自动化生产线的设计

自动化生产线的设计

自动化生产线的设计 篇1

【摘 要】本文以通过自动化设计的实践过程对自动化设计做以简述，叙述了自动化设计的大致设计过程，设计过程中需要准备、注意的事项。

【关键词】自动化;装配线;设计

0.前言

近些年随着我国公民生活水平的不断提高，人们的消费水平也在不断提高，这也增长了人们对汽车、家电等工业制成品的需求。而同样经济危机也同样在影响着人们的消费行为，促使现代工业改变传统的粗放型生产模式，而取代的则是自动化高效率的精益生产方式。现代的自动化生产方式不但提高了生产效率，也节约了人力成本，改善了劳动条件。现代精益生产、工业机器人以及电子控制技术的高端结合也促使了自动化控制技术更好的工业生产中展开。本文则通过实例简要介绍自动化生产线的设计过程，并对设计过程中可能产生的问题进行举例，分析，解决。

自动化生产线多以全自动、半自动的形式体现，半自动化生产线会将一部分机器难以胜任或从成本上考虑并不经济的的操作由人工代替。以下对自动化生产线设计做以简要描述。

1.熟悉产品的生产工艺

熟知产品生产工艺才能更好的依据产品的特点、特殊性来设计生产线，同时生产工艺也是一个产品装配过程的完整体现，通常生产工艺会对产品生产过程中的每一步进行详细要求，说明，并规定相应的合格标准。因此熟知产品的生产工艺是设计前必做的准备。生产工艺多以工艺指导书的形式体现。

2.自动化生产线节拍分析

明确产品的生产节拍，并对生产线各工位进行节拍分析。产品的生产节拍决定产品的产量，生产线的效率是指生产线单位时间内生产出成品或半成品的时间，它是一个生产线验收合格的重要指标。需要对各个工位进行节拍分析，整合小节拍工位，消除瓶颈工位，减少不必要的操作。生产节拍是由工艺操作时间和辅助作业时间二者组成，首先要计算生产线的平衡率，公式为：

线体平衡率=(所有工序节拍之和×100%)/(瓶颈工序节拍×人员)

=(65+24+58+51.5+58.3+52.3+39.6+62+64.6+66.1)/10/66.1

=81.9%

其次确定生产线节拍，因为自动化装配生产线中节拍最长的工位限制其他工位的运行，因此一个生产线的生产节拍就是运行时间最长的工位节拍。设计过程中需要考虑最长节拍工位能否缩短运行时间，减少节拍瓶颈，尽量使各个工位的运行节拍保持均衡。

3.确定产品的设计方案

通过多个方案对比，寻找最优方案，要求方案简单易用，易于实现，尽可能少的人工操作，并在满足所有功能工况的前提下考虑成本、效率。确定方案后进行生产线的三维模型设计，绘制二维工程图。

(1)根据产品的结构形式来确定生产线的传送方式及零部件的上下料方式。常用的主要有倍速链输送，皮带输送，转盘输送，滚轮输送，振动盘供料，机械手供料等;其次需要确定产品的分隔与换向，通常在工位上需要安装或检测零件时，对产品进行分隔且脱离传送并进行精确定位，以实现在没有其他外力干扰的情况下对产品进行装配、加工、检测。而产品的换向分为X、Y、Z三个自由度方向的变换，可通过转向气缸、分度盘、凸轮分度器及特定机械工装来实现旋转功能。分隔过程中由于各工位节拍不一致，会有等待现象，如果等待过长需要设计暂时存料的料垛。

(2)对于涉及到多个型号产品的自动化装备线需要考虑增加快换工装，对于日后更新新产品来说不仅可以节省生产成本，还可以快速反应产品的需求，以减少库存，降低累积成本。快换工装通过定位销及销套来实现精准定位。

(3)绘制气动原理图，确定各工位的举升、夹紧、直线运动、转动等方案后，需要依工作站的运行方式绘制气动原理图，对于举升等受重力因素影响或在紧急停电停气的情况下禁止工装运动的场合需要在气动元件进出气口增加气控单向阀，同样阀片需要选择三位五通中空阀，这样可以避免在停电停气的情况下气动元件误操作造成危险。

(4)绘制现场工艺布局图，依照产品的生产工艺，确定产品装配的各工位后，需要依照现场情况合理布局各工位位置，绘制现场工艺布局，将各个工位有序的.串联或并联到一起。同时需要依据客户需要布局现场气源气路、电控线槽等的走线方式，大致分为地面布线和桥架上布线，需要计算气管、电线、线槽等的有效长度，在采购时通常需预留10%，以避免在实际生产过程中不能有效利用出现短缺。

(5)设计原则，在满足功能的前提下，需要考虑人工操作舒适化，工艺步骤最少化，设计过程最简化，设计成本最小化。通常设计过程中需要采购的定位销、销套、把手、传感器、plc等外购标准件尽量统一，便于统一管理、互换，且美观。

(6)特殊专机应用，对于拧紧螺钉需要采购专用的拧紧枪;铆接铆钉用专用的铆钉枪;特殊铆钉需要用专用的压机;助力需要用平衡吊;适时距离需要用伺服电机带动滚珠丝杠;这些特殊用途专机有专门厂家生产，可以直接采购，避免设计周期超时和经验上的不足。

4.绘制三维图和二维工程图

现代自动化工业对与三维软件的需求是与日俱增，当然并不强调对于软件的广泛性，因为对于软件的需求有一款能满足设计要求就可以，不必追求学习过多的三维软件，最重要的还是在设计过程中对于自动化设计的经验。自动化行业常用的设计软件有Solidworks、Proe等。二维工程图出图可以直接用三维软件出图，也可依各人习惯采用CAD或者CAXA等二维工程图软件。

5.结束语

以上是个人对于自动化生产线设计过程中的一点拙见，当然设计过程是复杂繁琐，且周期较短，需要不断的接触不同的项目来总结经验。

【参考文献】

[1]李绍炎.自动机与自动线.清华大学出版社出版社，/2/1.

自动化生产线的设计 篇2

柠檬具有止咳、化痰、生津健脾的功效, 且对人体的血液循环以及钙质的吸引有相当大的好处。其丰富的维生素C, 不但能够预防癌症、降低胆固醇, 还能克服糖尿病、高血压、贫血、感冒、骨质疏松症等。因此, 柠檬汁在我国慢慢得到消费者的认可。随着柠檬产业的发展, 对柠檬进行深加工, 提高其附加值, 是柠檬业面临的一项重要任务。

1 设备组成

本人与同事共同设计了一条处理量达5 t/h的柠檬汁自动化生产线, 其加工工艺为:提升→分选→清洗→消毒→喷淋→去皮→榨汁、过滤→加糖→脱气去油→杀菌→均质→罐装。

按照工艺要求, 生产线主要配置了以下设备:

提升机———主要用于柠檬原料的提升输送;

分拣机———主要对柠檬进行大小、残次分拣, 目的是便于榨汁, 及去除残次果品, 提高产品质量;

清洗机———利用毛刷对柠檬表面进行清理, 去除其外表面的污渍和杂物;

消毒机———利用臭氧消毒机对柠檬进行消毒, 去除柠檬表面上的细菌和微生物, 以保证柠檬汁的品质;

喷淋机———对消毒完成的柠檬进行喷淋清洗, 以去除其表面残留的消毒液;

提升机———用于柠檬原料的提升输送, 方便前后设备的衔接;

去皮机———将柠檬进行去皮, 保证质量和口感, 便于下一道工序榨汁;

榨汁机———把去完皮的块状柠檬榨为液体, 成为柠檬汁产品的雏形;

剂料添加机———对过滤完的柠檬汁进行加糖调试, 使成品的口感和质量更加符合消费者的要求, 提高产品的品质;

脱气去油机——对经均质后的果汁在真空状态下进行脱气去油, 以防止果汁氧化, 延长果汁储存期;

杀菌机———对柠檬汁进行杀菌, 杀除柠檬汁里面的各种细菌, 使成品卫生安全和耐于储存;

均质机———对加工完成的柠檬汁进行均质, 使成品的品质更佳;

灌装机———对加工完成的柠檬汁行灌装, 成为最终成品。

2 电气设计

生产车间为客户已有建筑, 根据厂房的实际情况, 生产线按L字型布置, 如图1所示。

生产线全长约50 m, 全线总功率48.8 k W, 电压380 V。由于生产线所在厂房比较开阔, 且生产线程L字型布置, 在不妨碍机械设备的运行、维护和检修情况下, 电缆局部采用电缆穿镀锌钢管明配, 其余大部分采用电缆桥架及穿管架空在生产线上方敷设。电气管的固定采用U形螺栓在等边角钢支架上卡固的方法。管路的支持点布置均匀;管卡与管口、弯头中点、电气器具或盒箱边缘的距离一般为150~500 mm。

