高集成自动化控制技术

高集成自动化控制技术（通用8篇）

高集成自动化控制技术 篇1

化工企业高危险工艺装置自动控制和安全联锁技术简介

目录

一、化工企业工艺装置危险性分析

（一）高危险生产装置的危险性

（二）高危险储存装置的危险性

（三）人工手动控制的危险有害因素

二、常用的自动化控制和安全联锁方式

（一）自动控制和安全联锁的作用

（二）常用的自动控制及安全联锁方式

（三）典型控制单元模式

三、安装（改造）自动控制和安全联锁装置应做的主要工作

（一）对工艺装置进行风险分析

（二）制定安装（改造）方案

（三）做好实施的各项准备工作

（四）安装、调试和投入运行

化工企业高危险工艺装置

自动控制和安全联锁技术简介

各位领导，同志们:

我是山东汇智工程设计有限公司刘庆德。前一段时期，根据省安监局要求，在化工企业自动控制及安全联锁装置的技术、设计和安装（改造）等方面，我公司进行了系统的调查研究，并向多家化工企业提供了自动控制及安全联锁技术安装改造方案，为提高化工企业的本质安全水平做了一些工作。下面，根据会议安排，我就化工企业高危险工艺装置自动控制和安全联锁技术，向大家作简要介绍。

一、化工企业工艺装置危险性分析

化工企业的高危险工艺生产装置主要是指含有硝化、磺化、卤化、强氧化、重氮化、加氢等化学反应过程和存在高温（≥300℃）、高压（≥10MPa）、深冷（≤-29 ℃）等极端操作条件的生产装置。

高危险储存装置主要指剧毒品、液化烃、液氨、低闪点（≤-18 ℃）易燃液体、液化气体等危险化学品储存装置。

（一）高危险生产装置的危险性

下面，介绍六类常见的最主要的高危险生产装置的危险性。

1、硝化反应。有两种：一种是指有机化合物分子中引入硝基取代氢原子而生成硝基化合物的反应，如苯硝化制取硝基苯、甘油硝化制取硝化甘油；另一种是硝酸根取代有机化合物中的羟基生成硝酸酯的化学反应。生产染料和医药中间体的反应大部分是硝化反应。

硝化反应的主要危险性有：

(1)爆炸。硝化是剧烈放热反应，操作稍有疏忽、如中途搅拌停止、冷却水供应不足或加料速度过快等，都易造成温度失控而爆炸。

(2)火灾。被硝化的物质和硝化产品大多为易燃、有毒物质，受热、磨擦撞击、接触火源极易造成火灾。

(3)突沸冲料导致灼伤等。硝化使用的混酸具有强烈的氧化性、腐蚀性，与不饱和有机物接触就会引起燃烧。混酸遇水会引发突沸冲料事故。

2、磺化反应。磺化反应是有机物分子中引入磺（酸）基的反应。磺化生产装置的主要类型：

（1）烷烃的磺化。如生产十二烷基磺酸钠、（2）苯环的磺化。如生产苯磺酸钠类。

（3）各种聚合物的磺化和氯磺化。如生产各种颜料、染料的磺化等。

磺化反应的主要危险性有：

（1）火灾。常用的磺化剂，如浓硫酸、氯磺酸等是强氧化剂，原料多为可燃物。如果磺化反应投料顺序颠倒、投料速度过快、搅拌不良、冷却效果不佳而造成反应温度过高，易引发火灾危险。

（2）爆炸。磺化是强放热反应，若不能有效控制投料、搅拌、冷却等操作环节，反应温度会急剧升高，导致爆炸事故。

（3）沸溢和腐蚀。常用的磺化剂三氧化硫遇水生成硫酸，会放出大量热能造成沸溢事故，并因硫酸的强腐蚀性而减少设备寿命。

3、卤化反应。有机化合物中的氢或其他基团被卤素（Cl、Br、F、I）取代生成含卤有机物的反应称为卤化反应。化工生产中常见的卤化反应有：黄磷与氯气反应生成三氯化磷、硫磺与氟气反应生成六氟化硫、双酚A、苯酚、二苯乙烷与溴素反应生成溴系阻燃剂等。

卤化反应主要危险性有：

（1）火灾。卤化反应的火灾危险性主要取决于被卤化物质的性质及反应过程条件，反应过程所用的物质为有机易燃物和强氧化剂时，容易引发火灾事故。

（2）爆炸。卤化反应为强放热反应，因此卤化反应必须有良好的冷却和物料配比控制系统。否则超温超压会引发设备爆炸事故。

（3）中毒。卤化过程使用的液氯、溴具有很强的毒性和氧化性，液氯储存压力较高，一旦泄露会发生严重的中毒事故。

4、强氧化反应。物质与氧或强氧化剂发生的化学反应称为强氧化反应。常见强氧化反应有：氨氧化制硝酸、甲醇氧化制甲醛、丙烯氧化制丙烯酸等。

强氧化反应的主要危险性有：

（1）爆炸。强氧化反应一般是剧烈放热反应，反应热如不及时移去，将会造成反应失控而发生爆炸事故。氧化反应中的物质大部分是易燃、易爆物质，副产过氧化物的性质极不稳定，受热易分解，有爆炸危险。

（2）火灾。氧化剂具有很强的火灾危险性，如遇高温、撞击、摩擦以及与有机物、酸类接触都能引发火灾。

5、重氮化反应。重氮化是使芳伯胺变为重氮盐的反应。常见的重氮反应有：丙酮氰醇与水合肿、氯气合成偶氮二异丁腈、芳胺与亚硝酸钠反应制得偶氮染料等。

重氮化反应的主要危险性有：

（1）爆炸。重氮化反应的危险性在于所产生的重氮盐，在温度稍高或光的作用下，极易分解，有的甚至在室温时亦能分解。一般每升高10℃，分解速度加快两倍。在干燥状态下，有些重氮盐不稳定，外部条件能促使重氮化合物激烈分解，有爆炸着火的危险。

（2）火灾。作为重氮剂的芳胺化合物多为可燃有机物在一定条件下易引发火灾

6、加氢反应。在石油化工生产中，在催化剂及氢存在条件下以除去其中的硫、氮或不饱和键、烯烃或使原料发生裂解的反应称为加氢反应。

加氢反应的火灾危险性有：

（1）爆炸。许多还原反应都是在氢气存在条件下，并在高温、高压下进行，如果因操作失误或设备缺陷发生氢气泄漏，极易发生爆炸。

（2）火灾。加氢裂化在高温、高压下进行，且需要大量氢气，一旦油品和氢气泄漏，极易发生火灾或爆炸。

（3）氢脆。加氢为强烈的放热反应，氢气在高温下与钢材接触，钢材内的碳分子易与氢气发生反应生成碳氢化合物，使钢制设备强度降低，发生氢脆。

（二）、高危险储存装置的危险性

高危险储存装置：储存剧毒、液化烃、液氮、低闪点易燃液体和液化气体的储罐、钢瓶、气柜等。其危险性：

（1）泄漏。由于储存设备损坏或操作失误引起泄漏，从而大量释放易燃、易爆、有毒有害物质，将会导致火灾、爆炸、中毒等重大事故发生。如四川发生的液氯储罐泄漏爆炸事件，使数十万居民紧急转移，影响极大。

