生产线设计

生产线设计（精选12篇）

生产线设计 篇1

1 前言

目前,越来越多的企业实现了自动化生产,自动化生产系统技术含量高,涉及了机械技术、控制技术、传感技术、驱动技术、网络技术等,而监控系统是其非常重要的一部分。2008年教育部组织了自动化生产线安装与调试的全国职业院校技能大赛,既锻炼学生多学科知识的综合应用能力和实践动手能力,也促进了工业自动化的发展。

2 系统构成

为了锻炼学生的实践动手能力,设计了一套柔性生产线,其工作流程是由供料站提供原材料,通过输送到其他单元完成工件的加工装配,最后实现成品的分类存储,因此设计了5个模块,即供料、输送、加工、装配、分拣存储。整个系统主要由各种气动阀和传感器、直流电机、交流电机、指示灯、按钮及机械装置组成。五个模块既相互独立而又紧密相连,在基本单元模块培训完成以后,又可以将它们任意组合,学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术,同时还可以扩充其他模块。

3 控制网络设计

为了方便培训,每个模块各自配置一套独立的PLC控制系统,并选用S7-200系列PLC,其体积小,软硬件功能强大,系统配置方便,价格便宜,非常适合于学生培训。S7-200支持的通信协议有点对点通信(PPI)、多点接口(MPI)以及PROFIBUS,本系统采用点对点通信(PPI)。PPI协议是一种主从协议,主从站在一个令牌环网中,主站发送要求到从站,从站响应,从站不发信息,只是等待主站的要求和对要求作出响应。如果在用户程序中使能PPI主站模式,就可以在主站程序中使用网络读写指令来读写从站信息,而从站程序没有必要使用网络读写指令。

本系统中,各个模块均可以单独拿出来作为一个独立的单元,供学生练习,也可以把各个模块连起来构成分布式控制网络,实现整个系统的自动控制。在这5个模块中,输送单元工作任务最重,它要为其他单元完成工件的输送任务,因此把该单元设为主站,接收其他单元的状态反馈信号,以便决定下一步的输送任务,也可以通过网络读写指令,向其他单元发出控制指令。要完成网络控制,可以利用PPI/RS485电缆把各台PLC中用作PPI通信的端口0(或端口1)连接,实现各PLC之间串行通信。运行STEP7-Micro/WIN软件,按图1所示对网络上每一台PLC设置系统块中的通信端口参数,注意每一台PLC的地址不可以重复,并且波特率一定要一致,否则会产生通信错误;在确保数据准确传输的前提下,波特率越高越好[1]。

由于先前购置了SIMATIC Win CC软件,所以采用Win CC实现监控,然而Win CC中没有集成PPI协议,即Win CC不能直接监控S7-200系列PLC组成的控制系统[2]。S7-200 OPC Server是西门子公司推出的专为解决上位机监控S7-200系列PLC控制系统的接口软件。因此,Win CC可以通过该软件与S7-200系列PLC很方便地建立通信。OPC是嵌入式过程控制标准,是用于服务器/客户端链接的统一而开放的接口标准和技术规范。其将数据来源提供的数据以标准方式传输至任何客户机应用程序。可允许在自动化/PLC应用、现场设备和基于PC的应用程序(例如HMI或办公室应用程序)之间进行简单的标准化数据交换。定义工业环境中各种不同应用程序的信息交换,它工作于应用程序的下方。可以在PC机上监控、调用和处理可编程控制器的数据和事件。

利用PCAcess作为S7-200PLC的OPC服务器,内置OPC测试CLIENT端,把RS-232/PPI多主站电缆连到监控计算机的通信口(如COM1)上,从而实现了如图2所示的上位机Win CC与S7-200系列PLC通信的硬件连接。安装PCAcess后,设置PC通讯口,选择PC/PPI电缆并使用PPI协议,增加新PLC、文件夹和项目,如图2所示。安装WINCC6.0,会自动装载OPC客户端。运行WINCC6.0,在“变量管理”中添加OPC的WINCC通讯驱动程序OPC.chn,打开OPC条目管理器,完成S7200_OPCSERVER以及添加的条目的设置,完成变量的连接。

4 上位机软件开发

上位机系统是操作人员和机器设备进行信息沟通的桥梁,可以简化操作,减少失误,同时也可以减少PLC的I/O点数,降低成本。由于本系统主要针对学生培训,功能并不复杂,所以上位机功能主要是给出系统的主令信号(运行、停止、复位等),读写并显示设备数据信息、动态显示系统变化和报警,以及详细的设备运行参数、报警记录等。

5 结束语

该监控网络连接简单、硬件投资少、上位机可以读写S7-200系列PLC中所有存储区域,通信速度快,其方案完全可应用于工业生产。

参考文献

[1]吕景泉.自动化生产线安装与调试[M].北京:中国铁道出版社,2008.

[2]周晓平,姜建芳,苏少钰,等.S7-200系列PLC与监控计算机通信实现的研究[J].微计算机信息,2004(1):12-14.

生产线设计 篇2

一、确定开发项目、了解客户需求 1.产品品质要求

2.设备生产效率要求 3.设备工作环境

二、分析产品

1.了解产品生产工艺

2.了解产品各方面尺寸要求及来料情况 3.与技术员沟通产品生产过程中的注意事项 4.设备使用地点的技术参数

三、拟定方案

工程人员讨论、分析作出设备方案，方案包括： 1.设备示意图（整体示意图，局部示意图）2.各部分机构简介 3.动作说明 4.设备技术参数

四、方案审核评估

由工程人员组成审核组，对方案进行审核，审核内容包括： 1.设备可行性评估 2.设备成本评估

3.设备生产效率的评估 4.各部分结构可行性评估

五、方案整改对方案审核中讨论出的问题进行整改。

六、客户确定设计方案

设计方案交由客户，客户根据需求，对方案进行最后确定。

七、设计开发由工程部安排工程师进行机构设计，作出机器装配图、零件图（零件标注按国家标准）选出执行元器件、电控配件并列出加 工零件清单和标准件请购单，动作说明书。

八、机构审核由工程人员组成审核组，对所设计出的图纸进行审核，审核内容包括：（1）机器结构配合是否合理：功能性（能力和精度）、稳定性、安全性、人性化（操作的便利性）和外观性。

（2）所设计机器生产效率是否符合客户需求。（3）机器造价。

（4）各部分机构应简单易于调试、维修。（5）各部分零件应尽量简单易于加工。（6）各执行元件选用是否合理。

九、零件加工及标准件采购

1.零件加工部零件图进行机器零件加工（零件加工必须严格按照 零件图上所示，零件精度，加工工艺进行加工，保证零件精度及零件加工工艺）2.采购人员按照标准件清单，联系供应商进行标准件采购

检人员按照零件图及标准件清单，检验加工零件的尺寸精度，加工工艺，标准件的型号、安装尺寸进行检验，合格后交由仓管人员入库

十、机器组装

1.由装配部安排人员进行机器组装调试，装配人员按照加工零件清单及标准件清单，到仓库领取加工零件及标准件。

2.装配人员严格按照装配图，进行机器组装，各部分零件，执行元件组装是否正确，各活动部件活动顺畅，无干涉所有的紧固件和接头联结，确保紧固到位，联结可靠。3.工控部安排电气工程师按照动作说明书进行机器配电，机器程序编写及调试

十一、机器调试

装配人员按照客户提供的产品工程图进行机器调试，调试完成后打样，交生产部确定其产品品质

十二、生产使用

1.检查所有的紧固件和接头联结，确保紧固到位，联结可靠 2.清洁设备外表，粘贴必要的标牌和标示

3.标明拆分位置，理顺拆分管线路，合理拆分设备 4.必要的防护（防锈、防潮）措施。

机械加工生产线的设计及优化措施 篇3

关键词：液晶玻璃基板;生产线设计;优化措施

对于机械加工生产线来说，其柔性化设计、发展、综合自动化改造以及在利用率、可靠性等方面的优化，对于提高企业竞争力意义重大，并且对于企业来说，高效率、大规模、低成本及柔性化无疑是企业生存的根本，这也是机械加工企业未来发展的必然趋势，因此积极对机械加工生产线的设计及优化措施进行研究意义重大。

1.机械加工生产线叙述

对于机械产品制造来说，为了提高生产率、降低成本及保证产品质量，往往要求将加工设备根据工件具体加工流程而进行排序，并与一些辅助装备及传送装备，共同构成一个整体，被加工工件根据其工艺流程按照一定顺序依次经过加工装备，最终实现对工件的加工。这整个过程就是机械加工生产线，而当前随着液晶玻璃消费产品的高速增长，各种形状复杂的零件极多，并且对应的其精度也在不断提高，无疑对加工生产线有了更高的要求。

2.当前机械加工生产线设计及改造发展方向

2.1自动化发展

对于液晶玻璃基板生产来说，其受到人们喜好及实际使用等因素影响，更新换代速度快，多品种兼容生产已经成为了当前的主要生产方式。并且计算机集成技术、计算机制造系统应用综合技术、计算机辅助设计、计算机辅助制造等高新技术的应用收到了越来越多企业的重视。

2.2高精度应用发展

随着科学技术高速发展，产品精度要求不断提高，制造业产品精密加工已经成为了必然，并且精密加工及提高精度加工已经成为了当前企业发展的一个重要方向，而对于液晶玻璃基板制造来说，其精度已经从微米级别不断向着亚微米级别，甚至向着纳米级别发展，只有这样的发展，其应用才能更加广泛。

2.3向着节约型及绿色化发展

日益严峻的资源及环境问题使得绿色制造应用而生，并且其作用对企业极为重要，其是当前制造工业的又一个重要特征，而对于液晶玻璃基板制造来说，其绿色制造主要表现在绿色产品设计、产品绿色生产及产品后期回收及循环制造等方面。

2.4柔性化方向发展

当前数控组合机床的出现及应用，使得组合机床通用部件标准及机械结构等方面已经出现变化或正在经历着变化，并且通过数控加工模块构成的柔性自动线及组合机床，可实现通过程序改变来完成自动换刀、改变加工行程、切削参数改变、加工位置改变等柔性控制，这使得其能够更加适应柔性产品的加工。