生产线的单机设备均有独立的控制系统, 总电柜主要控制单台设备电源的通断, 每个设备控制回路都有漏电开关及过载保护, 遇到紧急情况需紧急停机, 可通过总电柜进行控制, 如图2所示。

生产线全程自动化生产, 通过可编程序控制器, 对整个生产线的工作过程进行自动控制。图3所示为系统采用三菱PLC可编程序控制器对系统进行控制, 通过编程并可对运行过程中出现的故障或供料不足等情况下, 进行声光报警;包装部分实现定量称重、自动供瓶、质量复检等功能。同时提供24 V电源至电箱的控制电路, 进行动作控制。

3 控制系统设计

3.1 系统结构

生产线的控制系统既有电机、电磁阀等开关量的控制, 又有液位、温度、变频调速等模拟量的控制。在生产线工作时, 每台设备既可以人工点动, 又能实现前后连贯自动按程序运行, 这样需要控制的动作点数就会非常多, 需要显示的动作状态信息相应也会很多。如果采用传统的电气按钮及显示灯控制, 就会增加硬件模块及电气连线, 相应的成本及故障率也会大大增加。故生产线采用PLC与触摸屏结合的方案, 触摸屏的显示画面采用专用的组态软件设计, 再通过串行通信口下载到触摸屏。PLC与触摸屏间通过串行借口通讯, 系统框架图如下图4所示。

3.2 控制系统

生产线的数字输入点有:气缸伸缩控制位移传感器、液位传感器、计数光电开关等约15个。数字输出点有:气动电磁阀、电机开关、液位电磁阀等约35个。根据这些设计要求, 控制单元采用西门子公司的S7-200系列的PLC产品, 外加多个数字扩展块, 与模拟扩展模块, 触摸屏采用宏拓科技的PPHC-070AT系列触摸屏。通过设计, 在触摸屏上可以实现运行、暂停、复位等自动功能, 也能实现所有部件的手动进、退、启、停等功能;也可以按工艺的要求, 任意设定转速、液位、计数、定位等参数;并对该参数的上下标准值进行测控, 一旦出现检测值超过上下标准值时, 系统就会报警。系统里面的其他参数, 如变频器、电机等各个主要器件都有保护电路, 一旦出现异常状况, 系统就会及时断电保护, 并报警提示。

4 电气安装及调试

4.1 施工总体安排

本生产线的安装施工分为三个阶段进行, 即前期配合土建施工阶段、电气安装主施工阶段、电气安装收尾调试及配合试车阶段。施工工艺流程为:施工准备→配合土建预埋管→室内桥架及支架安装→现场设备安装→电缆敷设、连接地→防火堵漏→调试→试车。

4.2 调试准备及要求

针对该生产线, 我们专门组织一个由3~5人组成的专业调试队, 由专业调试队完成备料系统全部电气调试工作。首先进行供配电系统设备调试, 确保供电;然后, 根据现场施工具体条件, 组织进行其它电气设备的调试;最后, 进行设备的单体调试及系统调试。

4.3 全线系统调试

自动化生产线的设计 篇3

关键词：生产实习教学实践教学改革

生产实习是机械设计制造及其自动化专业学生实践性教学环节中非常重要的一个组成部分，通过实习巩固已学过的专业基础知识，并为后续课程的学习奠定良好基础，综合训练学生在生产实践中调查研究、观察问题的能力和理论联系实际分析问题、解决问题的能力，提高学生的创造性思维能力和工程实践能力。

一、存在的问题

1.企业越来越不愿意接受学生实习。这些年企业的改制，已不再具有支持大学办学的义务。在实习中，只付给企业很少的一点实习费，这样即使原有的实习基地同意我们去，也只能是参观式实习，根本无法实现生产实习的目标。

2.传统的模式不利于学生综合素质和能力的培养。过去，生产实习模式基本上是：在教师的带领下到生产实习基地，由工程师讲几节课，然后参观实习。在整个实习期间学生并不参与到具体生产过程中去。學生处于被动地位，有的学生认为是在浪费时间，因此学生缺少必要的积极主动的态度，没有压力和责任感，从而影响了实习的效果。

3.实习指导教师的师资力量有待于提高。在传统的模式下，实习指导教师只能来源于学校。实习指导教师的主要任务不是指导实习，而是维护纪律以避免事故的发生。

二、改革措施

1.建立长期稳定的生产实习基地。良好稳固的实习基地是保证实习质量的前提，从自身条件发出，不但在实习方面与企业加强联系，还从科研、学生就业等多方给予重点倾斜。在了解到企业在生产中遇到科研难题时，组织科研人员对难题进行攻关，就此与企业建立良好的合作互助关系，从而为生产实习创造有利条件。

2.加强教师队伍建设。为了快速提升青年教师生产实习的指导水平，在实习过程中进行老中青相结合的分组方式，实现一帮一、一带一的教师分组，同时要求青年教师对实习企业的各个环节都要心中有数。此外，在实习过程中，定期召开教师座谈会，将实习过程中发现和遇到的问题进行集中讨论，在短期内提高了指导学生生产实习的能力。

3.充分发挥现有实习教学资源的作用。对于工科院校，一般都建有工程训练中心等教学基地和实验室，为本校学生提供了基础的实验教学条件，为弥补校外实习动手实践的不足，可充分利用本校已有的各种条件，扩大学生动实践的范围，另一方面，鼓励这些基地走产学研综合发展的道路，具有稳定的产品、市场和效益，可以更好地为教学实践服务，实现校内资源与校外资源的良好对接。

4.完善和丰富教学形式。首先，要充分利用多媒体课件辅助生产实习。在进行生产实习之前，可利用3D软件对实习中的重点机床或关键部位构造实体模型，制作3D动画，把课堂教学与现场案例紧密结合，从而大大提高学生生产实习的效率。其次，配备专用通讯设备，加强师生现场交流，从而解决由于实习车间机器运转噪声大而造成的指导教师和学生之间不能有效的交流的问题，还可以根据实际情况，灵活采用分班、分期、分批等方式安排生产实习，以避免出现实习单位因接待实习学生过多而削减学生实习时间的情况，以充分保证学生的有效实习时间。

5.完善生产实习考核内容和方式。指导教师应根据学生记录的实习笔记、撰写的实习报告以及学生实习过程中所表现出的积极性、主动性，综合评定成绩、实习笔记和实习报告的要求要事先明确，要着重于内容，淡化对字数的要求，在实习笔记中，要求学生每天认真记录实习内容，包括加工设备特点、工艺过程、检测方法等并绘制必要的草图。此外，还要记录对生产的组织、管理的个人认识和发现的问题等，在实习报告中，要求学生简要介绍实习单位的基本情况、典型零件的加工工艺过程等，对于重要的工序，要求学生不仅要画出草图、标明主要尺寸，还要对工序、工装、加工设备、检测方法等有深入的论述，最后还要包括学生本人在实习中的收获、体会及对企业的合理化建议。

6.注重学生的心理活动规律，科学施教。从心理学角度分析，在实习初期，学生处于一种对新鲜事物的敏感和兴奋之中，而随着实习的深入以及对周围环境的熟识，学生的心态逐渐平和，兴奋感有所下降，疲倦、劳累以及不适感逐渐上升，学生的心理呈现明显的衰减和抵触状态，此时学习的积极性急剧下降，在知识的接收上处于被动状态。为此，在实践中应采用相应的施教策略，使学生实习的心理始终处于知识渴求的兴奋状态。

三、对学生创新和实践能力的培养

1.以培养人才为目的，强化与实习基地的合作。与企业达成更进一步的、更有效的合作来培养百劝比所需要的人才。一方面是利用学校实习生的人才资源，为企业注入新鲜血液。革新和创造企业技术；另一方面，利用企业的实习基地，为实习生提供更好的实习场所和学习更新的生产技术。达到学校、学生和企业三赢的局面。利用企业的资源和设备的优势，更好的调动学生对创新实践的积极性。培养学生的创新和实践能力。引导学生自主创新、自我实践，为学生提供一个良好的实践平台。开设一系列以现代自动化生产相关的技术培训班，促进学校、学生和企业之间的技术交流。如开办生产数控培训班，在为学生今后的就业增加竞争力的同时，也为社会输送了更多的人才。

2.研制一套实习课件，培养学生的创新思维。现代社会早已经进入科技信息时代。科学知识日新月异。高校和企业应当合作，研制一套自己的，关于实习的全面性课件。由学校来教授理论知识，然后让学生到实习基地，由企业工作人员来详细讲解操作。让学生学会判断、归纳、比较等思维思考方式。让学生的创新能力得到更进一步的发展，为以后的竞争和就业做好铺垫。

3.以人才培养为目标，重视培养学生的创新能力。现在社会，人才就是最大的资本。大家都在培养人才，所有人都想变成人才。对高校而言，这些就更能显现出来。高校希望培养更多人才，学生希望自己变成人才。我们应当以培养人才为目标，利用科技的力量作为动力来源，以科研来带动教学工作。重点引导和培养学生的创造性思维，让学生能更好的独立思考，提出有创造性的见解，能更好的解决实际生产中遇到的问题。

四、结语

生产实习是一项综合性的系统工程。要提高生产实习的质量，必须使实习基地、学生、指导教师三者有机的结合，明确实习目的，要让学生提高对生产实习重要性的认识，从而提高其积极性，同时指导教师要认识到生产实习是一场高于理论教学的教学过程，必须精心组织、悉心指导，加强管理，不断总结方法，不断探索。这样师生两方面的互动才能有效的组织好大学生的生产实习，保证生产实习的质量。

参考文献：

[1]郑传治，郭钟宁，骆洁嫦.机电类专业生产实习的改革与创新[J].广东工业大学学报（社会科学版），2004，4（6）：177-179.