（2）中毒。有毒物质泄漏后形成有毒蒸汽云，它在空气中漂移、扩散，直接影响现场人员，并可能波及居民区。大量剧毒物质泄漏可能带来严重人员伤亡和环境污染。

（3）火灾。储存易燃液体、易氧化或遇水剧烈反应的物质，易引发火灾事故。

（4）爆炸。储存低闪点的易燃液体或气体，如液化烃储罐，由于液化烃闪点低，极易燃烧，一旦泄露遇酸、撞击、摩擦、有机易燃物质或积聚的静电会发生火灾及爆炸事故。如南京金陵石化的油罐发生爆炸事故，造成20人死亡。

（三）人工手动控制的危险有害因素

1、危险性大小五要素：

化工装置的危险性大小通常用危险度来分级，分为高度危险级、中度危险级和低度危险级三级，构成危险度的五个要素是：

（1）、物质：工艺过程中的物质本身固有的点火性、可燃性、爆炸性和毒性。

（2）、容量：工艺过程中物料量，量大危险性大。

（3）、温度：运行温度越高，点火温度低的危险性大。

（4）、压力：运行压力越高越危险。

（5）、操作：不同的化工产品、不同的反应类型、不同的运行条件、不同的工艺路线、不同的原料路线造成化工操作异常复杂。

2、人工手动控制的危险有害因素

据初步调查，我省中小型化工企业的生产装置，一般以人工手动控制为主要操作手段。从化工生产的特点分析，人工手动控制的危险有害因素有：

（1）、现场人工操作用人多，一旦发生事故件直接造成人员伤亡。

（2）、人的不安全行为是事故发生的重要原因。在温度、压力、液位、进料量的控制中，阀门开关错误或指挥错误将会导致事故的发生。

（3）、人工手动控制中很难严格控制工艺参数，稍有不慎即会出现投料比控制不当和超温、超压等异常现象，引发溢料、火灾甚至爆炸事故。

（4）、作业环境对人体健康的影响不容忽视，很容易造成职业危害。

（5）、设备和环境的不安全状态及管理缺陷，增加了现场人员机械伤害、触电、灼伤、高处坠落及中毒等事故的发生，直接威胁现场人员安危。

二、常用的自动化控制和安全联锁方式

（一）自动控制和安全联锁的作用

化工生产过程中高温、高压、易燃、易爆、易中毒、有腐蚀性、有刺激性臭味等危险危害因素是固有的。自动化操作不仅能严格控制工艺参数、避免手动操作的不安全隐患还能降低劳动强度、改善作业环境，而且能更好的实现高产、优质、长周期的安全运行。

总之，对高危险工艺装置，在不能消除固有的危险危害因素又不能彻底避免人为失误的情况下，采用隔离、远程自动控制等方法是最有效的安全措施。

（二）常用的自动控制及安全联锁方式

对高危作业的化工装置最基本的安全要求应当是实行温度、压力、液位超高（低）自动报警、联锁停车，最终实现工艺过程自动化控制。目前，常用的工艺过程自动化控制及安全联锁主要有：

1、智能自动化仪表。智能仪表可以对一个温度、压力、液位实现自动控制。

2、分布式工业控制计算机系统，简称DCS，也叫做分散控制系统。DCS是采用网络通讯技术，将分布在现场的控制点、采集点与操作中心连接起来，共同实现分散控制集中管理的系统。

3、可编程序控制器，简称PLC。应用领域主要是逻辑控制，顺序控制，取代继电器的作用，也可以用于小规模的过程控制。

4、现场总线控制系统，简称FCS。FCS是基于现场总线的开放型的自动化系统，广泛应用于各个控制领域，被认为是工业控制发展的必然趋势。尤其本质安全型总线,更加适合直接安装于石油、化工等危险防爆场所,减少系统发生危险的可能性。

5、各种总线结构的工业控制机，简称OEM。总线结构的工业控制机的配置灵活，扩展使用方便，适应性强，便于集中控制。

6、以上控制方式都可以配备紧急停车系统（ESD）和其他安全连锁装置。

（三）典型控制单元模式

化工生产过程千差万别，单元操作类型并不多。下面，简单介绍几个典型的基本单元控制模式：

1、化学反应器基本单元操作模式

多数化学反应是放热反应，硝化、卤化、强氧化反应是剧烈的放热反应；磺化、重氮化、加氢反应是强放热反应。随着反应温度的升高，反应速度将会加快，反应热也将随之增加，使温度继续上升，没有可靠的移除反应热的措施，反应不稳定，将会超温，引发事故。

化学反应器的控制指标有温度、压力、流量、液位等，是各单元操作中较复杂也是最危险的操作。多数反应器应当配置超温、超压、超液位报警和联锁系统。

（反 应器 单 元 模 式 见 附 图 A，B）

这是一个典型的硝化、氯化、磺化反应器控制原理图。

1，这是流量控制，通过控制进料量使系统反应配比及反应过程稳定。这个地方也可以根据实际情况采用比值调节来控制进料配比。

2，这是温度调节通过控制冷媒流量来调节反应器温度。当反应器温度上升时，系统自动调大调节阀开度使冷媒流量加大。反之亦然。

3，这是温度超高连锁，当温度超高时系统报警，同时关闭紧急切断阀切断进料。

4，这是液位控制，通过控制出料阀的开启度来控制出料量使反应器液位保持恒定。同时可设液位高低限报警。

这是一个典型的聚合反应器，设夹套加热，盘管冷却。

1，与前面反应器不同的是配置了压力调节系统，使反应器的压力保持稳定。当反应超压时报警，同时连锁关闭进料阀，若反应器内余料继续反应，压力继续升高，就开启安全泄压系统，尾气进回收装置。

有些反应为满足反应条件需要先升温，反应开始后又会放热，为控制温度恒定，需要再降温，对这类反应的温度控制就更加复杂。

2降温系统。

3升温系统。

2、蒸馏塔系统基本单元模式

蒸馏是应用极为广泛的传质过程，其目的是将混合液各组分进行分离，达到要求的纯度标准。

蒸馏塔系统的调节参数有进料量、馏出量、釜液量、冷却量、加热量、回流量六个；被调节参数有压力、塔釜液位、进料量、产品量、回流罐液位、回流比六个。

（蒸馏塔系统单元模式见附图C）

1，进料量控制 2，加热量控制

3，塔釜液位控制 4，回流量控制

5，冷凝液位控制

3、换热器基本单元模式

工艺过程中常设置换热器设备（冷却器、再沸器、冷凝器等），其调节控制参数都是温度。通常控制方案有三种：调节有效传热面积、根据工艺物料出口温度来调节冷（热）载体流量、改变温差