2.5生产线集中控制向着分散控制发展

通过研究表面，使用分散控制系统和集中控制系统相比，能够明显减少投入费用，这是因为分散控制系统电气保养维修费用及电缆敷设费用、控制柜台架及冷却装置设置等方均能够明显降低投入费用。另外分散控制系统更加简单，有利于更快的投入生产运行。最后分散控制系统在检修过程也更加方便。

3.某液晶玻璃生产线的具体设计及优化

3.1实例简介

某集团公司是一家集研发和生产与一体的液晶玻璃基板生产厂家，公司建于1997年，公司一直坚持自主创新，不断提升制造能力和技术水平，但是随着市场需求的变化，公司原有的生产线已经很难适应市场需求，因此有必要对公司生产线进行优化升级。而对于生产线的改造来说，主要是为了提高企业经济效益、增加生产品种、加强产品质量、降低生产成本，并通过新技术、新设备、新工艺及新材料的使用对现有生产工艺做一定的优化。

3.2生产线设计及优化先期工作

①进行生产线通用设备选型及设计任务书制定;②生产线物流传送装备的具体选型确定及设计任务书制定;③整个生产总体尺寸图设计及总体布局设计;④进行生产线周期表编制。对于生产线的设计及优化，从本质上来看是根据加工产品技术要求及生产纲领选取对应的工艺装备、辅助装置及控制系统，并在充分研究分析及经济效益比较基础上，不断优化设计，直至完成。另外生产线的实际生产率能够随着可靠性的提高而提高，进而保证对经济效益的提高。

3.3该生产线改造过程中一些具体改造

①控制系统改造。对于该液晶玻璃生产线来说，因为其有着一定的工艺要求及产量，因为为了保证生产线根据具体工艺要求正常运行，生产线必须要实现多电机共同控制，各个工位保证统一，实现统一的启动、停止。因此首先对该生产线进行了同步控制改造，工程改造采用PLC控制变频器来实现对各电机同步控制。②进行了除尘改造。该液晶生产线有手动、半自动及自动三种工作方式，生产线本来就能够完成精确定位及精确称量，并且生产线有着自动报警及工作情况知识功能，经过检查发现各个工位的专用设备动作可靠准确，在检修过程中能够完成各工位独立。但是该生产线的横切纵切位置粉尘较多，严重影响半成品玻璃品质，因此改造过程中决定在这些工位进行除尘系统设计，将飞扬的粉料吸入CLT型旋风收尘器中。后工程中进行了抽真空改造，用于清除生产线上因玻璃碎片造成的粉尘污染，加上车间本身所有的高效过滤器，实现整个生产线的无尘生产。③分散控制方式改造。该液晶生产线原本整个生产系统控制为总线系统，电缆铺设长度长、电气保养维修费用高，通过将原有的集中控制改造为现有的分散控制，整个生产线更加一目了然，一旦出现故障，更加容易检修，并且分散控制更加标准化和模块化对于提高生产线透明度和生产成本降低等方面均作用显著。

4.结语

在当前激烈的市场竞争压力下，很多企业制造方法及价格设备很难应对复杂形状零件加工要求，因此需要对生产线做改造，但是在改造过程中，必须要清晰的掌握机械加工生产线改造发展方向，以保证改造能够尽可能的提高企业经济效益。

参考文献：

[1]王志宇.解析机械加工生产线的现状及前景[J].民营科技，2013，（02）.

[2]丛大纲.浅谈机械加工生产线发展状况[J].中小企业管理与科技（上半月），2008，（04）.

[3]芮红，张驰.PlantWeb在浮法玻璃生产线中的应用[J].河南科技，2011，（06）.

e： ? 0 0 ～y @? family：'宋体'; " >OP80工序：精车外圆（异形）。

夹具：尾座顶尖做为压紧块水平向左压紧活塞头部，活塞裙部止口轴向和径向定位。盘中间弹性扁销周向限位。

机床：数控车床DL-20MP，液压尾座（回转芯轴结构），专用顶尖。

5.经济和社会效益

该生产线的研发和制造对于提升国产数控加工装备的形象和市场竞争力，提升国产高档数控机床在汽车行业的应用水平具有重要意义，为整个国产数控机床行业带来更多的商机，为发动机生产厂家降低生产成本、节省外汇，经济效益将十分明显，同时对于促进我国机床和汽车行业由技术引进向技术自主转化，促进国内制造业由制造型向创造型转化有很大意义。

参考文献：

[1]盛伯浩. 数控机床的现状与发展[J].制造技术与机床，2004，（01）：20-23.

[2]库兹涅佐夫. 生产过程自动化[M].北京：机械工业出版社，1983.

[3]张曙.数字化制造–机床工业的未来[G]//数字化制造技术与装备最新发展.国际论坛文集.2005.

[4]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2008.

[5]冯辛安.机械制造装备设计[M].北京：机械工业出版社，2006.

油管内壁防腐生产线设计 篇4

1.1 生产工艺情况简介

油管检修主要是对废旧油管的内外壁清洗、油管管体缺陷检测、螺纹检测、螺纹修复、油管试压、打标以及油管防腐等工作, 主要的工艺如下:

废旧油管——钻通——内、外壁清洗——管体探伤——螺纹检验——螺纹修复——试压—— (内防腐) ——带护丝、打标——外防腐。其中的内防腐工序, 目前还处在手工阶段, 属于一个空白, 这也是此生产线设计最终要达到的目的。

1.2 设计要求

对于水压试验合格的油管, 油管内壁采用自动气体吹干, 之后均匀喷涂一层防腐油膜, 达到油管内壁防腐效果。

1.3 方案简介

基于本生产线是后续增加的设备, 要充分考虑现场的场地情况, 制定如下方案:水压试验合格的油管进入管架之后, 管架电机正转驱动油管沿管架进入带有气体喷头的固定管线中, 并一直前进, 直到油管末端;电机反转, 油管反向移动, 启动油喷嘴, 从油管末端开始对油管内壁进行防腐油膜喷涂, 直到油管前端结束。这样通过油管一来一回, 就可以完成吹扫和喷涂两个流程, 之后油管沿管架进入下一道工序。

2 设计实施

2.1 总体方案的细化

为了充分利用现有资源, 降低成本, 在方案细化阶段, 充分考虑使用库存的罗茨风机、螺杆泵、电机、减速器、球阀、液压站、气管线旁通执行机构、喷油嘴等。通过计算, 验证均为可用。

2.2 气管线的设计

2.2.1 罗茨风机的安装位置确定。

由于三叶罗茨鼓风机在工作过程中的噪声较大, 而且占地面积也很大, 车间内布置起来比较困难, 故在设计中考虑, 将其安装在室外, 管线穿墙进入室内。

2.2.2 气体出口压力降的计算。

影响气动管道的压力损失的因素有:管道长度、管道直径、管接件的数量及类型 (变径、弯道) 、管道中压力流量及管道泄漏等。管道越长, 损失越大, 而且管道中的阀门、消声器、L形接头、T形接头、变径等对于流动阻力具有很大影响。为了方便工程计算, 不同的管接件在不同直径情况下都有一个相应的转换成该直径的等效长度, 根据此方法, 首先初步设计气管线情况, 绘制沿程阻力计算图, 进行等效长度计算。

管线直径50mm, 包括以下管件:1个出口消音器, 1个柔性波纹管, 2个L形接头, 2个T形接头, 据机械设计手册表23-2-11计算等效长度如下:

L等效长度=1×10+1×0.6+2×3.5+2×4.0=25.6m

L总长=L实际L+等效长度=13.4+25.6=39m

罗茨风机的参数即为管线输入参数, 流量为2.97m3/min, 升压为78.4KPa, 管线内径50mm, 管线总长度为39m, 据机械设计手册查图23-2-2, 得到压力损失大约为10 KPa。

2.2.3 气管线喷嘴设计

根据公式△p=1/2ρv2计算出速度。

△p=78.4-10=68.4 KPa, 风机升压减去管线压力损失;

式中ρ=1.2kg/m3为压缩气体的密度;

计算出喷嘴处气体的速度为:

v=337m/s

根据公式S=Q/v, 可以计算出喷嘴处的流道面积,

Q=2.97m3/min, 罗茨风机的流量;

计算出所需流道面积为:

S=146.9mm2。

经过计算和实际喷头尺寸的限制情况, 开12个直径为4mm的孔可以满足所需流道面积要求。开孔方式选用与水平成35度夹角, 与垂直成45度夹角的空间孔, 可以达到很好的吹扫效果。

2.2.4 旁通管线设计

根据气管线方案图, 在控制方面, 罗茨风机采用常开, 那么在油管进行喷涂油膜的时候, 就要让产生的大部分压缩空气旁通, 故采取在管线部分加旁通的方式来解决。

旁通用一个DN50的球阀, 采用库存的气动阀作为球阀的自动开启执行机构, 需要对气动阀进行改造, 弃掉防爆机构和伺服机构, 重新制作一个活套轴与DN50球阀连接, 引用车间原有的气管线气体作为执行动力源。通过控制气动阀开启, 来控制旁通阀的启闭。

2.3 油管线的设计

油管线的流程是一个比较简单的液压回路, 主要就是实现油的增压和间断喷出的一个功能。

用液压站代替油箱, 同时因为液压站本身自带过滤系统, 不必在管线上额外加过滤器。液压回路中, 利用一个直动溢流阀, 达到超压保护的功能, 一个电磁换向阀, 实现间断喷油的目的, 同时, 在喷嘴之前, 加上一个定压阀, 可以保证喷嘴的正常工作。在实际选择阀门时, 定压阀用一个C型单向阀代替, 可以满足要求。喷嘴选择的是库存Danfoss1.5Usgal/h型喷嘴, 该喷嘴的最佳运行压力为0.2MPa, 流量为6L/h。动力系统采用三相异步电动机+摆线针轮减速器+螺杆泵的形式, 由于该油管线需要的油量很小, 故采用降低电机转速的办法来打到降低流量的目的。

2.4 管架的设计

该管线的管架部分, 分成两个部分, 一个部分要求驱动支撑油管, 另一部分要求能够支撑气管线, 这一部分重要的是可以实现自动让位, 这也是这一部分设计的重要环节。驱动支撑油管的管架, 全部采用的是主动辊, 为实现通用性, 采用的是原有生产线上的主动辊。气管线的活动支撑部分, 设计了一个可转动滚轮总成机构, 利用拉伸弹簧的复位功能, 让位时利用油管的自身重力来实现, 回位时则利用弹簧的自身复位功能来实现。