[2]李艳，夏毅敏，曾桂英.提高工科专业生产实习质量的探讨[J].科技情报开发与经济，2006，16（14）：230-231.

自动化生产线的设计 篇4

一、煤矿综合自动化系统简介

系统的建设本着“实用、可靠、先进、经济”的指导思想，根据煤炭行业信息化的典型需求，要在企业实现自动化的基础上，建立集中管理的安全生产实时信息平台，实现井下监控设备实时数据的采集和远程监控，通过实时数据和管理数据的信息有效集成，提高煤炭监管部门的监控力度，以信息化带动企业管理和行政管理的科学化，从根本上避免或杜绝恶性生产安全责任事故的发生，旨在为煤矿生产节约成本、强化生产安全管理、提高工作效率。

该系统能对矿井瓦斯情况实现无人自动监测、自动报警，能确保安全监察业务准确、实时、快速的运行，保证抢险救灾、安全救护的高效运作，对煤炭开采各生产成本指标作出科学、全面的统计分析，对单位内部员工作出详尽、周密的人事安排，并提供全面系统的决策资料，是各级领导对煤矿管理做出科学决策的最佳助手。

本着总体规划、分步实施的原则，系统将从整体上实现以下的建设目标：

◆ 建立安全生产数据中心：建立统一、集中的实时数据库平台，根据客观现实条件，采用多种通讯手段对井下不同的硬件平台、软件环境的各自动化装置实现实时数据的采集和存储，为事故分析提供可靠的依据。

◆

实现数据的分级共享和监测：通过完善的用户管理机制，实现数据的分级共享和监测。煤炭安全生产监控中心可以监测辖区内任何纳入系统管理矿井的生产实时状况，二级及以下监控中心或监控点，则只能监测到管理职权范围内矿井的安全生产情况。

◆

建立安全报警防范机制：系统将提供对生产安全数据的超限报警功能，以闪烁、声音等形式实时提醒，并充分利用短消息方式，及时传递给相关领导和人员。安全生产报警机制可以大大提高对生产现场问题的响应速度，有利于安全生产的指挥和调度，提高各级管理者的管理效率，形成与救护、公安、医疗等部门一体化的灾害处理应急联动机制。

◆ 提高数据分析能力：通过数据分析工具（EXCEL、SPSS等数据分析软件），采用多样化的数据展示方式对煤矿安全生产实时数据进行分析和智能化应用，实现生产数据及设备状态的自动统计、分析，为政府、企业领导和相关管理人员进行科学的生产经营决策提供及时可靠的支持。

二、系统总体结构

2.1、煤矿综合自动化系统是利用现代智能采集技术、实时数据库技术把生产、安全、管理等方面的信息有机地整合到一起，进行处理、优化、提炼，从而为煤矿安全生产，经营决策提供科学依据。

采用工业以太环网或其他先进网络技术支持，建立工业电视监测、无线通信及调度机指挥、移动目标定位跟踪、电力监测、运输监控、井下运输电机车监控系统、通风系统、动态设备管理、巡检、水位水量监测、原煤计量、条形码仓库系统、门卫车辆刷卡管理、短信报警平台、应急指挥系统等子系统，集成为“综合自动化系统”。

在生产调度室可对管辖范围内煤矿的生产过程及设备实现自动化监测和控制，并把各类信息通过局域网传送给相关业务部门，可随时了解生产、安全等信息，实现公司的统一调度、统一管理。在保卫监控室可对公司所有监控范围实施动态监测、现场记录、历史查询，结合其他移动通信手段实现目标捕捉、目标跟踪、快速破案等治安特效。

煤炭综合自动化系统是一个以各级安全生产监管单位为主体，实现对分布在管辖范围内的矿井生产实时数据的采集、存储和监控，通过安全生产数据的统计分析，为监管部门进行科学决策提供依据，最大程度地排除事故隐患，杜绝突发性安全事故的发生。

2.2、综合自动化系统目标及要求

整体系统目标：

1)矿井的主要机电设备进行状态监测和集中控制。（设备运行情况）2)掌握矿井生产设备的运行参数和信息。

3)掌握井上下人员的出勤情况和采区、工作面人员分布情况。（人员安全情况）4)随时随地传递生产和安全信息，为指挥生产提供第一手资料。（无线、有线和短信报警等平台）。

5)强化辅助运输的监控和调度，提高辅助运输能力。

6)提高经营质效，降低成本，减少直接人员，改善安全状况，创建本质性高产高效矿井。（能源消耗方面，如水电气等）7)实施监测井上下重复岗位场所的结构状况。

8)确保各类信息资源和硬件资源的共享集成与综合利用，减少冗余，方便维护，降低成本。根据煤炭安全生产监管的具体需求，我们设计如下的系统总体功能结： 煤炭安全生产综合自动化系统总体功能结构

2.3、整个系统由数据采集系统、无线通信及调度指挥系统、短信报警平台、安全监控与分析系统、应急指挥系统和移动目标定位跟踪系统等组成。下面对部分系统作一个简要说明：

◆ 数据采集系统：由专用的接口程序组成，安装在煤矿井下监控系统的上位机PC上，主要负责从井下监控系统中读取数据，并通过网络向安全生产监控中心实时发送数据。可以灵活设置实时数据上传的周期。

◆ 网络通讯接口：本系统的实时数据传输可采取多种方式，对于有条件的地方可通过宽带和专线的方式接入Internet，对于距离较远，不方便用有线方式连接的可采用GPRS/CDMA或微波方式远程无线通讯。

◆ 安全监控与分析系统：进行安全生产实时数据的查询、计算和分析，形成各类安全生产报表。通过图形化的分析工具，对历史数据进行综合分析。

◆ 应急指挥系统：用于应对事故发生时，应急预案的生成、发布及记录预案执行情况。◆ 生产管理系统：全面管理煤矿生产过程中的计划编制、生产调度、班报记录、井下考勤、安全培训、用品领用等内容。

◆ 综合服务系统：由大屏幕显示、短信报警通知、视屏监视系统、GIS地理信息系统组成。

2.4、系统总体结构 由于煤炭矿点相对分散，需要根据矿井所处地域的实际情况来确定实时数据上传的网络通讯模式。要因地制宜地选择投资较少、性价比较高的数据传输方式，建议优先选GPRS/CDMA等无线网络通讯方式，这样单矿点的一次性投入较少，并且日常运营费用低，安装使用方便，更加贴近专业数据传输的需求。另外，在GPRS/CDMA等无线网络覆盖不到的地方，可优先选择ADSL宽带接入方式，通过共用本地电话线路实现宽带上网。在不具备宽带接入条件的矿井，只能采用电话拨号方式连接Internet。可以采取间断拨号的方式，通过设置合理的数据上传时间间隔来缩短在线时间，从而大大降低本地网络的运行费用。

从各矿点井下监控系统中采集上来的实时数据采取集中存储和管理的方式，即存储到中央监控中心的数据库服务器中,其它各级监控中心和基层监控点通过Web方式访问中央监控中心的Web服务器，获得所辖区域矿井的实时生产运行数据。采取这种模式，可以通过多种安全防范机制，提高数据的安全性，同时也大大降低了维护成本，更能够从技术手段上保证系统稳定、有效地运行。

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煤炭综合自动化系统网络拓扑结构图

三、整体系统要求及介绍

●综合自动化系统应本着安装简单、便于维修的原则。●子系统在各监控站点集成化，要集成在统一基本分站内。

●子系统在综合调度室的集成化，要集成在同一服务器和同一操作主机上。●新安装调度系统与现有系统和设备的配套。3.1、报表功能

包括能源消耗、原煤产量和设备运行情况的日报表、月报表等。3.2、动态设备管理系统（设备运转情况）

动态设备管理系统的主要目标是实现设备运行状态的监测、记录以及设备检、维修管理，以保障煤炭安全生产的正常运行，提高设备的运行效率，降低设备的维护成本。系统主要实现功能：