（换热器基本单元模拟见附图D）

1，温度超高报警连锁，温度超高后报警同时切断蒸汽入口阀。

2，加热量控制系统

3，进料量控制系统

4，进料预热控制系统

5，液位控制系统

6，压力控制系统

4、易燃液体储罐基本单元模式

仪表控制设计一般要求

①

液位：就地液位指示，远传液位指示，高、低液位报警，高、低液位联锁（需要时设）。

②

温度：就地温度指示、远传温度指示（需要时设报警），有加热系统的设温度调节

③ 流量：进出料管线上设流量计

附图E

常压液体储罐基本单元模式

易燃液体储罐说明：

安全设施有：

1、喷洒冷却水，压力指示、报警；可和温度连锁实现自动喷淋

2、现场流量指示及液位现场指示、远传指示、高低液位报警及超高液位连锁；

3、氮封压力调节，使罐内氮封压力保持正压；

4、阻燃式呼吸阀；

5、有必要时设温度指示、报警、连锁；

6、必要时在储罐附近设可燃气体浓度监测报警及有毒气体浓度监测报警。

7、有些储罐可设置泡沫灭火设施。

以上的这些监测点的采集、显示，以及控制阀门的动作等等，所有这些控制策略需要DCS或者PLC来完成。

三、安装（改造）自动控制和安全联锁装置应做的主要工作

化工企业高危险工艺装置安装自动控制和安全联锁的技术改造工作，应主要做好以下几点：

（一）对工艺装置进行风险分析。

（1）对产品、中间产品、原料及辅助材料的物理、化学性质进行分析，确认其点火性、可燃性和毒性，并根据其贮存量和工艺过程中的物料量确定其危险程度；

（2）对工艺的固有危险性进行分析，确认工艺过程中有几步化学反应，主要危险是什么。并对可能发生的事故类型、损失程度进行分析；

（3）对反应器、储罐等主要危险设备的新旧程度、生产、储存装置的现有状态进行分析；

（4）对企业现有工艺规程、安全规程等操作制度和现有的安全设施进行分析；

（5）通过以上分析找出现有装置的主要危险有害因素，主要工艺控制参数，初步确定控制点和监测点的要求。

对以上的风险分析工作，大型企业可以组织自己的工艺、设备、安全方面的专家自主进行，中小型企业从提高企业安全生产条件的角度出发，应当委托具有相应资质的安全评价、化工设计等中介机构进行。

（二）制定安装（改造）方案。化工企业高危险工艺装置安装自动控制和安全连锁是一项非常复杂的系统工作。自动控制和安全联锁系统的方案设计，应当委托具有资质的设计单位承担。对于高度危险装置的自动化控制和安全连锁系统方案设计，建议委托具备甲级资质、有经验的设计单位承担，根据国家相关设计规范和标准进行全面的安全系统设计。

（三）做好实施的各项准备工作。企业的设计方案确定后，要做好实施前的准备工作，一是自动控制系统、安全联锁装置的选型，根据先进性、经济合理性、供应商服务能力与质量等原则，咨询设计等单位的意见后确定；二是对相关人员进行专业培训，确保掌握自动控制及安全联锁装置的知识和操控能力；三是制定新的工艺操作规程和安全规程，并组织企业全员学习。

（四）安装、调试和投入运行。装置停车进行相关的吹扫、置换、封堵等工作，确保停车过程中的安全。自动控制及安全联锁装置的安装、调试，必须由具备能力有资质的单位承担，企业应当选派人员参与安装调试工作，培养自己的技术人才。安装调试完成后，企业按照事先制定的开车方案，并严格按照安全规程的要求，进行空车联动试运转，在确认无问题后再投料开工，正式投入运行。

小结

通过近年来我公司设计的中小型化工医药项目看，如山东东岳化工1万t/a R134a、5000t/a R152、KB建滔（河北）化工5万t/a 苯加氢、广东韶关1.5万t/a HF、内蒙俱进化工4000t/a表面活性剂、帝斯曼淄博制药有限公司1200t/a 头孢氨苄、齐鲁增塑剂公司2万t/a多品种增塑剂、东营胜大化工1万t/a氯化聚乙烯、淄博中轩黄原胶项目远程控制技术改造、淄博嘉吉公司20万吨酒精回收等项目。采取DCS或PLC控制，在控制工艺运行指标、稳定产品质量、降低物料消耗、减少用工、实现本质安全生产等方面，都达到了预期效果。

下一步，我们将按照这次会议要求，继续深入研究化工企业高危险工艺装置自动控制和安全联锁技术，为全省化工行业的安全生产做出应有的贡献！

谢谢！

高集成自动化控制技术 篇2

本标准规定了机床数控系统研发、设计、制造、验收及应用的基本要求, 内容包括:技术要求、试验方法、检验规定及包装储运等。

本标准适用于各种类型的机床数控系统, 包括金属切削机床、锻压机床、木工机床及特种加工机床等的数控系统。其他用途的数控系统亦可参照执行。

2 规范性引用文件

(略)

3 术语和定义

GB/T 8129—1997确立的以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1 数控系统

使用数值数据的控制系统, 在运行过程中不断地引入数值数据, 从而实现机床加工过程的自动控制。数控系统的基本组成包括数控装置和驱动装置两部分。其中驱动装置又包括完整驱动单元和电机两部分。

3.2 数控装置

数控装置为数控系统的控制部分, 一般由微处理器、存储器、位置控制器、输入/输出、显示器、键盘、操作开关等硬件电路和包括相关的控制软件所组成。

3.3 驱动装置

数控系统的驱动装置是由完整的驱动单元加上相应的电机而组成。

以上分类见图1数控系统的典型组成与端口/接口的示意图。

3.4 电柜、机箱与内置型机箱

电柜和机箱是用来安装数控系统的电路和部件, 用以防止外部影响及操作人员触电的壳体。通常机柜体积较大, 开有柜门, 机箱较小, 开有盖。内置型机箱是指安装在电柜或其他机箱内部的机箱。

注:对于做成内置型机箱的数控系统的控制装置, 其操作面板部分通常为操作人员可以接触到, 而其余部分则安装在电柜或其他机箱内部。

3.5 端口

数控系统各装置和单元上, 能够提供和接受电磁能量或信号, 且这些电磁能量或信号能够被测量到的特定边界 (见图1) 。

注:端口一般是指数控系统对外部的边界, 而接口一般是指数控系统内部各装置或单元的边界。

3.6 机箱端口

数控系统的物理边界, 电磁场可以通过这个边界辐射或侵入。

3.7 电源端口

连接数控系统各装置和单元供电电源的端口。电源端口中通常包含保护接地端口。

注:驱动单元连接电机的电源输出端口为电机电源接口。

3.8 控制与测量信号接口

连接数控系统各装置和单元之间的控制与测量信号的接口。接口之间通过相应的信号线或信号电缆相连接从而完成指定的功能。

3.9 计算机信号端口

数控系统各装置与计算机之间的信号端口, 通常包括RS232/485、USB、键盘、网络等信号端口。

3.1 0 第一类环境

民用环境, 同时还包括那些不经过中间变压器而直接连接到向民用供电的低压供电电网的应用环境。

注:第一类环境的示例:居住房屋、公寓、商业区和居住区的办公楼。

3.1 1 第二环境

除了直接连接到向民供电的低压供电电网的应用环境之外的所有环境。

注:第二类环境的示例:工业区以及由专业电力变压器供电的用于技术服务区的建筑物。

3.1 2 电磁兼容性 (EMC)

数控系统在其电磁环境中能正常运行且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

3.13 (对骚扰的) 抗扰度

数控系统及其各装置或单元面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。

3.1 4 静电放电

具有不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移。

3.1 5 脉冲群

一串数量有限的清晰脉冲或一个持续时间有限的振荡。

3.16 浪涌 (冲击)