2.5 自动控制

自动控制方面, 要实现如下功能的反复运行, 即:主动输送辊电机正转, 油管前进, 气管线产生的空气开始吹扫油管, 直到整个油管通过气管线喷嘴;主动输送辊电机反转, 同时在油喷嘴的位置设置感应开关, 当检测到油管的时候, WE型电磁换向阀动作, 油通过油管线进入喷油嘴, 开始喷油动作, 当油管全部走完之后, WE型电磁换向阀再动作, 让其处于溢流状态, 泵吸上的油直接回油箱。在喷油嘴开始工作的同时, 要使气动阀动作, 开启球阀, 罗茨风机产生的压缩气体通过球阀旁通。

3 结论

目前该套生产线已经投入运行, 基本能够满足生产要求。

参考文献

生产车间设计 篇5

最终小容剂生产过程包括原辅准备、配制、灌封菌、质装骤，按工艺设备的型式可分为单机生产工联动机组生产工艺两种，其流程及环境区域划分

关于水针各单机设备和联动机组设备的具体内容详见前

(2)按照P的最终灭菌量注射剂生产环境分为三个区域：一般生产区、10万级洁净区、1万级洁净一般生括安瓿外清处理、半成品的检漏、异物检查、印包等；10万级洁净区包括物料称浓配、质检、洗烘、工作服的洗涤等；1万级洁净区稀配、灌封，且灌封机洁净级别高的区域相对于洁净级别低的区域要保持5～10Pa的正压差。如工艺无特殊要求，一般洁净区温度为18～26℃，相对湿度为45％～65％。各工序需安装紫外线灯。

(3)车间设计要贯彻人、物流分开的原则。人员在进入各个级别的生产车间时，要先更衣，不同级别的生产区需有相级别的更衣净化措施。生产要严格按照生产工艺流程布置，各个级别相同的生产区集中，洁净别不同的房间联系中设立传递窗或缓冲间，使物料传递路线尽量短捷、顺畅。物流路线的一条线是原辅，物料经过处理，进浓配、稀配；另一条线是安瓿瓶，安瓿经过外清处理后，进入洗灌封联动线清洗、烘干．两条线汇聚于灌封工序。灌封后的安瓿再经过灭菌、检漏、擦瓶、异物检查，最后外包成整个生产过程。具体进出水针车间的人流、物流路线（见图）所示。

(4)辅助用房的理设置是制剂车GMP的一个重环节。厂房内设置与生产规模相适应的原、辅材可能靠近与其的生产区域，减少运输过程中混杂与污染。存放区域内应安排待验区、合格品区和不合格品区；贮料称量室，并且要有利于包括空调风管在内的公用管线的布置。

(5)水针生车间面一做坪地面，隔墙采用轻质钢板，墙与墙、墙与地面、墙与吊顶之间接缝处采用圆弧角处理，不得留有死角。

(6)水针生产车间需要排热、排房间有浓配间、稀配间、工具清洗间、灭菌间、洗瓶间、洁具室等，灭菌检漏需考虑风。公用工程包括排水、供气、供热、强弱电、制冷通风、采暖等专业设汁应符合GMP原则。

整体布局为一拖二型，用瓶子的粗洗工序分成两套封，适合多品小批产。配料采一 最终灭菌大容量注射剂(大输液)车间

相关链结：大液配置系统流程图

大输液生产车间设计一

(1)掌握大输液的生产工艺是车间设计的关键，盛装输液的容器有玻璃瓶、聚乙烯塑料瓶、复合膜等，包装容器不产工异，复合、璃、料容的输艺流程及环境区域划 A过程一般包括原辅料的准备、浓配、稀配、包材、粗洗灯检、包装等工序。

(2)设计时要分区明确，按照M流程及区域划分示图可知，大输液生产分为一般生产区、10万级洁净区、1万局部1区包括瓶外洗、粒子处菌、包等；10万功能区要相互靠近，以达到物流顺畅、管线短捷，如物配一灌封工序尽量近。车间设计时合理布置人、物流，要尽量避免人、物流的交叉。人流路线包括人员经过不同的更衣进入一般生产区、10万级洁

净区、l万级洁净区，进出车间的物流一以下几条：瓶子或粒子的进入、原辅料的进入、外包材的进入以及成品的出口。进出输液车间的人流、物流路线（见图）所示

(3)熟练掌握工艺生产设备是设输车间的关键，输液包装容器不同其生产工艺不同，导致其生产设备亦不即使是同装容器液，其生也有不同的选择，如玻璃瓶装输液的洗瓶工序有分粗洗、精洗的滚筒式洗瓶机集于一体的洗瓶机。工艺设备的差异，车间布置必然不同，目前的输液生产均采用联动线，为我常用的玻璃瓶输液生产线。

(4)合理布置好辅助用房。辅助用输液车间生产质量保证和G的重要内容，辅助用房的布置是否得当是车间设计成败的关键。一般大输液间的辅助用房包括万级工具清洗存放间、l0万级工具清洗存放间、化验室、洗瓶水配制间、不合格晶存放间、洁具室等。

大输液车间一般性技术要求：

(1)大输液车间控制区包万级洁、1万1万级环境下的局部1级层流，控制区温度为18～26℃，相对湿度为4％。各工序需安装紫外线灯。

(2)洁净生产区一般高度为2．7m左右较为合适，上内布置包括风管在内的各种管线加上考虑维，吊顶度需为2.5m。

(3)大输液生间内地面一般做耐清洗的环氧自流面，隔墙采用轻质彩钢板与墙、墙与地面、顶之间接缝处采用圆处理得留有死角。

(4)洁净生产区需用洁净地漏，百级区不得设置地漏。

(5)浓配间、清洗间、灭菌间、洗瓶间、洁具室需排热、排湿。在塑料颗粒制瓶和制盖的过程中均产生较多热量，除采却外，空调系考虑相应的负荷，塑料颗粒的上料系统必须考虑除尘措施。洗瓶水配制间要考虑防腐与通风。

(6)纯化水和注射用水设计要求65℃环，管道安装坡度一般为0.1％一0.3％(1‰一3‰)，不锈钢材质。支管盲段长度不应超过循环主管管径的6倍。

针剂车间设计一般性要点：

（1）粉针剂产工序包括：原辅料的擦洗消毒、西林精洗、灭塞处理及灭菌、铝盖洗涤菌、分轧盖、灯检、包装等步骤GMP规定其生产Z域空气洁净度级别分为100级、1万级和10万级。其中无菌分装、西林瓶出箱、胶塞出灭菌存放等工级层流保护，原辅料的擦洗消毒、瓶塞精洗、瓶塞干燥灭菌塞粗洗、轧盖为10万级环境。其工艺流程图及环境区域划分见

（2）车间设到人、物流分则，按工序的相关性，有机地将洁净要求的功能区布置在一短捷、顺畅针剂车间的物流基本上有以下几：原辅料胶塞、铝材及成品出车间。进人员必须经过不同程度的更衣分别进入1万级洁净区。进出粉针剂车间人、物流路线（见图）所示。

（3）车间设置净化空调和舒适性系统能有效控制温、湿度；并能确保培养室的温、湿度要求；若无特殊工艺要求，控制区18～26℃45％。各工序需安装紫外线灯灭菌。

（4）车间内需要排热序一般有洗瓶烘箱灭洗胶塞铝盖间、胶塞灭菌间、工具清洗间、洁具室等。

（5）级别不同洁净区之间保持5一l差每个房间有测压装置。如果是生产青霉素或其他高致敏性药品，分装室应保持相对负压。

粉针剂车间设计举例

无菌分针剂车间工艺布置图（见图）。

该工艺选用联动产，瓶子的为远红外隧道烘箱，瓶子出隧道烘箱后即受到局部100级的层流保护。胶选胶塞菌一体化设备，出胶塞的存放设级层流保护。铝盖的处理另设一套人流通道，以避免人、物流之具体所

冻干粉针剂车间设计一般性要点：

（1）冻于粉生产工序包括：灭菌、胶塞菌、铝盖洗涤及分装加半塞、冻于包装等。按GMP、1万级和10万其中料液的无菌过滤、分装、冻干、净瓶塞存放为级或1部100级即为无菌作业区，配精洗万级，瓶塞粗洗、轧盖为1境。其工艺流程图及环境区域划分见图4—u。

（2）车间设汁力求布局合理，遵循分开的原则，不交叉入车间的人员必须经过不同程度的净化程序分别进入11万级和l0万级洁净区．进入100级区的人员必须穿戴无菌工作服，洗涤灭菌后的无服在10流保护下整理。无菌作业区要高于其也区域，应尽量把无菌作业区布置在车间的中心区域，这样有利于气压从较高的房间流向较低的房间。

（3）辅助用房的理，清洁工具间、容器具清洗间宜设在无菌作业区外，非无菌工艺作业的岗位不能区内。物料物进入区时，应没品消毒或灭菌用的灭菌室或灭菌设备。洗涤后的容器具应经过消毒或灭菌处理方能进入无菌作业区。

（4）车间设置净化空调和舒适性空调系统可有效控制温、湿度；并能确保培养室的温、湿度要求；控制区温度为18～2℃，湿度％～65％。各工序需安装紫外线灯。

（5）若有活菌培养如生物疫苗制品冻干车间，则将洁净区严格区分为活菌区与死菌区，并控制、处区及带有活菌的污水。

（6）按照GMP的规则要求布置纯射用水的管道。

车间设计举例

生物疫苗制品间布置图（见图），空施根据室内洁和工作区域内是否与，冻于生产车间设置三套空调系统，具体介绍

（1）10万级净化空调系统。它主要解决二更间、培养基的配制、培养基的灭菌以及无菌衣服的洗涤，风，与活持5～10Pa的正压。

（2）一万级净化空调系区域为活菌区，它主接种、、菌体压灭活、瓶塞的洗涤灭菌、洗存放、三更。该区相对负压，空气全新风排风系统的空气需经高效过滤器过活菌外逸。

生产系统的设计 篇6

在生产分析基础上，进行生产设计是必要的。生产设计与成本分析息息相关。根据成本效益比，管理者能够从各种不同的成本费用方案中选出成本费用最小、效用相对最大的方案来进行生产。生产系统中存在各种各样的问题，不同的问题需用不同的方法来分析和设计。例如，在具体生产的数控过程中，采用计算机数字和信息处理功能进行控制，所有的过程是在自动化的状态中进行。而在规模较大的工程项目中，网络计划模型就显得极为有效，它们适用于连续型生产过程的规划问题。此外，启发式模型、线性规划、统计分析、图解等方法，都有相应的适用领域。总之，生产系统的设计方法应该根据实际情况来确定，唯有对症下药，才能达到预期效果和目的。