1)、建立设备基础信息，对设备台帐进行电子化管理管理。

2)、从监控系统中实时获取设备的运行状态信息以及设备持续运行时间等信息。3)、编制设备检维修计划，监控并记录检维修过程的执行情况。

4)、系统能够实现对设备出现的故障进行实时报警和记录，并自动产生设备维护提示或工作单，请求进行维护检查。

5)、对设备的备品备件库存进行统一集中的管理。

6)、具备设备运行状况的统计分析功能，支持图形、报表等形式等直观分析手段和方法。3.3、原煤计量监控（煤矿产量统计）

原煤计量监控系统现已能通过核子秤监测主井的毛煤产量、主焦煤、动力煤的净煤产量以及阡石产量，现主要考虑接入新系统后的接口是否通用，以及磅房、轨道衡、洗煤厂等计量。

3.4、瓦斯监控系统（井上、下等安全状态情况）

综合自动化系统必须能与原瓦斯监控系统集成。现有瓦斯监测系统已实现对模拟量：CH4甲烷、CO、温度、风速、负压；控制量：远程断电仪；开关量：风门、开停传感器的监控。所以应实现现有瓦斯监控系统与整套调度系统的集成问题。

3.5、洗煤厂监控系统（煤泥、原煤等产量）

综合自动化系统必须能与将来的洗煤厂监控系统集成。3.6、系统电源（设备运行状态）综合自动化系统的电压设置，必须符合地面电源电压380V或220V，井下分站电源电压660V，127V的要求。

3.7、实时数据库平台

综合自动化系统需要采集大量现场设备和系统的实时数据，实时展现和存储这些数据必须要依托实时数据库平台，通过采用实时数据库技术，并和现有的关系数据库进行有机的结合，达到系统的高效、可靠地运行，同时降低数据的存储成本。

3.8、运输监控系统

运输系统是煤矿自动化的主要部分，主要分为皮带（包括刮板输送机）监控系统和付绞房提升机监控系统。

3.8.1、皮带集中控制及综合保护系统安装位置主要在以下几个位置（各皮带监控点以皮带参数表为主）：

工业广场运输系统、主井皮带、风巷四部皮带、六采区三部皮带、辅运巷皮带、暗主井皮带、下组煤三部皮带、综采工作面伸缩皮带、综采工作面刮板输送机。

3.8.2、功能要求：

(1)能在主站综合操作台上采用PLC集中控制全系统皮带机等设备的开停及启动预警。(2)能逆煤流方向联锁启动、顺煤流方向联锁停止。(3)满足煤的分采、分贮、分运控制要求。

(4)可实现皮带机沿线启动预告、打点信号及通话联络等功能。(5)监测保护功能齐全、能准确识别故障性质和位置。

(6)配置有皮带跑偏保护、速度检测、打滑和超速保护、沿线急停闭锁、堆煤检测、动力设备温度检测、驱动滚筒的表面温度检测、自动洒水灭火、烟雾检测、皮带纵向撕裂保护、电机电流和开关故障检测、皮带张紧力检测、连续煤仓煤位检测（煤仓具体位置及其深度已标出附CAD全图）等检测保护装置。

3.9、力监测系统

公司井下有中央变电所，三采区变电所，六采区变电所，八采区变电所，西大巷变电所，下组煤中央变电室，下组煤西大巷变电室所，下组煤东大巷变电所室等8个变电室所。地面有变电所和35KV变电站（附井上、下供电图及设备参数、变电所开关统计表）。

3.9.1、地面35KV变电站监测系统的功能

变电站已实现对外供电局电流、电压、负荷的实时传输和控制，需将该信息传到调度中心平台上。3.9.2、功能要求：

▼ 能完成变电站接线图负荷曲线图、频率曲线图以及其它分析图形，I、P、Q、U曲线图（历史/实时）、地理位置图、系统配置图、常用数据表以及用户自定义各类画面等的制作。

▼ 能在线显示遥测（I、P、Q、U）、遥信（开关、刀闸、保护信号、变压器挡位信号等）、电度量、频率、温度、系统实时或置入的数据和状态、计算处理量（功率总加、电度量累计值）等内容。

▼ 能直观显示系统各模块运行状态和网络通讯状态，如用图形方式显示自动化系统各设备的配置和连接，并应用不同的颜色表示出设备状态的变化等。

▼ 系统操作具有权限管理功能，每个操作步骤系统自动记录，生成运行日志，安全可靠。

3.9.3、井下电网安全监控系统的功能

井下高、低压开关经改造后即具有RS485 和RS232 双通讯接口，有实时通讯功能，能与工控机联网实现远程数据采集，并接受远程网络的控制和操作，便于组成井下变电所远程监测监控系统，完成对开关的电参量采集、测量与控制，实现对开关的遥测、遥调、遥信与遥控，进而实现井下变电室无人值守。

▼ 能对开关进行遥控，对开关的保护的定值进行整定，对开关的分合闸进行控制。▼ 对电网的实时数据（U、I、P、Q）和接地、短路、过载、欠压保护、采集、记录、处理、统计计算和显示。

▼ 对电网的历史数据进行处理、曲线显示、图形显示。▼ 对电网进行控制、故障定位和报警处理。

综采工作面设备的开停状况及电流、电压、电度、有功功率、无功功率、绝缘监测数据实时传送到调度监控室（综采工作面各设备参数见附设备参数）。

3.10、显示和操作界面友好

● 采用人机界面，可以动画、图形、汉字等方式直观显示工艺设备的运行状态、生产工况参数、设备故障状态等。

● 具有菜单式操作界面，易于操作。所有的保护值均可以在人机界面上进行设置，用户还可以根据现场情况屏蔽不需要的保护功能。

● 可以集中显示各条皮带输送机及其关联设备的工作状态、故障类型、故障地点及料仓料位、皮带速度、运煤量瞬时值、累计值、驱动电机的电流、张紧力等参数。3.10.1 故障查询及诊断功能

出现停机保护时，自动弹出故障诊断画面，显示故障性质、地点，因而可快速定位故障，及时维修处理。

3.10.2 安装、调试、维护方便

组网能力强，工业以太网＋现场总线方式，网络结构简明，便于扩展。

3.10.3 绞车监控系统是对付绞房提升机进行监控，对提升装置的电压、电流、油压、提升速度、位置等重要运行参数进行监控，发生故障及时记录。后备保护型号已提供：M12-3B提升机综合后备保护（附大型设备参数）。

3.10.4 网络监控

能方便地进行计算机联网，实现远程监控、产量控制、数据浏览等功能。3.11、通风系统

3.11.1、矿井主通风机性能在线监测

主通风机担负着矿井安全生产的重任。主通风机由于功率大，且昼夜连续运转，因此对生产部门来说，及时准确地掌握主通风机的运转特性，在保障安全生产和提高经济效益两个方面都有十分重要的意义。（附大型设备参数、CAD全图，1#、2#风井已标出）

使用矿井主通风机性能在线监测系统，能够解决矿井含尘、潮湿、气流脉动的恶劣通风环境下的在线监测，并且有其故障诊断系统。本系统应能对通风机工作状态进行在线监测。监测参数包括风机的入口静压、风量、电机功率、电流、电压；风机轴承温度、电机绕组温度；风机振动、风机开停信号及正反风信号等。

3.11.2、系统主要实现功能：

● 现场实时监测数据的各种动态图形及数字显示：主要以三维动画图形显示通风机运行的状态和风门切换状态，以具备报警指示的表格形式显示实时监测数据，以X-Y轴图形动态显示各参数随时间的变化趋势，有利于及时发现通风系统故障。

● 各种监测数据的存储及查询：风压、风量、轴承温度、电机功率等监测参数定时存储在硬盘中，以便进行数据报表的整月打印，也为管理部门查看、分析有关数据、强化通风机的管理提供了方便。

● 工况点显示、故障报警及追忆功能：可在风机的性能曲线上显示通风机运行的工况点，并自动生成矿井通风阻力曲线，风机运行出现异常时系统能在各相关界面给予报警提示并把距当前时刻一小时内的各种参数及日期、时间等进行记录以便事后分析。

● 完善的在线帮助系统：操作人员可随时查询帮助文件，解决操作中遇到的疑难问题。● 通风机监测信息能够并入现有瓦斯安全监测监控系统的综合信息平台，实现与瓦斯安全监测监控系统联网远传的风机在线监测。

3.12、供电系统监控（设备运行状态）

供电监控系统主要是将每个变电室高压开关柜和低压馈电及主要工作面（如综采工作面）供电的开停状况及电流、电压、电度、有功功率、无功功率、绝缘监测数据实时传送到调度监控室。

3.13、巡检管理系统（安全生产信息）

煤矿巡检管理系统是对煤矿瓦斯、安全巡检实行量化、动态管理的现代化手段，是促进煤矿安全巡查巡检、实行科学化管理的有效步骤。巡检管理系统软件以瓦检员、安检员日常管理为主线，采用无线数据采集系统实时监测瓦斯、矿压、温度的变化情况，通过监测的数据对矿井的巡检工作的完成情况进行考核。巡检系统应实现采集巡检数据、巡检数据分析、对瓦检员、安检员工作进行查询管理等功能（附CAD全图、已标出30个点）。