沿线路或电路传播的瞬态电压波。其特征是电压快速上升后缓慢下降。

3.17 电压暂降

电气系统某一点的电压突然下降, 经历几周到数秒的短暂持续期后又恢复正常。

3.18 辐射骚扰

以电磁波的形式通过空间传播能量的电磁骚扰。

3.19 传导骚扰

通过一个或多个导体传递能量的电磁骚扰。

3.20 工频磁场骚扰

由工频磁场所引起的电磁骚扰。

3.21 可靠性

数控系统在规定的条件下和规定的时间内, 实现规定功能特性的能力。

3.22 平均无故障工作时间 (MTBF)

数控系统无故障工作时间的平均值。

4 技术要求

4.1 数控系统的功能要求

4.1.1 数控系统的功能分类

数控系统按其功能用途可以分为金属切削机床、锻压机床、成型加工机床、木工机床、特殊加工机床和专用机械等数控机床用的数控系统。各类数控系统的功能定义应符合GB/T 8129—1997的规定。

4.1.2 坐标轴与运动方向

数控系统的坐标轴和运动方向应符合GB/T 19660—2005的规定。

4.1.3 准备功能与辅助功能代码

数控系统使用的准备功能G和辅助功能M的代码应符合JB/T 3208—1999的规定。

4.1.4 数据格式

数控系统所采用的数据格式应符合GB/T 8870—1988的规定。

4.1.5 数控系统的控制功能

各类数控系统所具有的控制功能应能满足所控制的数控机床的使用要求。

数控系统一般应具有自动操作、手动操作、程序输入和编辑、自诊断、报警显示、机床回零点、手动数据输入 (MDI) 、手摇脉冲发生器或单步进给等基本功能。

对于性能较高的数控系统, 或特种数控系统, 还应具有和数控机床要求相适应的更多的功能。

对有特殊功能要求的数控系统, 可以由供需双方在技术协议合同中规定。

各个数控系统生产厂商的各个型号的数控系统的具体功能以及其有关技术指标, 应在其产品说明书或使用手册中详细说明。

4.2 数控系统的基本设计要求

4.2.1 结构与外观

数控系统的电柜、机箱及操作面板的结构与布局应合理、美观、协调并符合人体工程学原则, 同时应具有使用及维护的方便性。

电柜、机箱以及零部件表面应平整匀称, 不应有明显的凹痕、划伤、裂缝或变形, 表面涂、镀层不应有气泡、龟裂、脱落或锈蚀等缺陷, 其外形尺寸应符合设计要求。

4.2.2 标志

数控系统的电柜、机箱、操作面板上的开关、按键、按钮、旋钮、指示灯、保险丝及控制单元 (如手摇脉冲发生器) 等都应有表示其功能的标志并可以采用形象化标志;电源端口、保护接地端口及信号连接端口/接口等应有表示其作用或相应端子定义的标志;表示数控系统的技术要求或性能也可以使用相应的标志。

所有这些标志应牢固、清晰、美观、经久耐用及易于观察, 并且不会因为系统安装或连线时被破坏或永久遮盖。

所使用的各种标志应符合GB 18209.1—2000、GB18209.2—2000、GB/T 17161—1997、GB/T 4205—2003、GB/T3167及GB/T 3168等有关标准的规定。外包装上的标志应符合本标准第7章的规定。

4.2.3 颜色

4.2.3. 1 连接导线

当用颜色代码作连接导线的标记时可采用黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝 (包括浅蓝) 、紫、灰、白、粉红、青绿等颜色。保护导线的颜色为黄/绿双色线且是绝对专用的。

建议使用下列导线颜色代码:

——黑色:交流和直流动力电路;

——红色:交流控制电路;

——蓝色:直流控制电路;

——橙色:由外部电源供电的连锁控制电路。

详细要求参见GB 5226.1—2002中14.2。

4.2.3. 2 操作控制元件

操作控制元件 (按键与按钮) 的颜色应符合表1的规定, 详细要求应符合GB 5226.1—2002中10.2和GB 18209.1—2000中5.2的规定。

4.2.3. 3 指示元件

指示元件 (指示灯、光标按钮、闪烁灯) 的颜色应符合表2的规定, 详细要求应符合GB 5226.1—2002中10.3、10.4和GB18209.1—2000中5.2的规定。

4.2.4 导线与连接

连接导线和电缆的选择应符合GB 5226.1—2002中第13章的规定, 连接与布线应符合GB 5226.1—2002中第14章的规定。插头与插座组合的形式应使得无论何时, 即使在连接器插入或拔出时, 能够防止人与带电部分意外接触 (保安特低电压电路除外) , 从而避免危险隐患。

4.2.5 防护

4.2.5. 1 防护等级要求

数控系统电柜和机箱的防护等级要求如下:

——电柜和机箱:IP54。

——内置型机箱:IP54～IP00。

注1:对控制装置的内置型机箱, 其操作面板部分防护等级要求为IP54, 其他部分可以降低:防止人员触电的最低要求为IP20, PELV电路即保安特低电压电路防护等级可以为IP00。

注2:IP防护等级的定义如下:

—IP54:防尘, 不能完全防止尘埃进入, 但进入的灰尘量不得影响设备正常运行, 不得影响安全;防溅水, 向外壳各方向溅水无有害影响。

——IP20:防止人用手指接近危险部件;防止直径不小于12.5mm的固体异物进入外壳内;无防水。

——IP00:无防护。

有关防护等级IP代码的组成和含义的详细内容可以参见GB4208—2008中第4章、第5章、第6章。

4.2.5. 2 防护等级的设计

为保护电柜和机箱达到IP54等级要求, 其设计原则是保证它的密封性能, 这样做不仅防尘并且防潮, 对在恶劣条件下运行的数控系统尤为重要。具体方法包括将电柜或机箱的门边框采用密封条或密封圈, 其材料应能经受侵蚀性液体、油、雾或气体的化学影响;机箱的所有通孔应密封住, 电缆线进口在现场应容易打开等;详细要求应符合GB 5226.1—2002中12.4的规定。

电柜和机箱内部散热的解决方法:

——推荐采用小型工业用空调或热交换器。

——不推荐采用普通散热结构的设计。

——推荐采用专门散热结构的设计。

注1:普通散热结构的设计是指使用风扇散热的一种传统的简单结构设计, 由于它会造成电柜或机箱内部与外部之间空气快速交流, 容易引起灰尘、冷却液和油雾等在数控系统的电子电路内部快速沉积从而造成可靠性下降。它虽然看起来符合IP54的要求, 但由于工业应用现场各种环境污染复杂, 即便安装了风扇过滤网, 但常因疏于清洗和更换, 在使用过程中或者堵塞风道或者过滤网破损从而增加了数控系统故障率。

注2:专门散热结构的设计是指将功率型发热元器件集中在散热器上, 对散热器及大功率电阻等发热部件采用独立风道进行强迫风冷 (如果需要风冷的话) , 其他电路及元器件采用无风扇的自然空气冷却的一种结构设计。它可以有效提高数控系统的可靠性。