生产一个部件或者产品的预期最小成本，起初由产品的设计者来决定，即便是最灵巧的一线工人也无法改变这种状况，他只能根据设计来生产，在设计的限度内行使自主权，使生产成本最小化。所以说，是产品设计师限制了生产系统设计师的工作范围。的确，产品设计师的首要职责就是创造出功能上适合要求的某些东西，当这点达到后，通常存在着可以满足功能要求的多种可供选择的方案，如何从这些方案中选出使生产成本最小的方案来，就需要设计师从功能和成本两方面来考虑。一个构思良好的产品设计，能够大大缩小各种可行方案的选择范围，并且规定其主要内容。因此，当产品处于设计阶段时，就应该着手考虑生产的基本模型。

生产设计首先通过对材料、公差、基本结构、各个部件的连接方法等加以规定，追求具体环节的最小成本。然后，通过流程规划，设计出能满足产品功能要求的过程及其顺序。伯法认为，在决定选择材料和初次加工形式（如铸造、锻制、压铸）的产品设计阶段时，就必须开始着眼于基本流程规划。基本流程主要是从细节上确定各个生产环节的衔接顺序。生产设计的终点是产品图纸的完成，图纸概括出要做什么的详细说明。这一产品设计的终点恰好是流程规划的起点。

如果产品是小批量制造，流程规划师可能会充分考虑现有设备的利用；如果是大批量生产而且设计的稳定性高，流程规划师就可能考虑采用专用设备，或对现有设备进行专用的平面布置。伯法认为，流程规划师在履行职能时，需要做出生产系统的基本设计。有关生产过程的广博知识，提供了流程设计师合理考虑各种基本方案的基础。生产过程不仅包含生产活动中的所有变量，而且包括从纯手工操作到全自动化的所有作业方式。伯法指出，流程规划必须同物质设备的平面布置结合起来。某些流程规划，就植根于生产系统设计的平面布置阶段。为了适应设备上和顺序上的限制，充分利用相应空间，改进技术方法，调整操作程序，可对原来的流程规划做出修改。

一个生产系统的设计在很大程度上取决于它的厂址选择。就工厂设计的纯物质因素而言，建厂地址可以决定是否需要买进动力，决定供热和通风要求的大小，决定制造部件所需的生产能力，决定原料仓库的面积大小等等。从运行成本和资本成本的观点来看，装运原料和成品的方便、劳动成本、税收等，都影响着一个企业的竞争能力。对于多厂情况的厂址分析则更为复杂。增建一个新厂，并不是独立于现有规模厂区之外单独决定厂址问题，它包含着对市场区域供应能力的重新安排问题。因而，从经济的角度来考虑，使工厂网络整体实现生产和分配的成本最小化才是恰当选择。

工厂平面布置是一个生产系统设计的综合阶段。它的基本目的是建立一种生产体系，使它能以最经济的方式满足生产能力和质量上的要求。完整的生产系统必须提供足够的机器、工作场地和物资储备，以便为各种部件和产品制定可行的生产进度表。从长远的角度来考虑，这个完整的生产系统应该具有适当的灵活性，尽量多考虑互相影响的因素。其实，并不存在能将为数众多的彼此影响的因素全面整合而实现最优设计的一般原理。但是，工厂平面布置时，综合考虑厂址选择、生产能力设计和总体制造方式等问题依然是必要的。

流程规划的具体内容，主要体现在路线卡和作业卡等文件中。路线卡包括现实所要求的作业、这些作业的顺序、每项作业所用的机器和设备，以及规定的设备装置时间和工件的制造时间。作业卡是用来更具体地说明制造方法的，它为完成每项作业提供标准的操作方法，详尽地说明如何完成这些作业。路线卡连同作业卡一起，规定着怎样制造部件或产品。这些文件对于制造型企业来说是基本的。在设计一个生产系统时，这些文件所起的作用同图纸在一个部件或产品设计中的作用是一样的。图纸用来说明做什么，路线卡和作业卡用来说明怎么做，预测和合同则用来说明做多少。

伯法对生产设计中的人－机系统进行了开创性研究。他指出，人－机系统的设计在生产管理中起着越来越重要的作用。计算机和自动化的不断发展，使人在生产系统中的作用出现了观念性的变化。人和机器在完成工作中的基本功能是相似的，但在各自能胜任的工作性质上存在明显的差异。人的最大长处在于灵活性，而机器的最大特点则是一惯性。人在人－机系统中的作用，根据手工系统、半自动系统、全自动系统的不同而变化。

在手工系统中，人是手工操作的动力源泉和控制者，工具和辅助机械有助于增加人的力量。在这一类型的模式中，人力直接把输入转化成输出。见下图。

在半自动化系统中，人是控制者。人和机器相互作用，感知生产过程的信息，理解这种信息，然后使用一套操纵器来启动或停止机器，也可能在中间进行调整。动力一般由机器提供。见下图。

变速器壳体生产线设计 篇7

汽车市场发展迅猛, 产品纷繁多样, 人们对汽车个性化的要求也越来越高, 以往单一工件的生产方式变为多种工件各自的较小批量叠加成的大批量生产。因此, 20世纪占统治地位的组合机床 (专机) 生产线已无法满足汽车行业快速更新的需求。

目前, 汽车行业的竞争使人们更倾向柔性生产系统, 高速加工中心软、硬件的构成使其加工换型快、柔性强;具有分段投资、滚动发展的特点, 可适应产能和品种的变化;一次投资, 长期受益, 突破了汽车生产中“经济规模”的传统观念, 实现了多品种、中小批量和高效生产。

公司采用了高速卧式加工中心组合, 以解决壳体类零件加工的柔性、产量、投资与更新的矛盾, 满足了公司后续多品种、产能适中和少投资滚动发展的要求。同时, 随着人力成本的增加和90后逐渐成为主要劳动力, 手动搬运生产的方式已无法满足劳动者的要求, 且传统的无人操作机构售价昂贵, 无法满足变速器低价、高效的要求。因此, 公司开发了独特的半自动上、下料机构。通过上、下料机构, 可降低操作者的劳动强度, 减少劳动者数量, 并在保证生产效率、质量的前提下, 实现了劳动强度和单台成本的双降低。

1 生产线的排布

在满足生产纲领的前提下, 基于铝合金壳体的加工, 从产线的占地面积、人员配置、设备投资、物流、生产组织和产品产能规划等方面进行了综合分析, 最终采用柔性直线型生产线, 具有经济、高效的特点。

生产线采用单产品直线生产、两个产品相对生产的形式。操作者在工作过程中实现了一人多机的生产方式。物流方面, 完全实现了丰田“一个流”的生产方式, 取消了并行工序, 不会产生再制品, 消除了产品堆积, 降低了批量废品的产生率。同时, 多种产品实现了共线生产, 生产线具有高度柔性, 这有助于多技能工的培养。

2 高速加工中心的选型

变速器壳体材料为铝合金, 硬度≤HB160, 切削余量为0.8~1.5 mm, 需要低扭矩、低能耗、高精度、高转速、高快移和高自动化的加工中心。根据广泛的市场调研和技术分析, 公司最终确定选用某公司生产的高速加工中心实现变速器壳体高精度的加工。

2.1 高速加工中心的特性参数

高速卧式加工中心采用原装进口设备, 机床的最高转速达16 000 r/min, X轴、Y轴和Z轴的快移速度可达到60 m/min, 定位精度为0.006 mm, 重复精度为0.004 mm, 加速度为10 m/s2;换刀时间 (切屑对切屑) 为2.8 s, X轴、Y轴和Z轴的工作行程为630 mm×550 mm×550 mm。加工中心采用液压夹具, 可自动夹紧, 每套夹具上有多个辅肋支撑和辅助压板, 夹具的定位面采用气检结构, 可通过气压变化检测定位面上是否存在铝屑等杂物, 检测精度可达0.02 mm, 能保证工件的装夹可靠和夹紧不变形。机床配备容量为30把刀的刀库, 并在刀库内有断刀检测装置, 可对加工过程中的刀具是否折断作出判断并报警显示。

2.2 进给轴

进给轴采用伺服电机直接驱动, 消除了中间的传动部分, 降低了运行的噪声, 提高了传动精度。进给轴丝杠采用恒温中心冷却的方式, 可保证驱动轴在高速运转的情况下不产生热变形。在此情况下, 机床可在60 m/min的高速度下运行, 速度、精度都得到了保证。

2.3 主轴

由于高速加工中心主轴转速非常快, 所以, 其主轴结构和形式非常重要。主轴润滑采用油气润滑的方式, 提高了轴承的寿命, 降低了运行噪声。冷却方式采用恒温冷却的方式, 减少了主轴的热变位。主轴电机绕组采用双绕组的方式, 可确保低速区既能够满足钢件的切削要求, 高速区也能满足铝件加工的要求。同时, 主轴增加了异物报警提示功能, 当主轴与刀具之间存在0.02 mm及以上的异物时, 机床会发出拉紧不到位的报警, 防止因刀具装夹不到位而造成产品质量事故。

2.4 工作台

标准配置为双托盘的方式, 自动分度机构采用AC马达旋转、联轴节定位和液压夹紧的方式, 可随机选择每1°内的任意面。利用圆锥形状的4组定位销进行托盘定位台上的定位, 利用液压分别对这些定位销进行夹紧。通过最新结构分析软件检验的高刚性的主机结构, 可满足在精度要求下的高速切削。

2.5 切削液系统

为了防止重要热源的切屑发生热不平衡的现象, 可通过高达1.5 MPa的主轴贯通切削液和0.15 MPa大流量喷淋系统, 使切屑不在被加工工件和托盘上停留, 并且通过在Z轴罩两侧的螺旋式排屑输送器将切屑快速排到切削液箱, 从而使切屑引发的热影响降至最低。在过滤精度方面, 切削液为两次过滤, 精过滤精度高达20μ, 有效保证了加工中心内部结构的精确。

