态信息和生产工艺信息,其信息结构树如图2所示。
生产任务信息的监控主要作用是生产管理层对给生产线执行层下发工作任务要求,在生产过程过中的实时完成情况,及资源使用情况和生产过程管理情况等的了解,以便对在突发事件后的后续计划的正确调整提供依据。设备状态信息的监控主要功能是对设备的在线监测,主要应用在生产过程,通过实时、准确、全面地对设备工作状态进行监测、分析和诊断,保障生产活动的正常运行,有助于实现设备的预知维修,从而能够科学、有效地制定维修计划,避免重大事故的发生,节约生产成本,提高生产效率。
生产工艺信息的监控主要作用是对在生产过程中,由于生产线运行产生的二次效应参数和产品质量状态信息进行监控和管理,对生产过程产生的产品缺陷进行及时纠正,以保证产品质量。
由以上信息结构树可知,工程数据库主要是体现生产过程状态的一些实时数据。根据自动化生产线信息结构树和生产过程中的信息交换的需要,设计自动化生产线信息集成流程图,如图3所示。
由图3可知,在自动化生产线执行层中,专用监控管理装置起着连接上层信息和下层信息的纽带作用。一方面,接收来自MRPⅡ/ERP系统的生产计划、库存信息,以及工艺技术资料等,根据生产线的能力状态制定生产作业计划,并把生产指令、控制参数下达给底层控制系统;另一方面,系统接收底层传递来的任务完成状态、设备状态和在制品状态等实时信息,经过一定的汇总处理后,把生产任务完成情况、在制品(WIP)信息和质量成本信息等传递给MRPⅡ/ERP系统。例如在热轧生产线的信息交互过程中,专用监控管理装置[4]的功能主要包括:①生产线监视功能;②工艺信息查询管理;③故障提示及故障查询功能;④现场显示功能;⑤生产线自动控制。采用PLC分布控制方式,将系统划分为多个控制区,通过通讯而完成集中控制、智能编组和同步控制功能。
3自动化生产线信息集成方案研究
自动化生产线上由各种不同的设备组成,不同的设备使用不同的操作系统,这就造成了信息的异构性。要实现图3的信息交互就需要生产线上的信息集成。所谓集成就是通过接口实现不同功能系统之间的数据交换和功能互连,形成一个协同的整体,从而实现更强的功能;从应用系统的角度看,信息集成的本质是如何在异构的信息系统间传输信息和转化信息[3,5]。如图1自动化生产线信息管理纵向结构模型所示,专用监控管理装置与生产线中的基于网络的企业监控管理平台相连,通过嵌入式的专有应用软件实现企业内生产计划下发、工作数据上传、音视频和文字信息传递,以及对生产现场中各输送、存储设备和升降机、切割机等设备的状态实时状态监控。各种设备异构信息系统之间的信息传输和转化,也是通过专用监控管理装置来实现,该设备的自动化生产线上的信息都将通过其对应的信息终端进行该设备的信息集成,并且该装置会存储相邻的专用监控管理装置的信息目录[6]。当需要信息交互时,根据信息目录通过以太网,利用对等网络技术,定时或者触发式的发送或接收相关的信息到达对应需求的专用监控管理装置。上层管理系统通过对等网络[6]直接向各个专用监控管理装置下发生产任务、技术要求、工艺要求等。对于客户要求的工艺变更或再生产加工要求的工艺变更,管理层可以直接根据工艺要求向相应的专用监控管理装置发送变更工艺要求信息,由专用监控管理装置自主制定工艺规程、工艺参数等信息的变更。监控管理装置也可以把自己的工作数据和监视数据通过专有应用软件传到指定的企业监控管理平台数据库中;并且利用专有应用软件还可以实现监控管理装置之间进行音频、视频、文字或者三者之间组合的信息交互和传递[4]。
在同一自动化生产线上,当其中一个监控管理装置监测到生产状态的异常信息时,该装置会根据预先嵌入的相关软件的设定,将最佳的修正信息发送到设定的各个相关的监控管理装置。
4应用案例
在自动化生产线上,监控中心的监控管理平台数据库中保存有每个监控管理装置在某段时间内的工作任务。当联网后,监控管理平台可以通过局域网来实现工作任务或管理数据自动下发到指定的信息终端,而监控管理装置也可以把自己的工作数据或管理数据通过以上途径上传到指定的监控管理平台数据库中。监控管理装置可以对生产过程中的任务信息、生产信息和设备信息等进行较为全面的监控,在此本文仅重点列出了热轧粗轧机传动轴的在线实时监控。
轧机传动轴作为轧机的重要关键部件,其断裂或破坏等故障直接影响了生产的进行,造成的损失巨大。轧机传动轴发生破坏的原因较多,用一般的负荷和强度设计计算往往难以解释;研究表明,这类破坏大多与传动轴扭振有关[7]。图5为系统对某热轧厂生产线粗轧R1、R2机组传动轴扭矩的监测。监控管理装置通过信号采集与控制模块(SCADA)对R1、R2主传动系统扭矩和R1、R2主电机转速及电流、轧制力P,这四个对象进行实时信号同步监测。扭矩测点布置在上、下万向接轴上,如图5所示。
执行层的信号采集与控制模块(SCADA)对扭矩、电机转速、电流、轧制力这四个实时信号进入采集,经过处理后通过网线传输到管理层的远程监测与诊断服务器上。远程监测与诊断服务器则可放置到粗轧机的控制室内。将得出的实时监测到的轧机扭矩波形,与传统的轧机扭矩测量系统相比,对异常状况进行报警和预设提示处理。管理层对异常状况的动态处理方案下达到执行层对应的监控管理装置,由监控管理装置通过现场总线向控制层传达操作指令,进行工艺量调整等操作。
5结语
自动化生产线的信息集成是实现生产动态调度的关键之一。本文通过自动化生产线的三层信息管理的结构模型,分析了自动化生产线的信息流,建立基于专用装置的自动化生产线信息集成模型,将自动化生产线的信息有机集成起来,实现自动化生产线上信息流和控制流的传递,有助于对生产状态和设备工作状态进行实时、准确地监测、分析和控制,避免生产事故,提高生产效益。
参考文献:
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