人機一體化自動化制造系統控制技術

宋俊錫

文章編號：2095-6835（2016）13-0139-02

摘 要：主要針對人機一體化自動化制造系統的控制技術展開了探討，介紹了人機一體化自動化制造系統的結構，并系統分析了人機一體化自動化制造系統的控制技術，以期能為有關方面的需要提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞：自動化；制造系統；控制技術；人機一體化

中圖分類號：TH164 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.139

隨著科學技術的不斷發展，人機一體化自動化制造系統在生產工作中逐漸得到應用，極大地提高了生產工作的效率，還減少了工人的勞動強度，是科學技術在生產制造中的體現。為了進一步對人機一體化自動化制造系統的應用，就需要掌握對其的控制技術。基于此，本文就人機一體化自動化制造系統的控制技術進行了探討，相信對有關方面的需要能有一定的幫助。

1 該系統的結構

人機一體化自動化制造系統的構成因素為人、產品（或機械）及環境，并且通過人機之間的協調作用完成系統的功能。在該系統中，人和產品（機械）之間相互作用和影響。人機一體化系統分為簡單系統和復雜系統。一個復雜的人機一體化系統還包含很多個別的人機學系統。人機一體化自動化制造系統示意圖如圖1所示，該系統主要包括感知層、控制層和執行層。

2 該系統的控制技術

2.1 分布式數字控制系統

DNC（Direct Numerical Control或Distributed Numerical Control），前者為直接數字控制，后者為分布式數字控制，這是DNC的兩個不同發展階段，代表著數控加工控制技術的轉變由單機控制發展到集中控制。分布式控制系統集中了常規模擬儀表分散控制和計算機集中控制兩者的優點，將計算、通訊、屏幕顯示和控制結合在一起，控制模式的改變十分方便，并實現了各種復雜控制。同時，分散了故障引起的危險，控制系統變得更加穩定。

分布式控制系統的功能主要有以下五方面的功能：①現場I/O驅動，完成過程量的輸出輸入；②預處理輸入過程量，用真實數字值還原現場值，做好計算準備；③實時采樣現場數據，并存儲在現場控制站內本地數據庫中；④分析數據，進行控制計算，得到實施控制的量；⑤通過現場I/O驅動，輸出控制量到現場。

2.2 數控加工技術的控制策略

數控機床通常由數控裝置、控制介質、機床本身及伺服系統構成，數控機床的控制系統分為以下三類。

2.2.1 開環控制系統

開環控制系統的控制流程如圖2所示。該系統采用伺服驅動方式，不設置檢測元件，輸出指令脈沖之后，無反饋信號，控制精度不高。

2.2.2 閉環控制系統

閉環控制系統的控制流程如圖3所示。該控制系統接收數控系統的驅動指令和工作臺上檢測元件測出來的實際位置反饋信息，得出差值并及時進行修正。因此，系統控制的穩定性及精確度較高。

2.2.3 半閉環控制系統

半閉環控制系統的控制流程如圖4所示。該類控制系統的反饋測量傳感器元件安裝在伺服電機或驅動絲桿端。因此，該系統具有剛性好、環路短的優點，并易獲得穩定的控制特性。

2.3 柔性制造系統的控制技術

Flexible Manufacturing Cell即柔性制造單元，由單臺數控機床、工件自動輸送、加工中心及更換系統等組成。它是實現單工序加工的可變加工單元。單元內的機床具有不同的工藝性能，相互互補，可完成多種類型零件的加工。系統設有外部接口，可以和其他控制單元協同合作。FMC控制系統通常分為單元控制級及設備控制級二級。

2.3.1 設備控制級的實質是單機控制

設備控制級的實質是單機控制，主要是對機床、坐標測量機、小車等各種設備進行控制。控制系統通過接口和向上單元控制系統、向下設備進行連接。設備控制器的功能是對工作站控制器命令進行轉換，使其轉換成次序明確、操作性強的簡單任務，然后通過各種傳感器對任務的執行過程進行監控。設備控制級的工控機的控制功能較強，比如總線控制機、微型計算機及可編程控制器等。

2.3.2 單元控制級主要指揮單元內設備活動

單元控制級主要是對單元內的設備活動進行指揮和協調，物料貯運系統交來零件托盤，通過控制零件夾緊、工件調整、切屑清除、切削加工、卸下工件、加工過程中檢驗及清洗工件等功能調度各個設備級子系統。單元控制系統采用的計算機為微型計算機或者工作站，具備有限實時處理能力。單元控制級和設備控制級通過RS232接口進行通訊，并通過該接口與其他系統構成FMS。

2.4 計算機集成制造系統的控制策略

計算機集成制造系統（ClMS）的結構為五層，分別為工廠層、車間層、單元層、工作站層和設備層。五層之間遞階控制。

第五級工廠層，該層的功能包括制訂長期生產計劃、市場預測、制定資源規劃、確定生產資源需求等；第四級車間層，該層按照生產計劃協調車間作業及資源配置；第三級單元層，該層的主要功能是完成作業調度，例如管理和發放零件在各工作站的作業順序、協調不同工作站間的物料運輸等；第二級工作站層，根據完成的任務，該層可分為加工工作站、檢測工作站等；第一級設備層，包括各設備的控制器，執行上層的控制命令，完成測量、加工、等任務。

計算機集成制造系統的上、下層系統之間存在信息流，上層向下層傳遞命令，并向上層反饋信息。

3 結束語

綜上所述，人機一體化自動化制造系統的出現和應用，對于日常的生產制造工作有著極大的幫助。為此，為了進一步推動人機一體化自動化制造系統的應用，我們就需要掌握對其的控制技術，以不斷提高機械自動化系統的自動化能力和水平，從而繼續為生產制造帶來幫助。

參考文獻

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〔編輯：胡雪飛〕