自動化生產線實訓報告學 院： 職業技術學院 專業班級： 過控1031班 姓 名： 尤濤 指導教師： 牟淑杰 穆瑋 2012年 12 月 前 言 自動化生產線實訓系統是專為提高學生動手能力和實踐技能而設計、生產的一套實用性實訓設備。該系統囊括了電氣自動化等專業學習中所涉及的諸如機械傳動、電機驅動、氣電動控制、氣動控制、PLC控制、傳感器等多種技術,給學生提供了一個典型的把所學專業知識加以綜合應用的操作和實現平臺,使學生能夠全面掌握和加深理解學過的知識,提高動手能力,以達到利用所學專業知識解決實際問題的教學培養目標。本文通過采用了MITSUBISHI公司的CC-LINK現場總線控制系統，選用了MITSUBISHI的Q系列PLC作主站、FX-2n系列作從站，配備了相應的編程軟件和監控軟件。控制系統中包括8個從站點：上料單元、送料單元、加蓋單元、穿銷單元、模擬單元（溫度控制系統）、檢測單元、分檢單元（氣動機械手）、疊層立體倉庫。通過對控制系統中的檢測單元的學習，掌握了對其的操作要求，通過所學習的組態軟件和PLC可編程軟件，能夠編寫出正確的、適合該站點的程序。目 錄前 言1目 錄21 MCGS簡介41.1MCGS的定義51.2MCGS組態軟件的版本51.2.1MCGS6.2網絡版5 1.2.2MCGS6.2通用版5 1.2.3MCGS6.2嵌入版72自動化生長線的簡介112.1生產線技術的由來122.2種類132.3生產線平衡142.3.1專業術語的定義142.3.2生產線平衡意義152.3.3生產線平衡的改善方法152.4相關產品162.4.1技術參數162.4.2自動化162.4.3發展趨勢17 2.4.4柔性生產線特點173 模擬單元183.1實驗基本知識介紹193.3模擬單元硬件名稱及型號203.4檢測單元硬件線路連接原理圖213.5系統連接的I/O分配情況213.6編程要求223.7 PLC梯形圖23總 結24參考文獻25 1 MCGS簡介1.1MCGS的定義MCGS(Monitor and Control Generated System，監視與控制通用系統)是北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司研發的一套基于Windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監控系統的組態軟件系統，主要完成現場數據的采集與監測、前端數據的處理與控制，可運行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/等操作系統。 1.2MCGS組態軟件的版本 MCGS組態軟件的版本分別是網絡版、通用版、嵌入版。具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點。通過與其他相關的硬件設備結合，可以快速、方便的開發各種用于現場采集、數據處理和控制的設備。用戶只需要通過簡單的模塊化組態就可構造自己的應用系統，如可以靈活組態各種智能儀表、數據采集模塊，無紙記錄儀、無人值守的現場采集站、人機界面等專用設備。 1.2.1MCGS6.2網絡版良好的結構：先進的C/S（客戶端/服務器）結構 簡單的操作：客戶端只需要使用標準的IE瀏覽器就可以實現對服務器的瀏覽和控制良好性價比：整個網絡系統只需一套網絡版軟件（包括通用版所有功能），客戶端不需裝MCGS的任何軟 件，即可完成整個網絡監控系統 方便的使用：MCGS網絡版服務器不要安裝其他任何輔助軟件，客戶操作起來得心應手 強大的功能：MCGS網絡版提供的網絡ActiveX控件，可以方便的在其他各種應用程序中直接調用 方便的升級：MCGS嵌入版、通用版、網絡版可以無縫連接，節省大量的開發和調試時間 多種網絡形式：MCGS網絡版支持局域網、廣域網、企業專線和Modem撥號等多種連接方式，方便的實現企業的范圍和距離的擴充 1.2.2MCGS6.2通用版MCGS6.2通用版是北京昆侖通態數十位軟件開發精英，歷時整整一年時間，辛勤耕耘的結晶，MCGS6.2通用版無論在界面的友好性、內部功能的強大性、系統的可擴充性、用戶的使用性以及設計理念上都有一個質的飛躍，是國內組態軟件行業劃時代的產品，必將帶領國內的組態軟件上一個新的臺階。 