注3:以上推荐的方法同样适用于数控机床厂商设计制造的用以安装内置型数控装置的电柜和机箱。也同样适用于机床数控化改造的电柜和机箱。

4.2.5. 3 防护的其他要求

如果工作、存放和运输环境有超量污染物 (如灰尘、酸类物、腐蚀性气体或盐类物) 和辐射时, 供方与需方可能有必要达成专门协议。

4.2.6 操作与维修性

应充分考虑电柜、机箱的操作和维修性, 并符合GB5226.1—2002中12.2的规定。

4.2.7 铭牌

数控产品应有包括型号、名称、制造厂名、制造日期、额定电压、相数、额定电流或功率等内容在内的铭牌, 其文字要清晰、美观、耐久。铭牌的固定或张贴要牢固, 易于观察。

4.3 数控系统的接口信号要求

4.3.1 模拟接口信号

数控系统的各个装置或单元之间的控制信号可以使用模拟接口信号, 其要求如下:

——输入信号为:±10V或0～10V, 输入阻抗≥10kΩ;

——输出信号为:±10V或0～10V, 负载阻抗≥1kΩ。

注:模拟输出应能承受直至短路时的任何过载。

其他模拟输入输出接口信号也应符合IEC 61131-2:2007中5.3的规定。

4.3.2 数字脉冲接口信号

数字脉冲接口信号在数控系统的各个装置或单元之间可以有多种类型:控制用电平接口信号、进给用脉冲接口信号、测量用脉冲反馈接口信号、通讯用接口信号 (如RS232/485、USB、键盘接口) 等。数控系统的生产厂商应在其产品说明书或使用手册上具体说明。对于脉冲和电平接口信号, 还应说明脉冲信号的种类、电平、速率、信号电流等。

4.3.3 现场控制总线接口

高性能的数控系统往往采用现场控制总线来作为数控系统的装置或单元之间的接口。现场总线种类很多, 各个数控系统生产厂商应根据自己使用的技术, 在产品说明书或使用手册上说明。

4.3.4 其他控制信号

数控系统的驱动装置与控制装置之间应具备基本交换信号:

——准备就绪 (驱动装置输出) ;

——允许/封锁工作 (驱动装置输入) ;

——故障报警 (驱动装置输出) 。

其他控制信号也应在使用说明书或使用手册中说明。

高集成自动化控制技术 篇3

L6726A和L6727是两款价格低廉的单相PWM控制器，内建多个大电流驱动器，设备厂商利用这些产品能够设计性能卓越的通用直流-直流降压变换器，以满足从台式计算机子系统（如内存和芯片组）到通用电源的各种应用需求。因为芯片的集成度很高，这些紧凑型的SO-8产品有助于大幅度降低电源的成本和尺寸。

L6728和L6728A则在上述两款入门级产品的基础上增加了高端主板市场所需的特性和功能，例如，在温度变化过程中线路电压精度大约0.8%、实时报告输出电压状态信息的PowerGOOD输出引脚、芯片级的10引线DFN封。这两款产品针对简单而灵活的应用设计提供了一个频率固定的300kHz (L6728)或600kHz (L6728A)振荡器。这是首次在一个如此小的封装内集成所有这些高级功能，这两款产品特别适用于服务器和非隔离型负载点（niPOL）设备。

除服务器和PC机主板外，这些控制器适用于调制解调器、机顶盒、消费电子产品和高级直流-直流降压变换器。

高集成自动化控制技术 篇4

坑下矿山高溜井漏风及粉尘污染控制技术研究

安庆铜矿井下的高溜井较多,高度达180m以上,每条溜井服务多个中段,在生产使用过程中存在漏风、污染问题,为此安庆铜矿进行了高溜井漏风及粉尘污染控制技术研究,通过研究和整治,解决了高溜井漏风及粉尘污染问题.

作 者：李政 作者单位：安庆铜矿,安徽安庆,246131刊 名：有色金属(矿山部分) ISTIC英文刊名：NONFERROUS METALS (MINE SECTION)年，卷(期)：58(5)分类号：X7关键词：高溜井 漏风 粉尘污染 卸压 湿式净化 链板挡风板

选矿自动化控制技术应用现状 篇5

我国矿产资源储藏量十分巨大，但当前选矿生产工作中，矿产资源的利用率占比较小，资源利用率较低。造成此类问题的首要原因是由于我国矿产资源面临着种类多样，矿产资源分布参差不齐的情况。选矿过程中，由于环境较为恶劣，对于矿石的碎度、干燥度、磨矿等级、重介质等均有严格的要求。例如，我国精矿产品的挑选，需满足铜精矿本元素含量>12%；锌精矿本元素含量>40%；锡精矿本元素含量需>55%等等。这就为我国选矿生产带来了一定的难度，如果在选矿生产过程中无法把握好生产质量，那么就会造成矿石无法得到有效利用等一系列问题。传统选矿生产中，工人只能借助以往选矿的经验，进行手动选矿，这就造成了矿石质量难以精准把握，缺乏对矿石生产的统一衡量标准[1，2]。

1.2自动化选矿生产的经济效益

在选矿生产工作中引进自动化技术，能够代替传统选矿生产手动化操作，运用机器进行大规模的选矿生产，可以提升选矿的速度。众所周知，劳动价值量决定了劳动产生的最终价值。通过引进自动化技术，能够加快选矿生产的速度，同时提升选矿生产的经济效益。应用自动化技术，有利于相关矿山企业在行业市场中的良性竞争，使得矿山企业在市场中占据主导地位。

1.3选矿生产工作中自动化技术应用所面临的问题

谈石油化工仪表自动化控制技术 篇6

2.1自动化检测与修复技术

自动化检测与修复技术对石油化工行业的自动化控制极为关键，对生产过程中的精确度、安全性以及可靠性至关重要，它对于降低生产成本、提升生产效率具有强大的推动作用「2」。石油化工生产过程中生产工序复杂多变，为了尽可能地减小危险事件的发生，应用自动化检测和修复技术具有一定的现实意义。一方面，借助自动化控制系统的配套设备将各个生产环节置于监督下，对各项温度、压力以及流量进行合理监控，对可能出现的故障进行及时排查和处理，提高石油化工生产效率，使生产处于安全稳定的状态;另一方面，自动化控制系统实现过程自动化操控，避免因人为失误而造成的问题，提高整个生产过程运行效率。

2.2监测模型分析技术

石油化工生产过程各个环节均处于不断地变化，必须对各个过程中进行实时监测，才能更好地全面把握石油化工生产的特点，提高生产过程的安全性、稳定性以及合理性。而监测模型分析技术的出现有效解决这一问题，通过对每个生产环节进行实时监测，及时了解、分析和处理不同时段出现的不同情况，并将其记录在册，便于进行及时处理和改进。根据实际应用中出现的问题，做到及时完善监测模型分析技术，使其更好地解决石油化工生产过程中出现的问题，促进石油化工行业的高效发展。

2.3实时仪表监控技术

实时仪表监控技术是借助仪表对生产过程进行即时记录和检测。它借助DCS和PLC控制技术对实际生产环境中的各项数据进行实时记录和反馈，以加快生产效率，尽可能地实现生产效益的最大化。实时仪表监控技术通过仪表实现对生产环节有效控制，提高生产安全性能，极大地促进石油化工行业的可持续发展。

3结语

石油化工仪表中自动化控制技术不仅有利于生产安全性能的提升，降低过程中的风险发生率，而且有利于减少人力投人，降低企业的生产成本。基于此，相关部门必须大力发展石油化工仪表中的自动化控制技术，从自动化检测与修复技术、监测模型分析技术以及实时仪表监控技术等方面进行实时创新，整体卜提升石油化工行业的生产效率，提升化工行业的发展进程。