1)、能将瓦斯便携仪（50台）、便携式测温仪（50台）、移动矿压检测仪（50台）中的监测数据经无线采集器传输到管理计算机。

2)、系统软件应具备分级管理权限。

3)、能对定位标签、安装位置、便携仪序列号、使用人员、巡检路线等做定义。4)、可以对智能便携仪进行校对。5)、有系统操作日志，日志要防删改。

6)、能做多种告警定义，包括数据异常、检漏等多种情况；能按多种条件查询和分析历史数据。

7)、具备统计巡检路线及瓦斯矿压、温度变化曲线报表功能。3.13、水位监测（安全生产状态）

水位监测是对水仓水位、水量进行实时监控，并有水位报警及自动停机功能，包括在每台水泵的运行状态、故障状态、运行时间、各个水仓的水位、电机运行电压和电流、电机温度和水泵流量和压力等参数。通过所测数据，建立全矿供、排水分析系统，随时掌握全矿供、排水状况。主要对上组煤主水泵房2台、串联泵1台和下组煤变电室主水泵房2台，潜水泵1台以及井上水仓进行监测，管径6寸。（附CAD全图）。

3.14、仓库条形码管理系统（销售、提高煤矿企业的市场竞争力）系统要求：

1)、通过将物料编码、并且打印条码标签。不仅便于物料跟踪管理，而且也有助于做到合理的物料库存准备，提高生产效率，便于企业资金的合理运用。对采购的生产物料按照行业及企业规则建立统一的物料编码从而杜绝因物料无序而导致的损失和混乱。

2)、优化公司内部管理条形码的编码，统一物流、销售、售后领域公司各类产品所使用条形码的编码规则；实时出、入库数据采集和传输；优化、增添公司条形码硬件设备及仓库运作之基础硬件设备。

3)、利用条码技术、对仓库进行基本的进、销、存管理，有效的降低库存成本。4)、通过产品编码，建立物料质量检验档案，产生质量检验报告，与销售订单挂钩建立对售后服务的追踪。

3.15、门卫车辆刷卡管理系统

通过该系统实现对进出入公司车辆的管理，为保卫、运输等方面提供信息。

五、主要功能

5.1、工业以太环网系统

综合自动化系统将采用工业以太环网的网络结构，以工业以太网作为综合自动化的主干网络，各个监控自动化子系统通过工业交换机接入主干网络。通过工业以太环网，要解决各系统信息传输集成问题，避免每个子系统均敷设一条井下到地面传输线的维护困难，实现公司范围内的“三网合一”，即数据、语音、视频的信息数字合在一条线路上传输，实现多个系统一机集成、同屏显示、集中控制的方便快捷功能。

5.2、功能要求：

▲ 工业以太网光纤冗余环网传输平台通讯协议应采用标准的TCP/IP网络协议。▲平台传输速度带宽足够。

▲ 采用先进的多主并发通讯模式，系统检测要实时性强，速度快。

▲ 系统支持光纤冗余环网工作模式，接节故障不影响整个系统性能，故障自恢复时间短；系统反应时间短。

▲平台同时支持光纤多模、单模、超五类双绞线传输介质，结构灵活；可方便与局域网企业综合管理信息系统连接，实现信息共享，今后可接入多个子系统。

▲ 具有基于WEB的网管系统，功能强大，方便管理和维护，监视端口运行情况、数据流通情况、工作电压等。

▲ 交换机支持RS485、CAN、RS232总线等设备的接入。

各子系统具有兼容性，保证实时信息的准确传输。以信息集成平台为核心，将实时数据流在企业的统一信息平台上集成起来，通过网络技术将各个部门的实时数据形成一个整体，使用实时数据库服务器进行统一管理和维护。使有权用户在网上任一台计算机上浏览WEB信息，包括生产和管理的数据、图形、动画和图像信息。有权限用户能在网上任一台计算机上向监控子系统中的控制设备发送权限允许的控制操作，并得到与其相应的操作相应和反馈

六、视频监控

6.1工业电视监测系统

工业电视的特点是直观性强，可随时监控整个矿区中各重要生产环节和设备，如变电室、地面洗煤厂等生产系统，另外本系统应能通过接口其它系统进行有机结合，在某些地方可实现无人值守，进而达到安全高效生产的目的。

本系统分井下生产部分、地面生产部分和地面保卫监控系统三部分，另外包括调度室中心建设。

6.2、井下以监视各变电所、主水泵房、主运输皮带、炸药库等要害场所为主；地面部分主要颁布在地面主变电所、矿灯房、地面工业广场、筛分楼拣矸皮带等处；保安部分主要监视机关大院、公司大门、企管部微机室、财务部、企管部流程组、机修车间、炸药库等处。

6.3、功能要求：

1)、监视功能：可进行单画面、四画面、九画面、十六画面等多种方式显示。2)、监控功能：采用数字化计算机控制技术，从调度室即可方便地实现对前端云台及变焦摄像机的控制；如左右上下旋转、对变倍镜头的拉紧拉远等。

3)、记录功能：可对前端采集到的视频信息进行实时记录和存储，存储时间应大于7天。4)、回放功能：可根据时间、地点要求录像信息检索及回放，录像和回放可同时进行，并可放大至全屏及局部放大。

5)、电子地图功能：可以将视频监控点的位置在电子地图上显示出来，发生视频丢失等报警信息时能清晰辨别出哪个位置。

6)、网络功能：本系统应具备强大的网络功能，视频服务器可通过网络交换机组成工业电视系统局域网，能将图像上网传输、显示，可与其他系统实现联网监看，从而实现公司控制高效生产的目的。

6.4、移动目标定位跟踪系统

移动目标定位跟踪系统是通过该系统主要解决井上特殊地点、井下人员的考勤及跟踪和移动设备定位跟踪。在矿井巷道得进出口、交叉道口、工作面、主要洞室、危险场所（如盲巷等）、地面主要入口等位置安装监测点。

6.5、人员定位

该系统要求实时了解特定时间特定地点（如炸药库）特殊岗位（如保卫部）地面人员的流动情况，此外主要应了解下井人员的流动情况，了解当前井下人员的数量及分布情况，查询任一指定下井人员当前或指定时刻所处的区域，查询任一指定人员本日或指定日期的活动踪迹。也可作为下井考勤系统，对任一指定月份，或任一指定日期段，对下井人员进行下井次数，下井时间等进行分类统计，便于考核，打印相关报表。

能够及时、准确的将井下各个区域人员的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握管理层跟班下井情况、井下人员的分布状况和每个矿工入井、出井时间及运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。当事故发生时，求援人员也可根据井下人员定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。

6.6、物料定位

通过对物料出入井，实现对物料的跟踪及管理。该系统要求实时了解井下物料的流动情况，了解当前井下物料的数量和分布情况，查询任一指定地点或指定时刻物料所处的区域。通过该系统对物料进行合理调派，特别对一些机电设备进行跟踪维护和保养。6.6.1、功能要求

1)对移动目标可实时跟踪监测，位置自动显示。

2)可实时跟踪查询、打印当前及某时间段移动目标数量、活动轨迹及分布情况。3)井下定位分站与地面中心站失去联系时，分站仍能独立工作，自动存储人员监测数据，当通讯恢复后监控主机可提取数据自动完成数据修复。

4)标识卡计划数量为1500个，要求体积小，其携带方式应满足帽卡、腰卡、胸卡、矿灯式方式。

5)为了有效管理，标识卡不宜采用单独充电方式或矿灯取电方式提供电源，且需保证标识卡免充电或电池供电、免维护三年以上。在三年正常使用期内标识卡发生的一切费用均由投标人承担。

6)通过方式无限制。对被测目标经过检测点的通过方式应没有限制，允许目标“鱼贯而入”，“成群成组”的方式通过检测点，不影响移动目标的正常通行和正常作业。7)系统可实时监测使用编码发射器的供电情况，接收器的通信情况及数据监测站的供电状态。8)分站必须具备2小时以上的备用电源，使分站在外部交流供电中断后仍能继续维持正常工作。

9)系统软件要求采用先进的基于B/S结构的网络版软件，通过IE浏览器即可在网上方便浏览、查询矿井移动目标定位信息和人员考勤管理信息，操作简单直观，安装维护方便。

10)系统除具有矿井人员跟踪定位功能外，还应具有丰富的人员考勤管理功能，以充分发挥系统的作用。

11)系统必须预留接口，为工资管理、人事管理、物料管理等系统的无缝集成服务。12)门禁功能：根据需要在煤矿井下限制员工进入特殊区域。如果有未经许可人员接近该区域可发出声光报警信号，同时地面监控主机也会发出报警信号。

七 网络通信

7.1 无线通信及调度指挥系统

整套系统是要求实现矿区的井上、井下、有线、无线的一体化通信。

7.1.1无线通信系统是要求实现矿区井上、井下在一个系统内全面实现无线移动通信技术要求。系统必须具备对井下各种岔路、弯道，或是狭窄弯曲的工作面等各种复杂地形条件的巷道信号全覆盖。