功能特點 全中文可視化組態軟件，簡潔、大方，使用方便靈活 完善的中文在線幫助系統和多媒體教程 真正的32位程序，支持多任務、多線程，運行于Win95/98/NT/2000平臺 提供近百種繪圖工具和基本圖符，快速構造圖形界面 支持數據采集板卡、智能模塊、智能儀表、PLC、變頻器、網絡設備等700多種國內外眾多常用設備 支持溫控曲線、計劃曲線、實時曲線、歷史曲線、XY曲線等多種工控曲線 支持ODBC接口，可與SQL Server、Oracle、Access等關系型數據庫互聯 支持OPC接口、DDE接口和OLE技術，可方便的與其他各種程序和設備互聯 提供漸進色、旋轉動畫、透明位圖、流動塊等多種動畫方式，可以達到良好的動畫效果 上千個精美的圖庫元件，保證快速的構建精美的動畫效果 功能強大的網絡數據同步、網絡數據庫同步構建，保證多個系統完美結合 完善的網絡體系結構，可以支持最新流行的各種通訊方式，包括電話通訊網，寬帶通訊網，ISDN通訊網，GPRS通訊網和無線通訊網 支持設備 采集板： 康拓、研華、中泰、研祥、同維、華控、艾迅、華遠、科日新、雙諾 PLC： 富士、三菱、松下、GE、LG、AB、莫迪康、歐姆龍、西門子、臺達、和利時 智能儀表： 昆侖天辰、浙大中控、日本島電、廈門宇光、香港虹潤、香港上潤、霍尼韋爾、歐姆龍、歐陸、東輝大 延、橫河、天瑞麟、亞特克、英華達 智能模塊： 昆侖海岸、研華、磐儀、威達、研祥、中泰、華控小麻雀、牛頓、研發 稱重儀表： 托利多、志美CB920 變頻器： 倫茨、西門子、AB、華為、臺達 1.2.3MCGS嵌入版 MCGS嵌入版是在MCGS通用版的基礎上開發的，專門應用于嵌入式計算機監控系統的組態軟件，MCGS嵌入版包括組態環境和運行環境兩部分，它的組態環境能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，運行環境則是在實時多任務嵌入式操作系統Windows中運行。適應于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性能有嚴格要求的專用計算機系統。2自動化生長線的簡介2.1生產線技術的由來從前在英格蘭北部的一個小鎮里，有一個名叫艾薇的人開的魚和油煎土豆片商店。在店里面，每位顧 圖2.1生產線-上海東嶼機械提供客需要排隊才能點他（她）要的食物（比如油炸鱈魚，油煎土豆片，豌豆糊，和一杯茶）。然后每個顧客等著盤子裝滿后坐下來進餐。 艾薇店里的油煎土豆片是小鎮中最好的，在每個集市日中午的時候，長長的隊伍都會排出商店。所以當隔壁的木器店關門的時候，艾薇就把它租了. 他們沒辦法再另外增加服務臺了；艾薇的鱈魚和伯特的油煎土豆片是店里面的主要賣點。但是后來他們想出了一個聰明的辦法。他們把柜臺加長，艾薇，伯特，狄俄尼索斯和瑪麗站成一排。顧客進來的時候，艾薇先給他們一個盛著魚的盤子，然后伯特給加上油煎土豆片，狄俄尼索斯再給盛上豌豆糊，最后瑪麗倒茶并收錢。顧客們不停的走動；當一個顧客拿到豌豆糊的同時，他后面的已經拿到了油煎土豆片，再后面的一個已經拿到了魚。一些窮苦的村民不吃豌豆糊-但這沒關系，這些顧客也能從狄俄尼索斯那里得個笑臉。 這樣一來隊伍變短了，不久以后，他們買下了對面的商店又增加了更多的餐位。這就是流水線。將那些具有重復性的工作分割成幾個串行部分，使得工作能在工人們中間移動，每個熟練工人只需要依次的將他的那部分工作做好就可以了。雖然每個顧客等待服務的總時間沒變，但是卻有四個顧客能同時接受服務，這樣在集市日的午餐時段里能夠照顧過來的顧客數增加了三倍。 生產線是產品生產過程所經過的路線，即從原料進入生產現場開始，經過加工、運送、裝配、檢驗等一系列生產活動所構成的路線。