机加工自动生产线控制系统集成 篇7

随着信息采集技术、网络技术与微控制器技术的迅速发展普及, 以及互联网与移动通信网络的广泛应用, 大规模发展物联网及相关产业的时机日趋成熟。

物联网的发展和物联网技术在制造业中的应用, 使得先进制造技术正在向信息化、自动化和智能化的方向发展, 不仅要求高效制造出满足用户需求的优质产品, 而且还要求清洁、灵活地进行生产, 以提高产品对动态多变的市场的适应能力和竞争能力[1]。

无锡职业技术学院基于物联网的智能工厂始建于2012年, 车间建筑面积5000平方米, 拥有自动生产线、产量柔性精益生产单元、立体仓库、教科研场所等单元, 整个车间基于工业以太网的网络结构, 采用PLC技术、RFID技术、传感技术、网络技术和计算机技术, 实现了控制中心与各个加工单元、仓储单元之间的信息交互和管理, 构建了一个从PCS、MES到ERP三个层次一体化的集生产、教学、科研、服务于一体的智能工厂。

1 自动生产线控制系统结构

智能工厂调温器体生产线为全自动生产线, 生产单元如图1所示布局。线体主要由输送辊道、顶升平移机、工装夹具、停止器、传感器、托盘等部件组成, 在线体周边依加工工序和工艺要求布置有立式加工中心、机器人、清洗装置、机械手、自动检测装置等设备。整个生产线不仅要求各个机构能够自动地配合、加工出合格的产品, 而且要求工件进入托盘后, 从机床的上下料、定位夹紧、机加工以及工件在各工序间的输送、检测等都能自动进行, 为此系统需要通过液压系统、电气控制系统、PLC系统以及上位机指令将各个部分的动作和逻辑关联起来, 使其按照规定的程序和预定的节拍自动工作。

为了使生产线各个工序、各种动作有条不紊的、周期性的协调工作, 系统采用PLC及其分布式远程I/O模块实现生产单元的“集中管理、分散控制”;同时PLC接收来自上位机MES系统的管理, 包括操作人员信息核对、产品控制、物料管理等信息, 控制系统结构如图2所示。

自动生产线选用西门子CPU315-2PN/DP模块, 该模块内置工业以太网接口和现场总线接口, 可在分布式I/O的生产线上作为集中式控制器使用, 能满足自动生产线控制要求以及控制系统与上层MES系统、底层分散的I/O设备之间的通信。通信内容包括操作人员身份识别、生产线线体状态、机械手信息、机器人信息、工件加工信息、机床工作状态及各种故障信息等。

系统硬件组态如图3所示。采用PROFINET网络与底层的现场I/O设备通讯, I/O设备包括IM151-3 P N现场模块、E T 2 0 0 e c o P N输入输出模块、RF180C通信模块等具有以太网功能的模块;为了与车间其他单元PLC系统数据共享, 控制系统还配备了工业级PN/PN耦合器, 通过该网桥, 可以实现自动生产线与车间其它PLC系统之间的信息交互。

生产线中机床、机器人配有PROFIBUS-DP板, 作为PLC的PROFIBUS-DP从站接入自动生产线网络;PROFIBUS-DP是一种经过优化的高速的通信网络, 以保证单元控制器与现场级设备通信的快速性[3], 实现了控制中心对机床、机器人的交互连锁控制, 并能实时采集机床、机器人的状态信息, 例如图4为在PLC中采集到的机床某一时刻的工作情况, 包括机床的运行状态、主轴转速、当前刀具号等信息。

为了保证生产的可靠性, 在各单元的控制器之间采用光纤环网连接, 一旦MES系统出现故障, 控制系统可以脱离MES系统正常生产。

2 生产过程监控

为了实现对生产线上产品生产信息的全程跟踪、实时记录和有效追溯及其实现对产品的库存管理, 在生产线上的每一道工序都布置有RFID读写器RF380R, 对应的电子标签RF340T安装在承载物料的托盘上, 从而形成生产管理系统与现场生产信息的连接通道。

通讯处理器选用RF180C PN, 每个处理器可以连接两台读写装置。读写器通过工业以太网接口连接到RF180C模块上, RF180C模块通过工业以太网接口连接到其他以太网设备接口上, 其硬件组态方式如图5所示。

读写器采集生产数据, 由PLC将采集到的状态数据发送到上位机并接收上位机指令[2], 上位机对生产过程进行统一调度和监控。

图6为读写器往电子标签MDS中写入信息, [DB47.DBB0]=1为写指令 (为2是读指令) , 用于将存储在[DB47.DBB6]指定的数据块数据写入MDS中, 写入信息长度为[DB47.DBB2]中设定的字节长度值。

通过传感器、控制器及MES的配合, 将工序信息写入电子标签、或将电子标签信息传送到MES系统, MES系统对数据进行分析转发, 实现对产品信息的识别、跟踪、查询和追溯。图7为MES系统对自动生产线某一产品的跟踪, 其中事件MOVE是指移入操作, 当前加工件从上一步初加工进入自动检测工序, 进站时间是13点25分。

可见, 基于RFID技术的现代物流系统, 有利于增强工厂管理水平, 提高生产效率, 同时也是工厂向现代化制造业转变、融入现代物联网的重要部分。

此外, 在生产线末端还设有二维条码机打码工位, 通过RFID读写器读写电子标签内物料信息, 并将信息发送到打标服务器, 如果产品检验合格则启动打标机工作程序, 完成对产品的打标工作, 使得系统能对加工好的成品进行信息追溯和管理, 如果产品检验不合格则直接放行进入废品收纳通道;在毛坯超市入口处, 工作人员需要通过一维条码枪扫描工卡、工件, 只有身份、物料相符且满足操作要求时, MES系统才会给控制系统下发设备使能信号, 实现对工件的加工防错功能。

3 与MES系统集成

系统采用OPC技术, 实现上位机MES与PLC之间的通信。PLC系统和上位机之间需要建立一定的应答机制, 以便上位机采集现场数据, 跟踪现场信息, 依据跟踪结果判断生产工艺参数的合理性, 并下发产品动作指令, 使得MES系统能对工艺路线控制信息、现场设备故障信息、现场工位缺料信息、现场订单执行进度信息、现场设备操作人员信息等基础数据进行管理。

图8为MES系统与PLC系统建立的应答机制, 该数据通过RFID读写器获取。当MES计算机成功获取某一工序数据后会给PLC反馈信号“1”, 托盘进入下一工序。

图9为MES对物料的管理信息, 通过对RFID信息的读写, 自动记录加工件工序号、工序实际开始和结束时间、工序具体加工的设备/工位、操作者等生产信息。

4 与车间级物料小车控制系统集成

自动生产线进出口处设有毛坯超市和成品超市。毛坯超市在生产线的入口、成品超市在生产线的出口。在超市的辊道入口处设有三个按钮, 分别是小车呼叫 (缺料呼叫/成品入库呼叫) 、校验按钮和确认按钮, 其中校验按钮用于对毛坯的校验, 当小车上运载的货物与生产单元请求货物批号不一致时, MES发出错误信号, 生产单元毛坯辊道线上的停止器关闭不放行, 货物不能进入生产单元。