2.6 高效夹具系统

刚性高、稳定的夹具对于高速加工的精度和刀具的寿命非常关键。如果工件夹不紧, 则加工时会出现崩刃、打刀, 甚至造成严重的机床事故;如果夹具的刚性不足, 则加工时会产生震颤、划痕, 进而影响质量, 严重时会影响整体的加工尺寸。因此, 6台加工中心上所有的夹具均为液压夹具, 并设计了能检测零件是否夹紧的气密检测系统, 同时, 在夹具结构薄弱位置增加了加强筋, 可保证夹具的刚性。

采用高效液压夹具安装定位后, 可以快速、准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置, 工件的位置精度由夹具保证, 不受工人技术水平的影响, 其加工精度高且稳定。同时, 明显减少了辅助工时 (装卸工件的时间) , 提高了工件的刚性, 使切削用量加大。

2.7 高速切削刀具系统

变速器壳体生产线刀柄采用HSK形式。刀柄是一种新型的高速锥型刀柄, 其接口采用锥面和端面两面同时定位的方式, 刀柄为中空, 锥体长度较短, 有利于实现换刀轻型化和高速化。由于采用端面定位, 加工中心完全消除了轴向定位误差, 使高速、高精度加工成为可能。这种刀柄被誉为是“21世纪的刀柄”。

2.8 上、下料机构

变速器壳体生产线上、下料机构采用手动辅助上、下料的形式, 操作者通过操作上料平台, 可实现零部件上料时的准确定位, 消除了手动重复装夹造成的装配误差。同时, 设备之间通过滚道连接, 减少了人员走动, 降低了操作者的劳动强度。

参考文献

[1]李河水.加工中心设备选型探讨[J].科技广场, 2011 (05) .

电镀生产线监控系统设计 篇8

工业电镀生产线工位多、生产复杂,同时在电镀中氧化、酸洗、碱洗、电镀等许多工艺具有严重的化学污染和腐蚀,对人的身心健康十分不利[1],而且人工操作随机性大,影响产品质量。电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加剂外,如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。目前国内的电镀工艺控制主要是使用顺序控制器,由于其电路复杂,接口多,受外界干扰大,工作可靠性差,维护也困难[2]。本文提出在电镀生产线上采用基于组态软件和P L C的自动化控制,不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证,减少废品率,而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度和更好的保证工人的人身安全,有非常好的经济效益和社会效益。电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键,核心部分是上位机组态控制的实现。

2 系统的组成

本系统由计算机、电镀生产线现场控制柜、上升下降电机,左右运行电机及位置检测装置组成。上位机计算机安装在控制室,用以收发并显示电镀生产线的信号,记录、存储、显示和控制现场的运行状态。电镀生产线现场控制柜安装在生产线现场,在控制柜上可以手动操作也可以自动操作,电机及位置传感器等安装在电镀生产线上,受现场控制柜控制。控制系统的框图如图1。

3 基于MCGS的上位机监控设计

3.1 MCGS概述

MCGS(Monitor and Control Generated System,通用监控系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件,它能够在基于Microsoft(各种32位Windows平台上)运行,通过对现场数据的采集处理,以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案,它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点,比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性,在自动化领域有着更广泛的应用[3]。

MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分。用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行,组态环境相当于一套完整的工具软件,帮助用户设计和构造自己的应用系统,用户组态生成组态结果数据库。运行环境是一个独立的运行系统,它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理,完成用户组态设计的目标和功能。一旦组态工作完成,运行环境和组态结果数据库就可以脱离组态环境在监控计算机上独立运行[4]。

组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡,它们之间的关系如图2所示。

由MCGS生成的用户应用系统,其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成,窗口是屏幕中的一块空间,是一个“容器”,直接提供给用户使用。在窗口内,用户可以放置不同的构件,创建图形对象并调整画面的布局,组态配置不同的参数以完成不同的功能。MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面,组态配置各种不同类型和功能的对象或构件,同时可以对实时数据进行可视化处理。

3.2 主控界面设计

主控界面是用组态软件MCGS设计的如图3所示,是现场工艺过程的仿真画面,在主控室计算机上可以实时显示现场的工艺流程。在电镀生产线左侧、工人将工件装入行车的吊篮并发出自动启动信号,行车提升吊篮并自动前进。按工艺要求在需要停留的槽位停止(如需要在一号槽电镀,就在此停止,依次类推),并自动下降。再停留一段时间后自动上升,如此完成工艺规定的每一道工序直至生产线末端,行车便自动返回原位置,并由工人装卸工件。

4 MCGS监控系统与下位机PLC的通信

4.1 通讯协议

S7-200支持多样的通讯能力,根据所使用S7-200CPU,系统可以支持以下多个协议:点到点(point-topoint)的PPI协议、多点接口(multi-point)的MPI协议及PROFIBUS协议等[5]。本系统采用西门子PLC的PPI通讯协议。MCGS通过上位机中的串行口和PLC上的通讯单元建立串行通讯连接。西门子PLC与计算机的串行通信连接有两种方式:一种是利用PLC的RS232接口,这时可以直接用电缆与计算机建立连接,这种通信方式PLC的地址为0;而另一种是PLC通过一个连接适配器与计算机连接,用适配器时PLC地址由自己设置。由于RS232串口通讯方式一般不超过50米,而对于通信距离超过50米的,需在上位机与PLC之间加一个RS422适配器,该适配器将RS232通讯格式转换为RS422通讯格式使得可以远距离通讯,并提高抗干扰能力。

4.2 串口父设备设置

西门子PLC设备必须挂接在串口父设备下,串口父设备用来设置通信参数和通信端口。要使上位机组态软件MCGS能正确操作PLC设备,必须设置好设备名称、采集周期、初始工作状态、PLC地址、内部属性等。西门子PLC常用的通信参数:波特率9600,偶校验,1位停止位,8位数据位。MCGS串口父设备的通讯参数必须与PLC的通讯参数一致,这样MCGS才可以读写西门子PLC的各个继电器区和寄存器,从而达到操作PLC设备的目的。具体设置是在下位机的编程环境和MCGS组态软件的设备窗口中完成的。

5 系统软件设计

5.1 系统初始化

初始化对于每一套系统程序都是必需的,每一次PLC上电或对PLC强制复位都要初始化,主要是对在程序中使用到的PLC各种计数器、定时器、寄存器等进行复位和设置,同时保留上次运行需要记忆的各种数据,完成运行前的各项准备工作。

5.2 PLC系统的硬件选择

我们选用西门子公司的S7-200 CPU226CN型PLC,这种PLC结构紧凑、可靠性高、组成灵活、操作方便。其I/O点为40点,具有相应的定时、计数等控制单元,自带标准232接口,可与上位机进行通讯,完全满足要求,外部接线图如图4所示。

5.3 主程序设计

本系统设计有现场手动、单周期运行、连续运行及主控室单周期运行、连续运行三种操作模式。现场手动、单周期运行、连续运行操作模式是在现场控制柜上完成,主控室单周期运行、连续运行是在主控室上位机主控画上点击相应的按钮实现的。主控室监控采用MCGS组态软件设计的监控画面可以实时观察到电镀生产线的每一步实时动作,如钓钩的上升、下降,工件在生产线上的前进、后退等。整个工作流程是这样的,原位:表示设备处于初始状态,吊钩在下限位置,行车在左限位置。自动工作过程:启动→吊钩上升→上限行程开关闭合→右行至1号槽→xk1行程开关闭合→吊钩下降进入1号槽内→下限行程开关闭合→电镀延时→延时时间到→吊钩上升→上限行程开关闭合→右行至2号槽→xk2行程开关闭合……。由3号槽内吊钩上升,左行至左限位,吊钩下降至下限位(即原位)。连续工作:当吊钩回到原点后,延时一段时间(装卸工件),自动上升右行,按照工作流程要求不停的循环。当按下“停止”按钮时,设备并不立即停车,而是返回原点停车。单周期操作:设备始于原点,按下启动按钮,设备工作一个周期,然后停于原点。要重复第二个工作周期,必须再按一下启动按钮。当按下“停止”按钮,设备立即停车,按下“启动”按钮后,设备继续运行。自动运行梯形图见图5所示。

6 结束语

整个系统实现了自动化控制,操作者可在主控室远距离操作现场设备,并可监视现场设备的运行情况,大大降低了劳动强度,改善了现场操作的恶劣的操作环境。系统还提供了紧急退回原位按钮,当发生意外时,按下原位按钮,系统按照预先编好的退回原位的程序退出电镀生产线,提高了系统的安全性。监控结果可以形成历史查询,对电镀工艺的提高提供了可靠的参考数据,更容易掌握电镀生产线的规律,提高了电镀生产线的使用寿命。因此使用和推广电镀生产线监控系统的应用,对保护工人的人身安全,提高经济效益有重大的作用。

参考文献

[1]聂春泉.自动电镀生产线控制系统[J].工业控制技术,2005(4):95-97

[2]傅健.PLC在电镀生产线行车控制系统中的应用[J].电气自动化,2006.28(2):64-67

[3]MCGS用户指南[Z].2004.3

[4]MCGS参考手册[Z].2004.3

特殊地势高线生产线设备设计 篇9

在节能降耗和保护生态环境的经济条件下,利用现有的地理环境,尽可能减少对环境的破坏建设高速线材生产线,是一项利国利民的举措。

某厂的现有厂房依地势而建,地势曲折,北面是山,南面为已有公路。高速线材生产工艺布置图只能依地势设计,这样就对设备设计提出了特殊的要求,以满足生产线的工艺布置要求。高速线材生产线工艺布置如图1所示。

1-上钢装置;2-加热炉;3-出炉辊道;4-初轧机区;5-1#飞剪;6-中轧机区;7-中轧后导槽;8-2#飞剪;9-精轧机区及前后水箱;10-吐丝机;11-散卷冷却线;12-收集区;13-成品库;14-公路

一般来说,高线生产线应为直线布置,但根据以上工艺布置图的要求,轧制中心线多处要求有角度改变, 如出炉辊道与初轧机倾斜8°,初轧机与中轧机偏转25°,中轧机与精轧机偏转5°,风冷辊道偏转6°。同时由于粗、中轧机处厂房跨度较窄,只有20 m宽,标准厂房跨度为大于24m。针对以上情况,由于厂房地域的限制,我们对引进的美国摩根轧机及风冷线设备进行改型设计,即需对原有机列的长度进行改短设计,对原风冷线设备进行转角设计。