1)系统容量大。系统容量和话务容量远远超过一般语音网络，系统必须满足矿井突发事件时尖峰话务量要求。

2)系统配置灵活。在系统中，有效利用井下工业以太网资源，组网灵活。3)覆盖范围广。

4)建网成本低。无信号覆盖范围大，系统容量高，所需节点少，充分利用井下的宽带以太网资源，降低了建网成本。

5)抗干扰能力强，不应与现有移动通讯系统产生干扰。

6)可扩容性好。网络中可接入更多无线设备，如无线摄像头、无线传感器等。7)内部无线通信设备要求保护等级高，防水、防摔、防腐，可便携。

7.2 调度指挥系统要求将生产调度电话（现有电话100门）、行政办公电话（现有电话100门）合二为一，调度台操作简单，应具有单键直呼、群呼、紧急呼叫、强插、强拆、监听等指挥调度功能、调度员使用该系统的使用，从而实现对整个调度指挥系统的控制，实现调度管理的基础操作平台。调度员应具有控制支配权。无论用户和中继忙、闲，调度员具有优先权。

7.3 短信报警平台

监测信息网络系统是煤矿在安全生产及管理方面的一个实时监测控制系统，对于煤矿的生产运行状况安全水平监测具有重要的作用。为了加强对煤矿的安全生产进行管理，利用现有网络了解煤矿生产的安全生产情况，需建立一套短信报警系统，自动将监测报警信息发送到相关人员手机上，便于领导及时了解安全生产情况，指定相关政策，保证安全生产。短信报警，即计算机通过自动发送短信来监测点报警信息的功能。当监测点有故障报警时，监控中心会自动将故障报警的详细内容以短信的形式发送到预设的手机上。对超限报警（瓦斯、风速、风压、一氧化碳、温度、产量）和开关报警数据（如局扇停、风门开）通过报警技术，实现对报警信息的逐级短信报警。

7.4 应急指挥系统

煤矿是一个事故多发、频发的企业，爆炸、漏水、缺氧是主要的事故形式，不同的事故有不同的救助方式，因此有一套应急指挥系统是十分必要的。系统主要实现功能：

1)可以接收事故特征信息的输入，对每一次输入的事故信息自动记录，为下一步的事故信息专家评价与分类的工作提供依据。

2)与现场监控系统结合，配备灵敏、全面、直观的实时检测和预警机制，在异常情况发生尚未成灾前预警。

3)应急预案的编制和维护，为事故处理提供正确的手段和方法。4)在事故发生时，记录应急预案的执行情况及过程。

5)事故处理后，损失评估，找出原因，修正管理漏洞，使预案更加完善。6)系统应提供方便的预案快速检索、查询和打印等功能。

八 调度指挥系统中心建设方案

调度室的装修必须符合相关的规范和国家标准，如相关的防火规范、相关的电磁干扰规范、防静电规范和相关的防水规范等。该场地电子设备密集场所，良好、可靠地接地至关重要。调度室装修必须提供装修效果图，及其所执行的国家或国际标准。调度室装修要求灯光、音响和室内采光能满足正常工程需要，又不至于影响大屏幕的显示效果。房间的设计庄重、大方、实用。

1)强电工程：调度指挥中心一般配备大量的设备，并且不能断电，因此在强电设施中应该考虑以下设计内容——双电源接入、过电保护、防雷设计、稳压电源（UPS）、照明设计，此外调度室里大屏幕的电视应单独供电。

2)弱电工程：网络布线工程，计算机设备安装调试、室内音响设计、投影设备安装调试。

3)机房装修：除普通的墙面、地面、门窗的装修外，还包括大屏幕墙施工。调度室装璜需要吊顶，调度桌用红木桌，铺放静电地板，墙面用乳胶漆，大屏周围要封上铝塑板。

此外，还应根据安全管理规定，将机房区域划分为消防区、隔离区、调度人员工作区、设备隔间、电源室，在设计时根据用户现场条件设计。

自动化生产线安装与调试 篇5

第一篇 项目开篇：典型自动化生产线介绍

自动化生产线安装与调试竞赛主要内容：自动线的装配和自动线的运行与调试。

本次自动线安装与调试大赛融合了机械工程与电子工程的核心技术，主要包括：机械机构及气动部件安装；控制线路布线、气动电磁阀及气管安装；PLC应用与编程；变频器控制技术应用；运动控制技术应用；机电安装、连接、故障诊断与调试等。

任务一：了解自动线及其应用

图1-3所示是应用于正泰电器股份有限公司的塑壳式断路器自动生产线，包括自动上料、自动铆接、5次通电检查、瞬时特性检查、延时特性检查、自动打标等工序，采用可编程控制器控制，每个单元都有独立的控制、声光报警等功能，采用网络技术将生产线构成一个完善的网络系统。

图1-4所示是某汽车配件厂的制动器自动化装配线，该生产线考虑到设备性能、生产节拍、总体布局、物流传输等因素，采用标准化、模块化设计，选用各种机械手及可编程自动化装置，实现零件的自动供料、自动装配、自动检测、自动打标、自动包装等装配过程自动化，采用网络通信监控、数据管理实现控制与管理。

图1-5所示是某饮料厂的自动灌装线，主要完成上料、灌装、封口、检测、打标、包装、码垛等几个生产过程，实现集约化大规模生产的要求。

1、什么是自动线

自动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及工艺过程，使产品成为合格的制品，而且要求在装卸工件、定位夹紧、工件在工序间的输送、工件的分拣甚至包装等都能自动地进行。使其按照规定的程序自动地进行工作。人们把这种自动工作的机械电气一体化装置系统称为自动生产线（简称自动线）。

自动线的任务就是为了实现自动生产，怎样才能达到这一要求呢？

自动线综合应用机械技术、控制技术、传感技术、驱动技术、网络技术等，通过一些辅助装置按工艺将各种机械加工装置连成一体，并控制夜、气压系统和电气控制系统将各个部分动作联系起来，完成预定的生产加工任务。

2、自动线的发展

首先，是可编程控制器的出现。

其二，是机械手、机器人技术的飞速发展。

其三，是传感技术的形成。

其四，就是液压和气压传动技术。

第五，就是网络技术的飞跃，无论是现场总线还是工业以太网络，使得自动线的各个控制单元构成一个协调运转的整体。

任务二：认识YL-335A型自动线

1、YL-335A型的基本结构认知

亚龙YL-335A型自动线实训考核装备由安装在铝合金导轨式实训台上的供料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元这5个单元组成。各工作站均设置一台ＰＬＣ承担起控制任务，各ＰＬＣ之间通过RS-485串行通讯实现互连，构成分布式的控制系统。

YL-335A自动线的工作目标是：将供料单元料仓内德工件送往加工单元的物料台，完成加工操作后，把加工的工件送往装配单元的物料台，然后把装配单元料仓内的白色和黑色

两种不同颜色的小圆柱工件嵌入到物料台上的工件中，完成装配后的成品送往分拣单元拣输出。

其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装置整体运动则采取步进电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长行程、多定位点的特点，是一个典型的一维位置控制系统。分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电动机的传动装置。位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。

在YL-335A设备上应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色及材质等。传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是现代工业实现高度自动化的前提之一。

在控制方面，YL-335A采用了基于RS-485串行通讯的PLC网络控制方案，即每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS-485串行通讯实现互连的分布式控制方式。用户可以根据需要选择不同的厂家的PLC及其所支持的RS-485通讯模式，组建成一个小型的PLC网络。掌握基于RS-485串行通讯的PLC网络技术，将为进一步学习现场总线技术、工业以太网技术等知识打下良好的基础。

2、供料单元的基本结构功能认知

供料单元主要由工作库、工件紧锁装置和工件推出装置组成。主要配置有：井式工件库、直线气缸、光电传感器、工作定位装置等。供料单元的基本功能是按照需要将放置在料仓中待加工的工件自动送到物料台上，以便树东单元的抓取机械手装置将工件抓取送往其他工作单元。其外观如图1-7所示。

3、输送单元的基本结构功能认知

输送单元主要包括：直线移动装置和工件取送装置。主要配置有：步进电动机、薄型气缸、气动摆台、双导杆气缸、气动手指、行程开关和磁性开关等。

输送单元的基本功能：该单元能实现到指定单元的物料台精确定位，并在该物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下的功能。输送单元的装配外观图如图1-8所示。

4、加工单元的基本结构功能认知

加工单元主要包括：工件搬运装置和工件加工装置。主要配置有：导轨、直线气缸、薄型气缸、工作夹紧装置等。

加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机械手装置送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上，待输送单元的抓取机械手装置取出。其外观如图1-9所示。