狹義的生產線是按對象原則組織起來的，完成產品工藝過程的一種生產組織形式，即按產品專業化原則，配備生產某種產品（零、部件）所需要的各種設備和各工種的工人，負責完成某種產品（零、部件）的全部制造工作，對相同的勞動對象進行不同工藝的加工。 生產線的種類，按范圍大小分為產品生產線和零部件生產線，按節奏快慢分為流水生產線和非流水生產線，按自動化程度，分為自動化生產線和非自動化生產線。 生產線的主要產品或多數產品的工藝路線和工序勞動量比例，決定了一條生產線上擁有為完成某幾種產品的加工任務所必需的機器設備，機器設備的排列和工作地的布置等。生產線具有較大的靈活性，能適應多品種生產的需要；在不能采用流水生產的條件下，組織生產線是一種比較先進的生產組織形式；在產品品種規格較為復雜，零部件數目較多，每種產品產量不多，機器設備不足的企業里，采用生產線能取得良好的經濟效益。 2.2種類圖 2.2生產線實圖生產線的種類，按范圍大小分為產品生產線和零部件生產線，按節奏快慢分為流水生產線和非流水生產線，按自動化程度，分為自動化生產線和非自動化生產線。 生產線的主要產品或多數產品的工藝路線和工序勞動量比例，決定了一條生產線上擁有為完成某幾種產品的加工任務所必需的機器設備，機器設備的排列和工作地的布置等。生產線具有較大的靈活性，能適應多品種生產的需要；在不能采用流水生產的條件下，組織生產線是一種比較先進的生產組織形式；在產品品種規格較為復雜，零部件數目較多，每種產品產量不多，機器設備不足的企業里，采用生產線能取得良好的經濟效益。 2.3生產線平衡生產線平衡主要包括生產線平衡的相關定義、生產線平衡的意義、工藝平衡率的計算、生產線平衡的改善原則和方法。 2.3.1專業術語的定義流程的“節拍 ”（Cycle time）是指連續完成相同的兩個產品（或兩次服務，或兩批產品）之間的間隔時間。換句話說，即指完成一個產品所需的平均時間。節拍通常只是用于定義一個流程中某一具體工序或環節的單位產出時間。如果產品必須是成批制作的，則節拍指兩批產品之間的間隔時間。在流程設計中，如果預先給定了一個流程每天（或其它單位時間段）必須的產出，首先需要考慮的是流程的節拍。 而通常把一個流程中生產節拍最慢的環節叫做“瓶頸“（Bottleneck）。流程中存在的瓶頸不僅限制了一個流程的產出速度，而且影響了其它環節生產能力的發揮。更廣義地講，所謂瓶頸是指整個流程中制約產出的各種因素。例如，在有些情況下，可能利用的人力不足、原材料不能及時到位、某環節設備發生故障、信息流阻滯等，都有可能成為瓶頸。正如“瓶頸”的字面含義，一個瓶子瓶口大小決定著液體從中流出的速度，生產運作流程中的瓶頸則制約著整個流程的產出速度。瓶頸還有可能“漂移”，取決于在特定時間段內生產的產品或使用的人力和設備。因此在流程設計中和日后的日常生產運作中都需要引起足夠的重視。 與節拍和瓶頸相關聯的另一個概念是流程中的“空閑時間”（idle time）。空閑時間是指工作時間內沒有執行有效工作任務的那段時間，可以指設備或人的時間。當一個流程中各個工序的節拍不一致時，瓶頸工序以外的其它工序就會產生空閑時間。制造業的生產線多半是在進行了細分之后的多工序流水化連續作業生產線，此時由于分工作業，簡化了作業難度，使作業熟練度容易提高，從而提高了作業效率。然而經過了這樣的作業細分化之后，各工序的作業時間在理論上，現實上都不能完全相同，這就勢必存在工序間節拍不一致出現瓶頸的現象。除了造成的無謂的工時損失外，還造成大量的工序堆積即存滯品發生，嚴重的還會造成生產的中止。為了解決以上問題就必須對各工序的作業時間平均化，同時對作業進行標準化，以使生產線能順暢活動。 “生產線工藝平衡”即是對生產的全部工序進行平均化，調整各作業負荷，以使各作業時間盡可能相近。是生產流程設計與作業標準化必須考慮的最重要的問題。生產線工藝平衡的目的是通過平衡生產線使用現場更加容易理解“一個流”的必要性及“小單元生產”（Cell production）的編制方法，它是一切新理論新方法的基礎。 