如图10所示, 工厂智能管控平台作为无线接入点即AP主站, 采用SCALANCE W788-1RR模块并配有2.4GHz全向天线, 其无线信号可以覆盖整个生产车间;车载控制系统接收端采用SCALANCE W747-1RR客户端, 实现物料小车在车间内的漫游功能, 接收来自AP主站的信息, 然后显示在车载显示界面, 实现了人与车之间的对话, 并发出不同的语音提示信息, 小车作业人员依据车载显示界面的导航信息操作物料小车, 提高物料小车的利用效率、缩短物料小车的调度时间并大大减少货物送错的概率。

当自动生产线有呼叫信号时, 管控平台接收该信息并处理, 通过无线网络向物料小车发送, 物料小车最终成功接收到来自自动线的呼叫信息、作出判断并在小车HMI界面显示相关信息, 提示小车操作人员或者驶向立库领取毛坯或者驶向成品超市执行入库任务。

当小车上装载物料时, 车载显示界面将同步实时显示物料信息, 如图11所示, 包含筐号、物料名称、物料代码、当前去向等信息。

5 结束语

智能工厂机加工生产线采用Profinet和Profibu混合的控制网络。其中Profinet网络利用网络交换机构成星型拓扑结构, 组网方式非常灵活, 可以在配电柜及被控设备附近布置远程I/O站, 设备之间采用专用电缆连接, 这种网络结构节省电缆、维护方便, 且能与MES等其他系统实现无缝对接[4];为了保证底层设备运行的可靠性和快速性, 底层关键设备采用PROFIBUS网络通信。

机加工生产线经过现场调试, 各方面运行状况良好, 产品加工精度符合要求;不仅实现了生产线上多设备信息采集和共享, 而且大大提高了设备的安全性、生产过程的透明性和企业管理的有效性。

参考文献

[1]张彤, 物联网环境下制造业物流信息化发展策略研究[J].商业时代, 2013.1, 50-52.

[2]曹子龙, 汪峥.一种基于RFID/PLC的生产状态数据技术[J].工业控制计算机, 2009.8, 12-14.

[3]郭琼, 现场总线技术及其应用[M].机械工业出版社, 2011.3.

高集成自动化控制技术 篇8

面向柔性自动化的成组统计质量控制技术* 注意：本文已经在《高技术通讯》(,8:64～66)杂志发表

使用者请注明文章内容出处

徐 马玉林 袁哲俊

(哈尔滨工业大学 现代生产技术中心,150001)

摘要：针对柔性自动化生产环境下实施统计质量控制(SQC-Statistical Quality Control)的难点-质量数据不足的问题，本研究将成组思想引入统计质量控制，以提高质量数据的先验性和质量数据之间的相关关系，提出了基于工序质量数据成组的成组统计质量控制(GSQC-Group Statistical Quality Control)技术。通过对柔性自动化理论的研究和对实际生产环境的分析，证明了GSQC技术存在良好的制造技术基础。提出了以p分位数不变为原则，以这一原则为基础建立了基于统计变换的成组统计质量控制图的数学模型，给出了计算工序质量数据成组的均值-方差质量控制图控制变量的计算过程。

关键词：统计质量控制，柔性自动化，成组技术长久以来，统计质量控制一直是面向大批量生产的质量保证技术，已有统计质量控制方法的基础都是基于大数定理的弱先验性和非先验性的统计理论，这些统计质量控制方法很难被直接引入柔性自动化的小批量生产环境。但SQC低投入、高产出的技术特质和在大批量生产中产生过的巨大经济效益[1,2]，使学术界一直没有放弃将SQC技术引入基于柔性自动化的多品种、小批量的生产环境中的努力[3,4]。本文亦致力于这方面的研究1. 成组统计质量控制技术的提出 目前，国际上对小批量生产环境下实施统计质量控制的研究主要集中在提高算法精度和提出新的质量控制图[5][6]，但无论什么样的统计算法都需要足够的样本来统计，这方面的研究无法解决质量数据不足的根本问题，在柔性自动化生产环境下实施SQC需要更有效的解决方法。成组思想不仅已被公认为是提高FMS有效性和经济性的重要基础，而且有充分理由说明成组技术是发展基于柔性自动化生产系统的具有广泛适用性的基础性理论。有鉴于此，本文将成组技术引入统计质量控制研究，提出了面向柔性自动化的成组统计质量控制(GSQC-Group Statistical Quality Control)技术，以解决柔性自动化生产环境下被统计质量不足的问题。1.1 GSQC技术的工作原理 在柔性自动化生产环境下实施统计质量控制的难点在于，质量数据的不足。引入了成组思想的GSQC技术利用工序质量数据的特点，将具有相似的工序质量变异的工序质量数据归类成组，变小批量、分散的质量数据为成组的大批量的质量数据，利用统计变换的方法，将其简化为服从同一种抽样分布的统计子样，之后利用同一种统计方法进行统计分析。这样就扩大了被统计样本的容量，从根本上解决柔性自动化生产环境下质量数据不足的问题。基于这种观点，本研究在工序相似性的基础上对加工过程实现标准变换处理，消除被控质量特征的量纲对控制界限和统计变量的影响，将反映相同或相似工序质量变异情况的不同质量数据转化成服从相同统计分布的数据形式，再利用同一种统计方法进行分析，实现不同但相关的统计特征之间的统计关系，达到充分利用同一种加工环境的历史数据和部分相关数据的目的，从根本上解决了数据不足对中小批量生产中的统计过程质量控制的限制。不同统计量的标准化方法不同，但其基本理论可以通过一种最简单的标准化过程说明，公式(1)是在假设正态分布的平均值 和整体方差 都已知的情况下对正态分布的标准化变换：(1)式(1)中新得到的统计变量T为服从标准正态分布的无量纲随机变量，控制界限在给定了第一类统计错判的容许概率的情况下为固定不变的数值[7]。1.2 GSQC技术需要解决的主要问题 实施面向柔性自动化的GSQC技术的必须解决两个关键问题：1. 如何根据相似性理论提出面向统计质量控制的工序分族理论和相关的支持理论，简言之就是如何对质量数据进行分类成组。已有成组技术的分类方法和成组原则都是面向加工制造，基于零件的加工方法和加工工艺相似;而GSQC技术需要的是面向质量分析、基于工序质量变异相似的成组理论和方法。因此，如何组织和利用工序质量变异之间的相关关系，根据柔性自动化的特点和GSQC技术的需要，研究面向成组统计质量控制的成组理论和归类方法就成为有效实施GSQC技术所必须面对的问题[7]，主要涉及制造技术。2. 高效率的统计变换问题。式(1)是统计变换的理想状态，是在许多前提条件已知的情况下，但是具体的小批量生产环境是不可能的。因此，如何在不损失统计信息的前提下，利用分类成组后的质量数据实施有效的统计估计，实现对的质量数据的成组统计控制是实施工序成组的统计质量控制的关键问题，主要涉及统计理论。2. 实施GSQC技术的制造技术基础 GSQC的灵魂是成组思想，而成组的关键是制造系统中的相似性。因此，从制造技术的角度上来看，GSQC技术是否可行的关键必须从两个方面考验：一方面是在柔性自动化生产中是否有足够的相似主体，也就是质量变异相似的工序;另一方面是这些相似工序是否具有良好的再现性。首先，在柔性自动化生产系统中，为了以简化适应计算机化的需要，必然减少工序类型，使现有工序更趋于简化;其次，由于其它成组技术在柔性自动化生产环境下的广泛应用，决定了在柔性自动化生产过程中必然存在大量相同和相似工序;此外，由于ISO9000族质量标准的广泛实施[8]，人为地促进了基本工序向相同和相似的方向发展。因此，从理论分析的角度上看，可以说在柔性自动化生产环境下具有大量的相似工序存在。另一方面，由于柔性自动化是高度计算机化的系统，是一个能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的数字化生产系统，保证了其工艺系统具有极高的再现性。这不但是成组统计质量控制的前提，而且使生产者可以进行更深入的了解和实施更严格的控制。表1 Hurco BMC20型镗铣加工中心上零件的工序分类加工种类相同工序相似工序不同工序端铣加工56侧铣加工68311钻削加工3662