5、装配单元的基本结构功能认知

装配单元主要包括：装配工件库和装配工作搬运装置。装配装置主要配置有：工件库、摆台、导杆气缸、气动手指、直线气缸、光电传感器等。

装配单元的的基本功能：完成将该单元料仓内的黑色和白色小圆柱工件嵌入到已加工的工件中的装配过程。其外观如图1-10所示。

6、分拣单元的基本结构功能认知

成品分拣单元主要包括：皮带输送线和成品分拣装置。主要配置有：直线传送带输送线、直线气缸、三相异步电动机、变频器、光电传感器、光纤传感器等。

分拣单元的基本功能：将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，使不同颜色的工件从不同的料槽分流。其外观如图1-11所示。

7、YL-335A的特点、参数及实训项目认知

YL-335A 设备是一套半开放式的设备，学习时在一定程度上可以根据自己的需要选择

设备组成单元的数量、类型，最多可由5个单元组成，最少时1个单元即可自成1个独立的控制系统。对由多个单元组成的系统而言，采用PLC网络的控制方案可以体现出自动生产线的控制特点。

YL-335A 主要技术参数如下：

1)交流电源：三相五线制，AC380×（1±10%）V/220（1±10%）V50Hz；

2)温度：-10~+40℃；环境温度：≤90%（25℃）；

3)实训桌外形尺寸：长×宽×高=1920mm×960mm×840mm；

4)整机功耗：≤1.5kVA；

55)气源工作压力：最小0.6Mbar，最大1Mbar。（1bar=10Pa）

6)安全保护措施：具有接地保护、漏电保护动能，安全性符合相关的国家标准。采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线。

利用YL-335A 可以完成以下实训任务：自动检测技术使用实训；气动技术应用实训；可编程控制器编程实训；PLC网络组建实训；电气控制电路实训；变频器应用实训；步进电动机驱动和位置控制实训；自动控制技术教学与实训；机械系统安装和调试实训；系统维护与故障检测实训。

8、大赛主要完成的工作任务

（1）设备安装

完成YL-335A 自动线供料、加工、装配、分拣单元和输送单元的部分器件装配工作，并把这些工作单元安装在YL-335A 的工作桌面上。

（2）气路连接

根据生产线工作任务对气动元件的动作要求和控制要求连接气路。

（3）电路设计和电路连接

 根据控制要求，设计输送单元的电气控制电路，并根据所设计的电路图连接电路。 按照给定的I/O分配表，连接供料、加工和装配单元控制电路。对于分拣单元，按照给

定I/O分配表预留给变频器的I/O端子，设计和连接变频器主电路和控制电路，并连接分拣单元的控制电路。

 根据该生产线的网络控制要求，连接通信网络。

（4）程序编制和程序调试

 根据该生产线正常生产的动作要求和特殊情况下的动作要求，编写PLC的控制程序和设

置步进电动机驱动器参数及变频器参数。

 调试机械部件、气动元件、检测元件的位置和编写的PLC控制程序，满足设备的生产和

控制要求。

小结

第二篇 项目备战：自动线核心技术应用

PLC就像人的大脑；软件就像大脑的中枢神经；光电传感器就像人的眼睛；磁性开关就像人的触觉；电动机与皮带输送带就像人的腿；直线气缸就像人的手和胳膊；电磁阀组就像人的肌肉；通信总线就像人的神经系统。

任务一 自动线中传感器的使用

如图2-2所示，当工件进入自动线中的分拣站，人的眼睛可以清楚地观察到，但自动线是如何来判断的呢？如何是自动线具有人的眼睛的功能呢？

传感器就像人的眼睛、耳朵、鼻子等感官器件，是自动线中的检测元件，能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成电信号输出。在YL-335A 自动线中主要用到了磁性开关、光电开关、光纤传感器3中传感器。

子任务一 磁性开关及应用磁性开关介绍

在YL-335A自动线中，磁性开关用于各类气缸的位置检测。图2-3所示是用两个磁性开关来检测机械手上气缸伸出和缩回到位的位置。

自动化生产线的设计 篇6

在脚轮支架冲压生产方面, 部分厂家使用了多工位级进模式进行加工生产, 以便利用一副模具完成多道生产工序, 从而提高脚轮支架的生产效率。但是, 使用该种生产模式对冲床有着较高要求, 所以未能得到广泛应用。因此, 相关人员还应该加强脚轮支架冲压的自动化生产研究, 以便更好地满足行业的发展需求。

1 脚轮支架冲压自动化生产线的设计开发思路

在脚轮支架加工生产的过程中, 需要完成上料、拉深成形、整形与冲孔压印等多道工序。采取人工操作方式进行脚轮支架生产, 不仅生产效率低下, 还容易出现生产事故。完成脚轮支架冲压自动化生产线的设计开发, 则能够确保加工生产安全, 并能够提高生产效率, 所以能够使脚轮支架的产品竞争力得到提升。具体来讲, 在进行该种自动化生产线设计开发时, 其将由6台机械手、1台上料机和4台冲床构成。从整体布局上来看, 将使用拥有两工位的机械手进行冲孔压印操作, 然后使用两个机械手进行拉深加工, 同时用两个机械手进行冲侧孔加工、两个机械手用于顶部冲孔和整形[1]。在生产线运行的过程中, 机械手可以完成上一工位加工得到零件的自动抓取, 然后将零件运动到下一工位, 并将其准确放入制定模具位置。除了整形使用的机械手, 其余机械手都要在Z轴上实现升降和旋转运动, 并利用机械手末端完成翻转和抓取运动。而整形操作机械手只需要在Z轴升降和在X轴进行水平移动。

2 脚轮支架冲压自动化生产线的设计开发及其实现

2.1 机械手设计及实现

在机械手设计上, 考虑到机械手需要完成工件的准确抓取和翻转, 并且需要完成升降和旋转运动, 还要将其结构设计为由升降部分、旋转部分和机械臂三部分构成。其中, 升降部分由传感器、支撑导柱、上下降台、同步带轮、升降伺服电机和升降台导向轴等几个主要部分构成, 旋转部门由同步带轮、升降台、旋转伺服电机和转轴等几个主要部分构成, 机械臂由伸缩气缸、气爪和旋转气缸等几部分构成。在实际运行过程中, 升降台将在伺服电机驱动下上升或下降, 并在同步带轮的带动下转动[2]。达到指定高度后, 旋转台将在旋转电机驱动下与带轮转轴同步转动, 从而使机械手围绕Z轴转动。旋转到制定位置后, 伸缩气缸将进入冲床型腔内, 机械手则会在旋转到一定角度后进行小范围升降, 然后在制定位置利用气爪闭合完成工件抓取, 并且通过旋转和升降运动将工件送至下一工位。为确保工件能够被顺利抓取, 需要利用旋转气缸、夹具和夹指完成气爪夹持器的设计, 以便利用旋转气缸驱动夹指带动夹具完成脚轮支架抓取。

2.2 生产线控制设计及实现

为实现脚轮支架冲压的自动化生产控制, 还要使用PLC控制技术进行生产线控制设计。在控制系统中, 整个自动化生产线的控制过程将由PLC内部的CPU控制, 其将通过RS232串口进行触摸屏的数据信息接收, 从而根据用户指令完成生产线控制。在实际生产中, 系统输出模块将输出控制信号, 伺服驱动器则能够完成信号接收, 并且促使伺服电机运动, 从而完成机械手的运动控制。与此同时, 系统输入模块将完成由位置传感器和伺服电机内部编码器传来的位置信号的接收, 从而获知机械手的具体位置[3]。而系统CPU通过读取输入数据, 则能够通过改变伺服电机运动状态实现机械手位置的调整。在实际进行该系统实现时, 结合生产线需要的I/O点数量, 可以选择三菱公司研发的FX3u-80M型PLC控制器进行自动化生产线控制。

完成控制系统的硬件设计后, 需要完成系统软件的设计开发。具体来讲, 就是利用三菱GX Developer编程软件进行PLC控制软件设计。而该软件拥有编译链接、程序调试、项目管理和模拟仿真等多项功能, 可以使用其SFC顺序功能图完成程序的编写。从软件程序组成上来看, 主要包含初始化模块和生产运行模块。在系统上电后, 会先自行初始化程序, 然后进入运行模块。在该模块中, 系统需要先进行初始定位。此时, 机械手将完成定位指令的接收, 并执行预设位置控制指令回到初始位置。接收到反馈信号后, 系统将发出自动上料指令, 机械手则会按照指令完成循环顺序运动, 从而依次完成各项生产工序。一旦有工序出现故障, 系统就会进入报警中断模式[4]。故障排除后, 需要按下复位按钮, 系统则可以继续生产运行。完成工件生产后, 系统将向机械手发送复位指令, 并等待关机。

2.3 生产线调试及运行

完成系统设计后, 需要使用GX Developer编程软件进行PLC程序仿真, 以确定程序编写是否存在逻辑错误。通过点击“梯形图逻辑测试启动”按钮, 就能够进入逻辑测试界面, 然后利用继电内存监视实现程序仿真调试。完成程序调试后, 可以使用编程软件将程序下载至PLC中, 然后完成电控柜中各种电器元件安装和布线, 然后将机械手安装在生产车间现场的预定位置。在企业生产现场进行联机运行调试的过程中, 共设定了6、8、10、12个/min的生产速率设定, 然后使自动化生产线在四种速率下进行连续一小时不间断运行。观察测试结果可以发现, 在生产速率提高的情况下, 产品的合格率由99.03%下降到了95.61%, 报错次数由3次提高到了12次[5]。综合考虑生产效率和产品合格率, 可以将生产线的生产速率设为8个/min。而经过调试后, 该系统功能基本能够满足企业实际生产要求。

3 结论

使用机械手和PLC控制技术完成自动化生产线的设计开发, 将能有效提高脚轮支架冲压生产效率, 同时也能够为操作人员提供更多的安全保障。而经过测试可以发现, 使用该种方法进行脚轮支架加工可以达到98.48%的产品合格率, 因此能够满足企业各方面的生产需求。

参考文献

[1]刘其洪, 郭建.基于触摸屏与PLC的脚轮支架冲压自动线控制系统设计[J].仪表技术与传感器, 2014 (11) :82-84.