2具体改进措施

2.1出炉辊道的设计

由于地势的原因,坯料出炉辊道中心线要发生25°改变,因此将辊道加宽,通常为300mm,现设计为800mm,并在拐弯处设计导板以保证长12m坯料顺利通过,通过三维动画模拟实验确保坯料能顺利通过辊道;由于辊道布置长度过长,通常为20m,现在为50m, 为保证轧件在正常的温度下轧制,在部分辊道上增加保温罩对坯料进行保温。

2.2轧机机列的设计

以550H轧机为例,我们通常生产的摩根轧机机列如图2所示。横移油缸在操作侧,轧制中心线距操作侧边缘约为8 150 mm,轧制中心线距传动侧边缘约为8 610mm,总长度大约为16 760mm。

根据以上要求必须对机列沿长度方向进行短型设计,以满足厂房跨度20m的要求,现将横移油缸由操作侧移到了传动侧,如图3所示。重新设计后轧制中心线距操作侧边缘约为4 000 mm,轧制中心线距传动侧边缘约为9 300mm,总长度大约为13 300mm, 与改进前相比减少约3 460mm。

横移油缸的作用是实现轧辊孔型的横移及轧辊的换辊,原横移油缸在操作侧横移和换辊时始终在牌坊外侧,现横移油缸由操作侧移到传动侧,换辊时必须使横移缸缸杆通过轧机牌坊,才能将轴承座辊系推出牌坊外,实现更换轧辊功能,这就要求油缸与万向轴托架、轧机牌坊、万向轴均不能发生干涉。横移油缸必须穿过万向轴托架及轧机工作机座,因此对万向轴托架及轧机工作机座必须重新设计。

(1)万向轴托架的设计:由于横移油缸由操作侧移到传动侧,万向轴托架底部由整体底座改为分体底座,横移油缸位于万向轴托架下方,便于拆装维护和更换横移油缸。这样换辊小车横移油缸在工作时为缩回状态,更加合理。

(2)工作机座的设计:轧机牌坊窗口下移140mm, 使横移油缸穿过,且与万向轴不会产生干涉,由于下轴承座相应加厚140mm,保证轧制线不变。

2.3中轧后过渡导槽

由于中轧与精轧之间轧制线发生5°改变,同时高低相差1.2m,为了保证轧制连续我们设计了中轧与精轧之间的爬坡导槽。爬坡导槽根据地势爬坡摆放, 并进行偏转,弯曲处设计有导轮,以保证轧件顺利通过。爬坡及偏转的过渡导槽如图4所示,这种设计实现了轧制工艺路线落差和偏转的平稳。

2.4风冷线辊道的设计

风冷线辊道通常为直线布置,作用是对精轧吐丝后的线圈进行快冷和缓冷,使线圈材料的各项性能参数达到要求。本设计中要求设备辊道有爬坡设计,同时在爬坡过程中有跌落和非跌落段、有带风机的快速冷却段、带保温罩的缓慢冷却段和不带任何设备的自然冷却段。根据现场情况要求,必须对原有直线布局的风冷辊道加以改进,按工艺布置要求的角度做偏转设计,偏转位置设计在辊道的自然冷却段的非跌落段。常规设计自然冷却段的非跌落段的衔接图如图5所示,特殊设计后的风冷线辊道衔接布置图如图6所示。

如图6所示,为适应地势要求,将辊道由直线布置的非跌落段改为偏转设计了6°。为实现偏转且使线圈顺利通过辊道且不会使线圈乱卷,将此将非跌落段改为跌落段,前、后区段呈上、下交替布置,落差高度为300mm,同时前段辊道增加对中装置和短辊道,使线卷沿辊道中心线对称垂直跌落;为防止线卷出现倾翻、 不规则堆积或乱卷现象,在后段辊道上,增加了密集辊和纠偏装置,使跌落的线卷平稳地过渡到偏转辊道上, 并沿辊道中心对称前进。

3结束语

玩具生产线智能计数系统的设计 篇10

关键词：USB,485,光电传感器,计数器,计件工资

玩具生产企业日产产品几万件,为了获得周期性产量、工人的计件数量和计算工人的计件工资等指标,可以在生产的各个环节上安装计数装置。通过实时数据采集系统动态计数,并将数据传送到主机进行数据统计分析,形成企业所需要的周期性产量报表、班次产量统计报表以及工人产量和计件工资统计表。为企业数据统计节约大量的人力资源成本,保证了统计数据的实时性和准确性。

一、计数分析系统原理及组成

系统由计数脉冲发生器、计数部件、数据远程传送部件以及PC机数据分析软件构成。其中计数脉冲发生器包含计数信号采集、放大、变换和整形各个环节,通过计数脉冲发生器产生与计数部件中STC89C51匹配的TTL信号;通过对STC89C51的编程设置使定时器T0对计数脉冲进行计数,通过相关算法获取的计数值存放到计数部件的存储。利用数据远程传送部件中的485到USB转换器完成向远程PC传送数据。通过PC机数据分析软件,产生相关统计报表。根据系统工作原理,玩具生产线的智能计数系统基本构成如图1所示:

二、计数脉冲发生器组成

计数脉冲的获取需要经过四个环节如图2所示,在光电转换及信号调理电路设计中,采用光敏三极管采集信号,通过一级单稳电路利用产品前沿到达光敏三极管瞬间触发单稳态电路翻转,并利用单稳态电路的暂稳期隔离光电信号,使产品前沿以后所产生的折射和透射干扰不能进入计数电路,从而达到抗干扰目的。同时利用计数器一级积分整形电路,防止单稳态电路的输出直接加到计数器,会产生两次甚至多次翻转。使计数脉冲获得质量较好的上升和下降边沿,并且具有一定的幅度和宽度。

(一)光电信号检测原理

光电信号检测原理如图3所示,由两对发射和接受装实现,四个发送和接受位处于同一平面内,产品的直径应大于发A与接受Y之间的距离。计数器内部设一标志,玩具未进入发射A与接受X之间时,两束光线均被接收,管A、X均导通,标志置0,当玩具继续运动遮挡住一束光线时,标志不变。当同时遮挡住两束光线时,标志置1。当玩具离开,两束光线未遮挡时,标志置0,这时计数器个数加1。由于玩具遮挡住一束光线时,标志不变,因此玩具进入传感区域发生抖动时,不会影响标志,从而保证获得准确计数。

(二)计数脉冲发生器电路设计

根据光电转换原理,光电转换、信号调理、波形变换和整形电路如图4所示:

当流水线上没有产品通过时,光敏三极管受光直射呈低电阻,光电流很大,使Ib1≈0,BG1截止。这时UC1=Ec(+5 V),使二极管D反向截止。单稳态电路的静止状态是BG2饱和,BG3截止。当有产品通过的遮光瞬间,光电管呈高阻,Ib1增大,BG1饱和,Uc1从+5 V下降到0V,产生一个负跳变,波形如图5a所示。这个负跳变经RrCr微分得到一个负脉冲,使BG2截止,BG3饱和,实现光线阻断时光敏三极管的前沿跳变触发单稳态翻转。由于Cb的放电使Ub2逐渐上升,通过BG2重新导通,电路又恢复到静止状态,产生波形如图5b所示。同时在此期间内Ub2很小,产品折射和透射干扰对截止管BG2不起任何作用,从而起到抗干扰作用,使得一个产品只触发。通过五块7MY13型与非门集成电路以及R0,C0组成积分型整形电路。常态时因BG3截止。Uc3≈Ec,U1=0,U2=1,U3=1,如图5c,5d,5e,5g所示,电容C0被充电至Uc,如图5f所示。当产品到来时,单稳电路翻转,Uc3≈0,U1=1,虽然使YF 2输出为0。但是C0经R0和YF 2的放电需要时间,Uc0不能突跳为0。所以YF 3的两个输入全为1,输出U3=0。此后C0的放电使Uc0逐渐下降到YF3的关门电平如图5f中的Ug3,YF 3输出U3=1。此后经YF4,YF 5整形获得计数脉冲波形CP如图5h所示。

(三)信号放大电路设计

本系统采用集成四运放LM324来进行运放整形驱动。电路采用两级放大电路对脉冲信号进行放大,并通过有源带通滤波器消除干扰,其运放整形驱动电路及仿真结果如图6所示:

三、计数部件设计

计数部件对计数脉冲进行计数,通过键盘模块完成计数清零、复位,利用LED动态显示电路显示计数时间和计数脉冲数,并完成计数数据的存储和RS485数据传送,具体的原理图如图。

(一)键盘模块设计

键盘模块按键功能通过软件编程设置,按K0为清零、复位;按K1显示计时时间;按K2显示计数脉冲数;此按键电路为低电平有效,当无按键按下时,单片机输入引脚P1.0、P1.1、P1.2、P1.3端口均为高电平。当其中任一按键按下时,其对应的P1端口变为低电平,在软件中利用这个低电平设计其功能。软件中还设置了按键防抖动误触发功能,软件中设置定时器1每50ms中断一次,每次中断都对按键进行扫描,如果扫描到有按键按下,则延迟10ms,再次进行键扫描,若仍有按键按下,则按键为真,并从P1口读取数据,低电平对应的即为有效按键。具体电路如图8所示:

(二)显示模块设计

显示模块采用动态LED显示电路实现,产品个数的测量结果经过译码,输出的8位并行数据通过STC89C51的并行口(P0口)输出,送至7段LED,同时由P2口输出位扫描信号以实现测量数据的动态显示。P0口外围电路设计为低电平有效,高电平无效。要使数码管S0-S7的其中一个亮,其对应的P2端口要置高,P2的其余端口置低。如:S0亮:P2.0置高,P2.1-P2.7置低。系统将定时把缓冲区的数据送出,在数码管上显示。显示电路如图9所示:

(三)计数系统软件设计框图

软件部分由数据处理程序、按键程序设计、中断服务子程序、LED显示程序等几个部分组成。数据处理完成对各种测量数据的处理,如各种数据的计算、数据格式的转换等。按键程序包括按键防抖动处理、判键及修改项目等。程序原理框图如图10所示。

四、RS485到USB转换器设计

转换器由STC89C51、PDIUSBPDIUSBD12、MAX485构成,通过MAX485获取远程技术部件的数据,将该数据通过STC89C51和PDIUSBPDIUSBD12转换成USB接口数据传送到PC,供PC机服务程序调用,完成产品计数数据的统计分析,该部分设计包含硬件设计和软件设计。