2.3.2生產線平衡意義1.提高作業員及設備工裝的工作效率； 2.單件產品的工時消耗，降低成本（等同于提高人均產量） 3.減少工序的在制品，真正實現“一個流”； 4.在平衡的生產線基礎上實現單元生產，提高生產應變能力，對應市場變化，實現柔性生產系統； 5.通過平衡生產線可以綜合應用到程序分析、動作分析、規劃（Layout）分析、搬運分析、時間分析等全部IE手法，提高全員綜合素質。 2.3.3工藝平衡率的計算要衡量工藝總平衡狀態的好壞，我們必須設定一個定量值來表示，即生產線平衡率或平衡損失率，以百分率表示。 首先，要明確一點，雖然各工序的工序時間長短不同，但如前所述，決定生產線的作業周期的工序時間只有一個，即最長工序時間Pitch time，也就是說Pitch time等于節拍（cycle time）。另外一種計算方法同樣可以得到cycle time，即由每小時平均產量，求得一個產品的CT（Q，每小時產量）。 1.生產線的平衡計算公式 平衡率=（各工序時間總和/（工位數*CT）*100=（ti/（工位數*CT）*100 2.生產線的平衡損失率計算公式 平衡損失率=1-平衡率 ; 2.3.4生產線平衡的改善方法平衡率改善的基本原則是通過調整工序的作業內容來使各工序作業時間接近或減少這一偏差。實施時可遵循以下方法： 1.首先應考慮對瓶頸工序進行作業改善，作業改善的方法，可參照程序分析的改善方法及動作分析、工裝自動化等IE方法與手段； 2.將瓶頸工序的作業內容分擔給其它工序； 3.增加各作業員，只要平衡率提高了，人均產量就等于提高了，單位產品成本也隨之下降； 4.合并相關工序，重新排布生產工序，相對來講在作業內容較多的情況下容易拉平衡； 5.分解作業時間較短的工序，把該工序安排到其它工序當中去。生產線平衡指南主要包括生產線平衡的相關定義、生產線平衡的意義、工藝平衡率的計算、生產線平衡的改善原則和方法。 2.4相關產品 圖2.3相關產品 PVC (PE) 多孔管因其截面成梅花狀，這個其實也是塑料機械的一種。因此又稱梅花管或蜂窩管。因其獨特的多孔連體結構，具有較強的耐沖擊性、抗壓性、高韌性，且實現線管屏障隔離等特性，還具有施工簡單、穿纜快、施工環境適應性強、降低工程投資等特點。現已廣泛應用于電信、電力及廣電部門電纜、光纜鋪設等多種領域。 2.4.1技術參數表2.1技術指標 型號JG-DKG55/110JG-DKG90適用原料 PVCPE擠出機 55/110錐形雙螺桿90/28管徑規格mm5孔、七孔5孔、7孔裝機容量（約）kw7668平均耗能 kw5040外形尺寸（長寬高）（約）m202.22.11822總重量 （約）T76 2.4.2自動化生產線的自動化有以下步驟： 1先確定節拍時間：不論何種制品，皆在其必須完成的恰好時間內制造。 2單位流程：只針對一項產品，進行單位配件的搬運、裝配、加工及素材的領取。 3先導器：制作以目視即能了解節拍時間的裝置。 4U字型生產線：將設備依工程順序逆時針排列，并由一人負責出口及入口。 5AB控制：只有當后工程無產品，而前工程有產品的情形，才進行工程。 6燈號：傳達生產線流程中產品異狀的裝置。 7后工程領取：生產線的產品要因應后工程的需求。 2.4.3發展趨勢繼續向大型化發展。大型化包括大輸送能力、大單機長度和大輸送傾角等幾個方面。水力輸送裝置的長度已達 440公里以上。帶式輸送機的單機長度已近15公里，并已出現由若干臺組成聯系甲乙兩地的帶式輸送道。不少國家正在探索長距離、大運量連續輸送物料的更完善的輸送機結構。 擴大輸送機的使用范圍。發展能在高溫、低溫條件下、有腐蝕性、放射性、易燃性物質的環境中工作的，以及能輸送熾熱、易爆、易結團、粘性的物料的輸送機。 使輸送機的構造滿足物料搬運系統自動化控制對單機提出的要求。如郵局所用的自動分揀包裹的小車式輸送機應能滿足分揀動作的要求等。 降低能量消耗以節約能源，已成為輸送技術領域內科研工作的一個重要方面。已將1噸物料輸送1公里所消耗的能量作為輸送機選型的重要指標之一。 