人機(jī)一體化自動(dòng)化制造系統(tǒng)控制技術(shù)

宋俊錫

文章編號(hào)：2095-6835（2016）13-0139-02

摘 要：主要針對(duì)人機(jī)一體化自動(dòng)化制造系統(tǒng)的控制技術(shù)展開了探討，介紹了人機(jī)一體化自動(dòng)化制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并系統(tǒng)分析了人機(jī)一體化自動(dòng)化制造系統(tǒng)的控制技術(shù)，以期能為有關(guān)方面的需要提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；制造系統(tǒng)；控制技術(shù)；人機(jī)一體化

中圖分類號(hào)：TH164 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.139

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人機(jī)一體化自動(dòng)化制造系統(tǒng)在生產(chǎn)工作中逐漸得到應(yīng)用，極大地提高了生產(chǎn)工作的效率，還減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，是科學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)制造中的體現(xiàn)。為了進(jìn)一步對(duì)人機(jī)一體化自動(dòng)化制造系統(tǒng)的應(yīng)用，就需要掌握對(duì)其的控制技術(shù)。基于此，本文就人機(jī)一體化自動(dòng)化制造系統(tǒng)的控制技術(shù)進(jìn)行了探討，相信對(duì)有關(guān)方面的需要能有一定的幫助。

1 該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

人機(jī)一體化自動(dòng)化制造系統(tǒng)的構(gòu)成因素為人、產(chǎn)品（或機(jī)械）及環(huán)境，并且通過人機(jī)之間的協(xié)調(diào)作用完成系統(tǒng)的功能。在該系統(tǒng)中，人和產(chǎn)品（機(jī)械）之間相互作用和影響。人機(jī)一體化系統(tǒng)分為簡(jiǎn)單系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)。一個(gè)復(fù)雜的人機(jī)一體化系統(tǒng)還包含很多個(gè)別的人機(jī)學(xué)系統(tǒng)。人機(jī)一體化自動(dòng)化制造系統(tǒng)示意圖如圖1所示，該系統(tǒng)主要包括感知層、控制層和執(zhí)行層。

2 該系統(tǒng)的控制技術(shù)

2.1 分布式數(shù)字控制系統(tǒng)

DNC（Direct Numerical Control或Distributed Numerical Control），前者為直接數(shù)字控制，后者為分布式數(shù)字控制，這是DNC的兩個(gè)不同發(fā)展階段，代表著數(shù)控加工控制技術(shù)的轉(zhuǎn)變由單機(jī)控制發(fā)展到集中控制。分布式控制系統(tǒng)集中了常規(guī)模擬儀表分散控制和計(jì)算機(jī)集中控制兩者的優(yōu)點(diǎn)，將計(jì)算、通訊、屏幕顯示和控制結(jié)合在一起，控制模式的改變十分方便，并實(shí)現(xiàn)了各種復(fù)雜控制。同時(shí)，分散了故障引起的危險(xiǎn)，控制系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定。

分布式控制系統(tǒng)的功能主要有以下五方面的功能：①現(xiàn)場(chǎng)I/O驅(qū)動(dòng)，完成過程量的輸出輸入；②預(yù)處理輸入過程量，用真實(shí)數(shù)字值還原現(xiàn)場(chǎng)值，做好計(jì)算準(zhǔn)備；③實(shí)時(shí)采樣現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)本地?cái)?shù)據(jù)庫中；④分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行控制計(jì)算，得到實(shí)施控制的量；⑤通過現(xiàn)場(chǎng)I/O驅(qū)動(dòng)，輸出控制量到現(xiàn)場(chǎng)。

2.2 數(shù)控加工技術(shù)的控制策略

數(shù)控機(jī)床通常由數(shù)控裝置、控制介質(zhì)、機(jī)床本身及伺服系統(tǒng)構(gòu)成，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)分為以下三類。

2.2.1 開環(huán)控制系統(tǒng)

開環(huán)控制系統(tǒng)的控制流程如圖2所示。該系統(tǒng)采用伺服驅(qū)動(dòng)方式，不設(shè)置檢測(cè)元件，輸出指令脈沖之后，無反饋信號(hào)，控制精度不高。

2.2.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制流程如圖3所示。該控制系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)指令和工作臺(tái)上檢測(cè)元件測(cè)出來的實(shí)際位置反饋信息，得出差值并及時(shí)進(jìn)行修正。因此，系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性及精確度較高。

2.2.3 半閉環(huán)控制系統(tǒng)

半閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制流程如圖4所示。該類控制系統(tǒng)的反饋測(cè)量傳感器元件安裝在伺服電機(jī)或驅(qū)動(dòng)絲桿端。因此，該系統(tǒng)具有剛性好、環(huán)路短的優(yōu)點(diǎn)，并易獲得穩(wěn)定的控制特性。

2.3 柔性制造系統(tǒng)的控制技術(shù)

Flexible Manufacturing Cell即柔性制造單元，由單臺(tái)數(shù)控機(jī)床、工件自動(dòng)輸送、加工中心及更換系統(tǒng)等組成。它是實(shí)現(xiàn)單工序加工的可變加工單元。單元內(nèi)的機(jī)床具有不同的工藝性能，相互互補(bǔ)，可完成多種類型零件的加工。系統(tǒng)設(shè)有外部接口，可以和其他控制單元協(xié)同合作。FMC控制系統(tǒng)通常分為單元控制級(jí)及設(shè)備控制級(jí)二級(jí)。

2.3.1 設(shè)備控制級(jí)的實(shí)質(zhì)是單機(jī)控制

設(shè)備控制級(jí)的實(shí)質(zhì)是單機(jī)控制，主要是對(duì)機(jī)床、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、小車等各種設(shè)備進(jìn)行控制。控制系統(tǒng)通過接口和向上單元控制系統(tǒng)、向下設(shè)備進(jìn)行連接。設(shè)備控制器的功能是對(duì)工作站控制器命令進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其轉(zhuǎn)換成次序明確、操作性強(qiáng)的簡(jiǎn)單任務(wù)，然后通過各種傳感器對(duì)任務(wù)的執(zhí)行過程進(jìn)行監(jiān)控。設(shè)備控制級(jí)的工控機(jī)的控制功能較強(qiáng)，比如總線控制機(jī)、微型計(jì)算機(jī)及可編程控制器等。

2.3.2 單元控制級(jí)主要指揮單元內(nèi)設(shè)備活動(dòng)

單元控制級(jí)主要是對(duì)單元內(nèi)的設(shè)備活動(dòng)進(jìn)行指揮和協(xié)調(diào)，物料貯運(yùn)系統(tǒng)交來零件托盤，通過控制零件夾緊、工件調(diào)整、切屑清除、切削加工、卸下工件、加工過程中檢驗(yàn)及清洗工件等功能調(diào)度各個(gè)設(shè)備級(jí)子系統(tǒng)。單元控制系統(tǒng)采用的計(jì)算機(jī)為微型計(jì)算機(jī)或者工作站，具備有限實(shí)時(shí)處理能力。單元控制級(jí)和設(shè)備控制級(jí)通過RS232接口進(jìn)行通訊，并通過該接口與其他系統(tǒng)構(gòu)成FMS。

2.4 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的控制策略

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ClMS）的結(jié)構(gòu)為五層，分別為工廠層、車間層、單元層、工作站層和設(shè)備層。五層之間遞階控制。

第五級(jí)工廠層，該層的功能包括制訂長(zhǎng)期生產(chǎn)計(jì)劃、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、制定資源規(guī)劃、確定生產(chǎn)資源需求等；第四級(jí)車間層，該層按照生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)調(diào)車間作業(yè)及資源配置；第三級(jí)單元層，該層的主要功能是完成作業(yè)調(diào)度，例如管理和發(fā)放零件在各工作站的作業(yè)順序、協(xié)調(diào)不同工作站間的物料運(yùn)輸?shù)龋坏诙?jí)工作站層，根據(jù)完成的任務(wù)，該層可分為加工工作站、檢測(cè)工作站等；第一級(jí)設(shè)備層，包括各設(shè)備的控制器，執(zhí)行上層的控制命令，完成測(cè)量、加工、等任務(wù)。

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的上、下層系統(tǒng)之間存在信息流，上層向下層傳遞命令，并向上層反饋信息。

3 結(jié)束語

綜上所述，人機(jī)一體化自動(dòng)化制造系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用，對(duì)于日常的生產(chǎn)制造工作有著極大的幫助。為此，為了進(jìn)一步推動(dòng)人機(jī)一體化自動(dòng)化制造系統(tǒng)的應(yīng)用，我們就需要掌握對(duì)其的控制技術(shù)，以不斷提高機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)的自動(dòng)化能力和水平，從而繼續(xù)為生產(chǎn)制造帶來幫助。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：胡雪飛〕