(一)硬件设计

硬件部分通过STC89C51,PDIUSBD12,MAX485实现。具体电路如图11所示,由于PDIUSBD12既要接收来自STC89C51的命令又要跟STC89C51进行数据通信,所以PDIUSBD12的ALE与STC89C51的ALE相连,ALE的时序关系和STC89C51跟一般存储器的相连时相同,在下降沿对地址锁存。此时,A0=1。STC89C51的P0口直接与PDIUSBD12的数据总线相连,作为并行数据和命令传送通道。它的时钟来自PDIUSBD12的CLKOUT接入,取消外接晶振。

(二)软件设计

软件设计包括单片机软件(固件)设计和主机部分软件设计,主机部分软件又包括驱动程序和应用程序两部分,分别使用DDK和VC6.0生成。另外,在开发过程中还用到USB总线数据通讯查看工具如USBView以及驱动程序调试工具SoftICE等。

1. 单片机软件(固件)设计

该转换器程序主要完成PDIUSBD12的初始化,以及读取计数部件数据进行格式转换并存储,其PDIUSBD12的初始化包括:设置地址使能,设置端点使能,软断开,延时,软连接,等待中断,响应来自主机的Setup包,完成枚举共7个环节。其中USB枚举的过程是主机和USB转换器的握手过程:主机发出Setup包,USB设备响应该请求并返回必要的信息。在主机得到USB通讯所需的所有USB设备的信息后,枚举即告结束。其中PDIUSBD12的枚举过程有GetDeviceDescriptor,SetAddress,DeviceDescdriptor,GetConfigDescriptor,ConfigDescripto,SetConfiguration,GetConfiguration,GetInterface等。PDIUSBD12对主机请求的响应要严格根据USB协议对每个字节的定义进行设置,具体设计中可能与给出的参考不同。

2. 主机方面软件设计

要使PDIUSBD12构成的USB设备正常工作,通常采用Windows DDK来编写驱动程序,也可以借助USB驱动生成工具,快速的生成高质量的USB的驱动程序。当主机检测到有USB设备插入时,根据PID和VID查找相应的驱动程序。如果是第1次插入,系统会提示安装驱动程序,查询指定驱动程序的Inf文件。PC机应用程序主要是用来进行数据显示和处理以及发出数据采集命令等,该应用程序可以通过如VC、VB等高级编程工具来实现。

五、实验及结果分析

该设计通过实际应用测试,其测量数据如表1。

六、结论

该设计方案可行,各个部件工作良好。可以实时采集生产线上玩具产品数据,通过458到USB转换器远程采集数据,利用PC机应用程序对数据进行统计分析,可以方便的计算产量和工人的计件工资,形成相关统计报表。

参考文献

[1]毛雪珍.一种RS-485与USB转换卡的设计与实现[J].机电工程,2002,19(6):57~58.

[2]刘丁,王云飞.USB在数据采集系统中的应用[J].电子技术应用,2000,6(4):37~39.

[3]余永权,单片机在控制系统中的应用[M].北京:电子工业出版社,2003

生产线设计 篇11

关键词：硅钢；破边；入口导板；导向轮

Summary： When the rolling silicon steel in the 1700mm Hot Strip Mill，the edge crack ofen producted ，it influence the quality of the steel plate ；By the observation and the analysis， finally we design the guide roll in the entry guides， after application ， solution developed.

Key words： silicon steel、edge crack、entry guide、guide roll

本钢热连轧厂1700mm生产线自2001年设备改造后，设备装备水平以及设备装机精度都得到了大幅的提高，但近几年随着市场的变化以及轧制产品品种的增加，对设备的精度和装备要求的越来越高，特别是自2012年年底开始，随着本钢生产硅钢产量的增加，1700mm生产线精轧机产生的“破边”现象，成为影响生产轧制稳定性的主要因素，为此，解决在精轧机组产生的破边成为首要任务。

1.设备和生产现状

1.1设备本体存在的缺陷

根据设备技术档案记载，在2001年1700mm生产线E3/R3侧导板改造和更新E3立辊轧机时，E3/R3侧导板的轧制中心线与R3轧制中心线偏离14.5mm，因此钢板出R3轧机后明显偏向中间辊道的传动侧，经过飞剪前导尺矫正后导入精轧机的钢板仍然偏向传动侧；

1.2 2001年1700mm生产线设备改造时，由于F1机前空间限制，无法设计安装F1E立辊。

1.3生产状况

由于硅钢本身具有较高的粘度，导致与精轧机入口导板接触后，容易粘连在入口导板耐磨衬板上，堆积后进而将硅钢边部撕裂产生所谓的破边。

2.导向轮设计原理

2.1 安装机架

2001年1700mm生产线改造时，由于精除鳞机和F1机架间的空间较小，无法满足换辊时入口导板平移，因此对F1机架的入口导板单独设计为固定形式，此入口导板较F2—F7入口导板偏小，考虑到安装导向轮后，维护检修困难，因此F1入口导板不增加导向轮；F5—F7轧机为精轧机尾部机架，带钢厚度在此机架时相对较薄，参照鞍钢1700mm生产线入口导板导向轮安装的经验，故不在F5—F7轧机入口导板安装导向轮。因此选在F2—F4入口導板安装导向轮。

2.2安装位置

2.2.1为了确保导向轮安装后能达到预计的效果，设计导向轮表面高出平行段衬板表面10mm。

2.2.2为了方便检修维护，根据精轧机入口导板导板体的实际结构，设计将导向轮安装在导板体导向段（喇叭口段）与平行段接口位置，该位置能够保证带钢通过导向轮导向后正常进入轧机。

2.3导向轮型式

2.3.1根据精轧机入口导板导板体的结构，设计导向轮嵌入到入口导板两侧导板体的外侧，即：将导向轮下部方轴嵌入到导板体（厚度为96.5mm）水平滑板的底板处。

2.3.2导向轮型式为辊筒式，由主轴、辊筒和附件组成，①主轴固定：主轴两端设计为方形，上方采用压板固定，下方镶嵌在导板体方形槽内（原设计导板体没有方形槽，装配前需要在两侧导板体上加工方形槽）；②外边辊筒转动。将导向轮主轴固定在导板体上，由于导板体的高度和钢板可能与导向轮接触的最大高度限制，设计导向轮辊身长度为370mm。

2.3.3导向辊需要承受最高达到1030℃带钢温度的烘烤，以及较强的冲击力，因此辊筒本体材质选用Q235B，表面不小于3mm的堆焊层，表面硬度达到HS82±3；为了延长导向辊的使用寿命以及导向轮高温下对两侧轴承的影响，在牌坊上增加冷却水（冷却水喷嘴选择角度可调式的）。

2.3.4考虑到带钢线速度最大达到3米/秒，同时导向轮承受较大的冲击力，导向轮采用上下两组调心辊子轴承2315，两侧轴承通过中间定位套确定轴承位置。

2.3.5导向轮两侧轴承的润滑采用集中干油润滑的形式。

2.3.6检修维护导向轮时，受入口导板上方侧喷水横梁的影响，需要将入口导板开到换辊位置，同时将入口导板合到最小位置（700mm位置），同时两侧导板体插安全销做好安全防护。

3.效果

自2012年12月21日在F2机架上机后，导向轮能够对钢板起到正确导向作用，尤其对钢板边部破边得到明显抑制；到2013年6月为止，出现两次导向轮上方压盖螺栓折断现象（主要原因钢板头部侧弯严重，对导向轮瞬间冲击大，将压盖螺栓撞断，原设计压盖连接螺栓为M16×130，考虑到M16螺栓强度不够，重新设计为M24×130，修改后的导向轮2013年10月份上机后避免了同类事故的发生。

4.结语

通过对1700mm线精轧机入口导板增加导向轮装置，有效抑制了钢板在精轧机“破边”的产生，尤其是在轧制类似硅钢级别的高粘度钢板时，效果更加明显，这不但提高了轧制节奏，而且大大提高了钢板的表面质量。通过资料查询，发现很多热轧带钢厂（尤其是精轧机前没有安装立辊的热轧带钢厂）都存在同样的问题。希望通过撰写此文，在大家遇到此类问题时，

能给热轧带钢厂或设计厂家一些指导意见和技术参照。

参考文献：

[1]张金玲.热轧带钢精轧机组侧导板磨损分析及结构改进.《轧钢》，2013年05期

[2]机械工业出版社，2004.8（2006.4）《机械设计手册》第3卷

[3]二重集团（德阳）重型装备股份有限公司.轧机入口导卫装置.中国应用技术，2010.08

作者简介：

码垛生产线物流控制系统设计 篇12

所谓码垛就是按照集成单元化的思想, 将一件件的物料按照一定的模式堆码成垛, 以便使单元化的物垛实现物料的存储、搬运、装卸运输等物流活动[1]。

码垛生产线物流系统属于一种集成化的系统, 其应用的数量和质量标志着企业生产自动化的先进水平[2]。在我国食品、医药、化工、物流等劳动强度大、生产量大、工伤事故率高的行业规模化成型产品物流生产线的应用还几为空白[3]。企业对车间级自动化物流生产线的需求表现出非常旺盛的态势, 因此具有较大的市场空间。

文章介绍的是一套基于P L C控制的码垛生产线物流控制系统。实现对娃哈哈306mm×243mm×172mm (长×宽×高) 280ml营养快线, 430mm×219mm×92mm (长×宽×高) 125ml小爽歪歪, 387mm×264mm×120mm (长×宽×高) 200ml大爽歪歪三种产品的码垛。首先根据具体工艺过程分析出控制要求制定出整体的控制系统框架。其次, 使用西门子STEP7对系统进行硬件组态, 采用模块化的软件设计方法使用梯形图和语句表编写系统控制程序。使用Win CCFlexible完成对监控画面的绘制。最后对系统进行联机仿真调试。

1 系统总体结构介绍

物流控制系统对码垛生产线功能的实现及作业性能的保障起着至关重要的作用[2]。码垛生产线的物流装置可分为整列和栈板供给两个功能模块, 由同一控制系统控制运行。图1和图2分别为码垛生产线物流系统整列部分机械结构图和码垛部分机械结构图。