減少各種輸送機在作業時所產生的粉塵、噪聲和排放的廢氣。 2.4.4柔性生產線特點柔性生產線1主要是為了適應當今市場訂單的多品種、小批量，生產換線頻繁，柔性生產線的靈活性，積木式組合結構，能在最短的時間內適應產品變型過程，讓生產及時恢復。產品廣泛應用在汽車工業、電子制造業、通訊產業、生物工程、制藥業、軍工業、各種化工、精密五金等多樣化的生產環節。 模組化：線棒產品可隨意拼裝、連接、積木式組合結構，方便重組柔性:結構簡單，拆裝方便能發揮個人創意，絕對能滿足現代企業常品多樣化制造。 簡單化：工作臺的使用空間小，庫存的力很大，對接單量的中小企業有很大的幫助。 人力化：柔性工作臺的能讓幾個人的工位為一個人做好，完成的時間更快。 環保型：加工過程省掉打磨、焊接、表面處理，而且每個都可以循環再利用，杜絕浪費面板可選木板，（PVC板，表面可選防靜電膠皮。防靜電防火板，不銹鋼等）或滑軌式工裝板。 3 檢測單元連續生產線示意圖如圖1所示。疊層立體倉庫站點8分檢單元站點7檢測單元站點6模擬單元站點5穿銷單元站點4加蓋單元站點3廢品道備料單元站點1下料單元站點2圖1 連續生產線示意圖由上邊的工藝過程知，整條生產線共有8個站點，站點1、2、3、4主要完成順序邏輯控制，站點5實現對溫度的調節，站點7為氣動機械手的控制，站點8則實現光電編碼的檢測和步進電機的控制。每個站點都獨立地完成一套動作，彼此又有一定的關聯。3.1實驗基本知識介紹現場總線是連接控制系統中現場裝置的雙向數字通訊網絡。10Mbps5Mbps2.5Mbps625Kbps156Kbps100 m150m 200m600m 1200m通訊速度總距離 特點： 具有較高的通信速度:當需要告訴應答時，它可以支持傳感器輸入及容許智能化設備進行大量數據的傳送。還可以根據系統適用的最佳的通訊速度和距離。可以進行分散的PC控制的循環傳送：可以在主控PC 與本地PC之間進行n：n的循環傳送，建議的構成分散的PC 系統。輸入點數 2048點字數據的點數 512點（字）完善的RAS功能：具備自動在線恢復功能、待機主控功能、切斷從站功能、確認鏈接狀態功能及測試和診斷功能，可以構成具有高度可靠性的網絡。3.2實驗內容1、 檢查多種傳感器與FX2N的接線。 托盤到位傳感器（電感式）材質檢測（電感式）標簽檢測（色差式）銷子檢測（電容式）上蓋檢測（光電式）2、 根據傳感器的檢測順序與合格、不合格的分辨條件。3.3檢測單元硬件名稱及型號表3.2系統中主要硬件設備的名稱及型號序號名稱型號數量產地1電感式接近開關LZ-EI03151龍洲2電容式接近開關BC5-S18-AP5X1圖爾克3電感式接近開關NI15-M30-AP6X-H11511圖爾克5色彩標志檢測器R55ECW11圖爾克5光電開關S18 SP6D-556931圖爾克6直流減速電機70ZYNJ 55r/min1無錫紅湖7直流電磁鐵MQ505 25VDC1常州8指示燈AD16-22B1上海二工3.4檢測單元硬件線路連接原理圖圖3.1檢測單元硬件線路連接原理圖3.5系統連接的I/O分配情況要實現使用PLC對檢測單元運行過程的控制，首先要進行基本的輸入輸出口定義的設置，然后進行FX2N軟件程序的編制。形式序號名稱地址備注輸入1托盤檢測6X0002上蓋檢測6X0013材質檢測6X0025色差檢測6X0035銷釘檢測6X0056手動/自動按鈕6X0267啟動按鈕6X0258停止按鈕6X0259急停按鈕6X027輸出1直流電磁吸鐵6Y0002傳送電機6Y0013工作指示燈6Y0023.6編程要求1、 當托盤帶工件進入本站后，進行2秒延時。2、 延時過程中檢測托盤上的工件情況，此時檢測工件的主體，工件是否有上蓋，是否貼標簽，（貼標簽為合格產品，無標簽則為廢品，將進入廢品回收單元）。是否穿銷釘，若穿銷釘，分析銷釘的材質為金屬還是非金屬，置相應的標志位，以便在分檢和料倉中做判斷標志使用。3、 2秒后，檢測完畢止動氣缸放行，工件進入下一站，同時在進行2秒延時。4、 2秒后止動氣