[2]罗龙飞, 张甜甜, 马国礼, 等.高速冲压自动化线生产切换研究[J].锻压技术, 2014 (2) :102-108.

[3]杨德君.工业机器人在冲压自动化生产线中的应用[J].科技创新与应用, 2014 (19) :59.

[4]刘其洪, 郭建.脚轮支架冲压自动化生产线设计[J].机械制造, 2014 (7) :87-90.

自动化生产线的设计 篇7

【关键词】自动化驱动系统；生产线；电子凸轮

现代工业生产过程中，在电子凸轮技术出现之前，机械凸轮是仅有的能够实现自由运动的技术设备。但由于机械凸轮自身材料和特性的限制，如触点易坏、功能固定、维修周期长和难以改变等，降低了工业自动化的可靠性和工作效率。随着现代信息技术的发展，一种非线性自动化驱动系统即数字伺服技术应用诞生了。在同数字伺服技术相结合的过程中，机械凸轮逐渐转变为电子凸轮，也就是一种能够被电脑程序控制的可以模拟机械凸轮运动的自动化元件。电子凸轮克服了机械凸轮的种种弊端，大大提升了工业生产线的生产效率安全稳定性。

一、概述电子凸轮

随着数字伺服技术的发展，模拟机械凸轮运动的电子凸轮技术也逐渐发展起来。和传统机械凸轮技术相比，电子凸轮更具柔性、精确度可靠性更高，修改更简洁，维修更方便等特征。电子凸轮的应用大大提高了工业生产线的生产效率和安全性。

（一）电子凸轮的概念

电子凸轮是指利用数字伺服技术模拟机械凸轮运动的运动过程。电子凸轮系统主要由伺服电机、D/A转换器、计算机和轴位置编码器四部分组成。电子凸轮的机械功能主要由伺服电机做功来完成。

（二）电子凸轮的工作原理

电子凸轮的工作原理即实现凸轮功能产生凸轮位移的工作原理是：1.产生位移信号。当收到相关轴位置编码器的电子脉冲时，对应该电子脉冲信号，计算机会从储存在本身存储器PROM的凸轮轮廓表中选取出一个相关的位移信号。2.位移信号转换成驱动信号。凸轮位移信号产生以后，通过数字传输计算机将其传输至D/A转换器，转换成可控制伺服电机（马达）的产生位移的驱动信号。3.完成位移指令。在驱动信号的控制下，伺服电机（马达）产生一次位移。4.重复执行位移动作。在完成一次位移动作后，由计算机检测相关轴位置编码器所产生的代表需要位移的电子脉冲信号。当收到下一个电子脉冲时，计算机、伺服电机和D/A转换器重复前三步动作，完成下一个位移。直到取值到达凸轮轮廓表格的最末一位时，计算机将重新从第一位数值开始，重复完成位移动作，模拟机械凸轮运动。

（三）电子凸轮的工作优势

1.和传统机械凸轮相比较，电子凸轮的最大优势在于容易改变。电子凸轮是在非线性驱动程序数字伺服技术上发展起来的，在电脑程序控制下发生的凸轮位移运动。所以当需要位移动作发生变化时，仅仅在伺服电机的微处理上进行相应的数值调整设定即可。2.因为采用数字自动化技术，所以电子凸轮还具有输出动作的重复精度比较高，安全可靠性强的优势。

二、电子凸轮在生产线自动化驱动中的应用实例

电子凸轮技术的出现和发展，使得工业生产商开始考虑用这种新的工作介质和工作原理来代替传统机械凸轮，实现动力和位移更方便更快捷的转换。电子凸轮具有磨损度小、精准度高等特点，特别合适应用于重复定位和柔性调节的工业生产线中。根据电子凸轮的工作过程，从控制电子凸轮的程序所在位置不同，可将生产线自动化驱动中常见的电子凸轮分为以下几种类型：

（一）计算器中的电子凸轮

电子凸轮在工业应用中，必须通过存储于计算机数据库的凸轮轮廓表格将轴位置编码器的电子脉冲转化为相对应的位移指令，才能使伺电马达发生位移。而对于生产线自动化驱动的现代工业应用而言，大多动作执行都在需要数据库内的示教功能，也就是说只有当计算机存储有足够多的凸轮轮廓表格数据时，计算机才会有足够的时间、能力去计算和转换轴位置编码器的电子脉冲，从而转化将其转化为可识别可执行的位移指令。在计算机存存储器上做文章，建立、扩建和修改凸轮轮廓表格的电子凸轮系统是计算机中的电子凸轮。

（二）D/A转换器中的电子凸轮

D/A轉换器中电子凸轮也叫做控制过程中的电子凸轮，这里的D/A转换器所要转化的是实实在在的运动命令，是将计算机的位移命令转化成为伺服马达的驱动命令。在这个过程中，D/A转换器需要通过一定程序计算，把位移信号转化为驱动信号。在电子凸轮系统中，如果是依靠改变这个计算程序中的输入值而改变电子凸轮的运动方式，此系统即为D/A转换器中的电子凸轮。在这个计算程序编写中，D/A转换器必须要解决前向和反向运动学问题。电子凸轮的计算方法需要在凸轮进行反转运动程序之前就设定好。D/A转换器给出的能够连续运动的编程顺序如下：1.根据笛卡尔空间原理事先定义好凸轮的位移曲线，例如修改梯形。2.根据事先定好的运动总距离，计算和调节需要的运动时间。3.设定单位时间的运动距离。4.计算伺服马达停止工作时所停留的每一处位置，以坐标方式标注出来。5.利用反向运动学方法计算伺电马达运动时的每一个转角角度。6.设置计算绝对位置或是可能位置的程序。7.将计算结果传输至伺服驱动器。

D/A转换器中电子凸轮程序组设置中，第5个步骤“利用反向运动原理计算计算马达运动时的转角角度”对于计算机来说是一个大的考验，因为时间变化没有规律可循，取样需要耗费大量时间。但是计算这个转角角度又十分必要，因为连接点空间的线形插值都要在这个角度上体现，而这些插值又是由运动驱动伺服电机完成的。所以说用这种方法，尽管会使取样时间有所延长，但是却能减少可能性数据，使驱动路径更为准确，可靠性提高。

（三）伺服电机中的电子凸轮

伺服电机是一个智能型的部件，就像一个微型处理器那样，应该由中央处理器和存储器两部分组成。伺服电机中的电子凸轮系统是将每一个执行部分即运动轴的行程和运动时间固定，但是轴的运动曲线做缺省设置，也可以在伺服电机的存储器中做几个预选的运动曲线供选择。用户通过自己定义或选择运动曲线，设定常速、加速或减速漠视来达到控制轴运动轨迹的目的。因为伺服电机中的电子凸操作简单方便，目前大部分生产线自动化驱动系统中使用的就是这种电子凸轮系统。但因为最终执行命令的轴的运动特性还是由轴本身来决定的，所以这种电子凸轮的控制方法控制点位是可行的，控制轴的连续运动效果则不及第2种D/A转换器中的电子凸轮系统。

总之，现代工业的发展必须依靠自动化和智能化，作为提高生产线自动化驱动系统中的一种，电子凸轮的发展也为现代工业的发展带来了强大动力。电子凸轮依靠伺服数字技术模拟机械凸轮运动，继承凸轮机构实现任意运动的长处，发挥电子计算机自动化智能化的重复精准度和多功能柔性化特征。目前，主要应用在现代工业的电子凸轮有三种，分别是计算机中的电子凸轮、D/A转换器中的电子凸轮和伺服电机中的电子凸轮。

参考文献

[1]赵越锦.基于台达运动控制型PLC电子凸轮功能的高速绕线机[J].伺服控制，2008（10）

[2]刘茂银，梅碧舟.压力机控制系统中PLC 的应用及设计[J].锻压装备与制造技术，2007（3）