系统采用了西门子S7-300 PLC作为控制器, CPU为315-2PN/DP。以西门子KTP1000触摸屏作为操作屏, 触摸屏与PLC之间采用以太网通讯。系统各电机均由变频器驱动, 采用丹佛斯VLT-2800系列。变频器均由PLC通过Profibus-DP总线控制。除电机外, 其它诸如箱子转向、推箱升降、栈板夹持等动作采用气缸驱动, 由PLC通过点对点的方式直接控制电磁阀的动作实现。另有各个开关按钮作为操作装置, 光电开关和接近开关作为检测器件, 由电磁阀和气缸驱动相关机构动作。

码垛生产线物流控制系统架构如图3所示。

2 控制系统硬件设计

根据工程项目要求, 控制系统的硬件模块选择与配置如图4所示。

在导轨2号槽位置安装CPU模块。由于控制系统中有以CPU作为主站和变频器作为从站的PROFIBUS-DP网络。并且触摸屏与PLC之间采用以太网通讯。因此选择同时集成了以太网接口和PN端口的CPU 315-2 PN/DP以满足系统需要。

本项目不需要拓展机架, 所以3号槽空出不安装模块。从4号槽开始安装I/O模块。根据系统控制要求, 系统中需要的数字量输入共有51个, 数字量输出有13个, 无模拟量输入输出。考虑到今后的调整和扩充加上10%~15%的备用量。因此在4、5两槽各配置一块32点的数字量输入模块SM321, 在6槽配置一块32点的输出模块SM322。所有模块的地址均采用系统默认地址。将I/O模块的地址分配给机器人码垛生产线上的传感器和执行器。输入/输出地址如表1所示。

3 控制系统软件设计

3.1 整列部分系统控制要求

文章以125ml小爽歪歪为例, 完成对整列部分系统控制要求的分析, 控制要求如下:

小爽歪歪整列方式如图5所示, 整列装置一次整理好两排, 即半垛。小爽歪歪进入整列区域前均为纵向进入。

1) 整列第一排3箱不用转向, 第二排6箱需要转向。箱体进入拉距机时, 开始计数。

2) 箱体进入转向输送机后, 转向轮缩回, 成品直接通过, 进入整列装置。

3) 箱体进入整列装置后, 开始排队, 当进入3箱时, 拉距机暂停, 3箱挤紧后, 推箱机构动作, 将第一排推到要求位置。

4) 第一排到位后, 拉距机开动, 推箱块缩回, 推箱机构回到原位后推箱块再伸出。

5) 整理第二排。第4箱进入转向输送机时, 转向轮移出, 成品转向, 进入整列装置后, 开始排队计数, 当进入6箱时, 拉距机暂停, 6箱挤紧后, 推箱机构动作, 将第二排推到位。

6) 半垛排好后, 拉距机暂停, 等半垛被抓走后, 再开始下一个工作循环。

3.2 栈板供给部分系统控制要求

1) 当叉车将空栈板整齐堆放在栈板输送带上时, 输送带启动, 将栈板送至栈板释放位, 栈板托架气缸动作, 托架抓住第二层栈板, 释放电机转动, 第二层及以上栈板上升, 第一层栈板释放。

2) 栈板输送带启动, 将栈板送至码垛位。第一层离开后, 释放电机动作, 第二层及以上栈板下降至输送带, 栈板托架打开后上升, 进入下一循环。

3) 栈板在码垛位定位后, 机器人码垛。码垛结束后, 输送带启动, 将成品垛运至卸垛位, 等待叉车将成品垛转运走。

3.3 程序框图设计

明确码垛生产线物流装置的控制要求后, 通过以PLC为核心的软件设计和编程实现。整列和栈板供给的程序框图分别如图6、图7所示。

4 人机界面组态软件设计与实现

Win CC flexible简单、灵活、高效易于上手, 使自动化过程更加透明, 组态更加简单, 反应更加迅速。即使在复杂环境下也能确保可靠的信息交换[4]。本次设计使用Win CC flexible软件对底层设备和生产过程进行监控, 并对系统运行中出现的问题进行报警。利用该软件设计的码垛生产线物流监控系统实现了人机交互。

4.1 在STEP7中集成Win CC flexible项目

通过在STEP7的SIMATIC Manager中创建HMI站, 创建集成在STEP7中的Win CC flexible项目[7]。将S7-300PLC与触摸屏设置同一网段的IP地址, 建立连接。

4.2 创建变量

根据系统中各元件对应的PLC I/O地址 (如表1所示) 组态画面, 通过变量和动态元件交换输入数据和过程值。如图8所示为项目部分变量。

4.3 离散量报警组态

由于变量已经创建, 且系统只有离散量故只需组态离散量报警。在“离散量报警器”中, 双击空白行, 自动添加新的离散量报警, 如图9所示。同时组态该条离散量报警的属性, 包括输入报警文本, 指定变量类别, 确定触发变量以及改变变量的触发位。

4.4 画面组态及功能

在设备设置中设置系统初始界面, 设置操作级权限, 确保设备运行时的安全。根据系统要求创建画面。监控系统创建的画面包括起始画面、生产线参数设置与监控画面、进箱参数设置画面、报警历史画面。

操作面板上按F1, 则触摸屏显示控制系统起始画面, 如图9所示。

按F2, 触摸屏上显示参数设置与监控画面, 如图11所示。该页面主要用于设置各段输送带和动作机构电机的运行速度, 设置进箱延时值和转向延时值, 显示各检测信号的状态。在系统停止状态下, 点击各输入框即可输入相应参数。页面左下角显示了当前拉距进箱计数值、整列进箱计数值和整列次数值。若传感器计数出错, 则可以长按“×”1秒钟, 将当前值清零。当某个检测传感器有信号时, 对应的“○”将变为绿色。

按F3, 触摸屏显示进箱参数设置画面, 如图12所示。该页面可以设置进箱次数, 每次进箱数量以及每个箱子是否需要转向。系统停止状态下, 点击相应输入框即可输入进箱次数值和进箱数量值。“设置值”栏显示了当前每个箱子设置的转向状态。

按F4, 触摸屏显示报警历史画面, 如图13所示。系统出现过的报警信息可在此页面查到, 并可以确认相应的报警。系统出现报警时, 触摸屏顶部将显示相应的提示信息, 而右下角将显示报警指示。点击“确认”可以确认相应的报警, 点击“报警指示器”则可以弹出或隐去报警显示框。

4.5 配方组态

由于码垛物流生产线要完成对三种不同产品的整列, 因此每一种产品对应一个配方。首先定义配方所需使用的元素, 这其中包括各段电机的转速, 进箱次数, 进箱数量, 转向模式等。在配方编辑器中, 将配方元素和相应变量关联起来。在数据记录页中创建三种产品的数据记录, 并在数据记录中设置每种产品对应的生产要素数据, 如图14所示。这样就创建了名为“进箱参数”的配方。操作人员在实际生产中可以针对不同产品选择相应的数据记录。

5 系统联机仿真

用西门子的PLC, 安装STEP 7软件后, 则可以将Win CC flexible与STEP 7集成在一起。集成的优点在于集成组态期间, 可以访问用STEP 7组态PLC时所创建的STEP 7组态数据, 使变量的访问更加方便。并且使用STEP 7中的S7-PLCSIM仿真软件, 可以和Win CC flexible中的仿真软件Win CC flexible Runtime进行通信, 这样可以进行联合调试和仿真程序[8]。

打开S 7-P L C S I M, 由于系统仿真基于T C P/I P的S 7通讯, 因此设置P G/P C接口为“P L C S I M (T C P/I P) ”, 在项目中的选项 (Options) ——Set PG/PC Interface中选择“PLCSIM (TCP/IP) ”。用STEP7软件SIMITIC Manager的菜单命令“PLC”—“Download”, 把程序下载到中仿真器中。打开Win CC flexible菜单中“项目”—“编译器”—“启动运行系统”。在PLCSIM中, 选择PLC工作方式为“RUN”, 按照系统实际对系统进行模拟, 程序运行情况可以直观地在Win CC flexible Runtime中展示出来, 如图15所示。

6 结束语

文章针对码垛生产线物流控制系统的设计, 采用西门子PLC作为系统控制核心, 西门子触摸屏作为人机交互界面完成了系统自动化控制。经过反复调试后, 已在娃哈哈实际生产线上得到了示范应用, 目前在生产速度为700箱/小时的码垛生产线上可以很好的配合码垛机器人完成码垛任务, 并且每条生产线。顺利通过了连续72小时无故障运行及公司设备工程部的验收, 工作站长时间试运行下来, 平均无故障时间MBTF超过了1000小时。达到了企业以示范应用为突破口, 提高企业自动化的程度, 减轻工人劳动强度, 节约人力资源成本的目的。

摘要：针对娃哈哈公司的码垛生产线, 设计了一套以西门子PLC为控制核心, 采用西门子人机界面作为人机交互工具的物流控制系统。该系统实现了产品整列控制、栈板输送控制、系统的实时监控等功能。从系统总体结构、控制系统硬件设计、控制系统软件设计、人机交互界面等方面进行了详细的介绍。经过调试测试投入运行后系统运行可靠、参数设置简便、监控界面明晰, 为企业提高生产效率、改善劳动条件、优化作业布局做出了贡献。

关键词：码垛生产线,物流,PLC,人机交互界面

参考文献

[1]胡洪国, 高建华, 杨汝清.码垛技术综述[J].组合机床与自动化加工技术, 2000 (6) :7-9.

[2]张丰华, 韩宝玲, 罗庆生, 等.基于PLC的新型工业码垛机器人控制系统设计[J].计算机测量与控制, 2009 (11) :2191-2193.

[3]李晓刚, 刘晋浩.码垛机器人的研究与应用现状, 问题及对策[J].包装工程, 2011, 32 (3) :96-102.

[4]陈海霞.西门子S7-300/400PLC编程技术及工程应用[M].北京:机械工业出版社, 2012:341-342.

[5]刘慧军.码垛机器人物流控制系统开发[D].天津大学, 2008.

[6]万宏伟, 谢光汉.基于PROFIBUS现场总线的物流传送系统设计[J].自动化技术与应用, 2008, 27 (7) :42-43.

[7]深入浅出西门子人机界面[M].北京航空航天大学出版社, 2009.

[8]廖亮.西门子人机界面组态软件WinCC flexible使用经验[J].电工技术, 2008, (12) :60-66.