2

镗削加工

32

36

22

此外，本研究还根据对本实验室的Hurco-BMC20型镗铣加工中心的实际生产的调查发现，加工中心所加工的零件上的相同和相似工序所占有的比例，远远超过文献[9]中所提到的实施零件成组，面向加工的成组技术应用情况下相同和相似零件所占有的比例。因此，本文研究认为在柔性自动化生产环境下，GSQC技术具有良好的制造技术基础。

3. GSQC技术的数学模型 成组统计质量控制的数学模型关键在于不改变子样统计信息的前提下对统计母体进行统计变换。虽然这种变换，可以通过一些标准抽样分布实现，但这种直接进行的统计变换是一种粗略的近似计算，极大地影响统计变换的精度，导致统计信息的损耗。因此，如何保证不损失统计信息就成为统计变换的关键。

根据统计理论，如果连续型随机变量X分布密度函数为f(x)，对任意给定的 ，若存在数值 使得：

(2)

则称 为X的p分位数。

通过对统计理论的研究可以发现，构成统计母体的基本单位是对应于各个母体子样的p分位数。就是说， p分位数可以被完全而且唯一地确定统计母体的所有统计特性，全体p分位数就是统计母体各子样的标准化映射。本研究根据p分位数的这种性质，提出了统计变换的基本原则-p分位数不变原则，并以此为基础提出了如图1所示的，成组统计质量控制的统计变量标准化变换两次变换方法的基本数学模型。

首先，根据质量数据构造所要求的统计变量;再根据所构造的统计变量的特点，利用各种统计变换方法消除量纲对统计量的影响，构造新的统计变量，利用式(2)获得它的p分位数;然后，根据所得到的p分位数利用准正态变换，求得它的标准正态母体。这种方法简单说归结起来就是由原始数据和统计变换得到复杂统计量的p分位数，再由p分位数得到服从映射母体-标准正态母体的统计量。

图1 成组质量控制统计变换的数学模型

4 工序成组的均值-方差控制图 本研究根据基于p分位数不变的统计变换理论和所提出的两次变换方法的数学模型，推导了均值-方差控制的工序成组控制图的计算公式，其中均值控制变量的运算公式由式(3)(4)式计算得到，方差控制变量的运算公式为式(5)(6)计算得到，控制界限为无量纲的.常量根据控制精度的要求由式(7)计算得到。

4.1 控制变量 1. 均值控制变量的计算

根据均值统计变量的特性和统计理论，由工序质量数据可构造如式(3)所示的包含均值统计特性的中间统计量：

(3)

上式中统计量 服从自由度为 的student-t分布，因此可以由 和自由度为 的student-t分布的概率密度积分得母体子样的p分位数 (p(t)为student-t分布概率密度函

数)，然后对积分值进行反标准正态变换，得到均值控制图的统计量的p分位数 ：

利用式(3)得到的统计值，求得服从于student-t分布的p分位数，根据所得到到p分位数利用式(4)中求得对应的服从于标准正态分布的均值统计量的标准化统计量 ：

(4)

2. 方差控制变量的计算

由统计理论可以构造统计量：

(5)

上式表明， 服从自由度为 的F分布，因此首先对自由度为 的F分布概率密度作积分得 (p(t)为F分布概率密度函数)，然后对积分值进行反

标准正态变换，得到均值控制图的统计量 ：

(6)

至此，以 和 分别为均值和方差统计控制变量，就可得到标准化的均值-方差控制图了。

4.2 控制界限 标准化的均值方差控制图的控制中心为0，上下控制界限L为无量纲的量，根据给定的置信度水平得到对应的p分位数 ，在根据对应的p分位数由式(7)求得[7]。假如采用 原则，其上下控制界限就是+3和-3。

(7)

在研究过程中本文作者根据给出的工序成组的均值-方差控制图的数学模型，利用Visual C++语言在个人计算机上实现所有算法，利用所实现的软件对不同参数的正态母体的研究，证明本算法具有良好的稳定性和精确性。

5. 结论 本文首次将成组思想引入统计质量控制，提出了成组统计质量控制方法，解决了在柔性自动化生产环境下实施统计质量控制的主要障碍-被统计质量数据不足的问题。本文还研究了成组统计质量控制方法存在的制造技术基础和基本的数学基础。给出了工序质量数据成组的均值-方差质量控制图的数学模型。并利用计算机实现了所有算法，验证了本研究的正确性。

参考文献 1 A.S.Sohal. Implementing Statistical Process Control:Two Case Histories. Quality Assurance. 1988, 6:pp64-68

2 Gerald B. Heyes. Do We Need New Machines? A p-Chart And Regression Study. Quality Engineering . 1989, 1:pp13-18

3 William Winchell, Lisa A. Millis. Factors

Facilitating Statistical Process Control for Small Batch Sizes. Quality Engineering. 1990,2:pp331-352

4 Sidney S. Lewis. Process Capability Estimates from Small Samples. Quality Engineering 1991, 3:pp381-394

5 Chern Hsoon Ng, Kenneth E.Case. Development and Evaluation of Control Charts Using Exponentially Weighted Moving Averages. Journal of Quality Technology. 1989, Vol.21(4):pp242-250

6 Steven A. Yourstone, Douglas C. Montgomery. A Time-Series Approach to Discrete Real-time Process Quality Control. Quality and Reliability

7 徐 . 面向柔性自动化生产环境的成组统计质量控制技术研究. 哈尔滨工业大学博士学位论文. :pp5

8 林汉川. ISO 9000 与质量认证. 广东人民出版社. ,7:pp77-90

9 斯.帕.米特凡诺夫主编. 成组生产的组织. 机械工业出版社. 1985:pp10-37

Flexible Automation Oriented Group Statistical Quality Control Xu Chong, Ma Yulin, Yuan Zejun

(HarBin Institute of technology advance manufacture center Harbin 150001)

Abstract： Insufficient quality data is the main characteristic of implementing the statistical quality control in flexible automation environment, aimed at this characteristic this paper introduce the group technology to statistical quality control for enhance the apriority of quality data and bring forward the group statistical quality control technology. The manufacturing base of GSQC was studied. Then the no-variance of p-fractile method was proposed, based on this math model of GSQC was studied. Based on the basic math method the process grouped mean-variant control chart was studed.