人機一體化自動化制造系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的結構，并系統(tǒng)分析了人機一體化自動化制造系統(tǒng)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(tǒng)；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(fā)展，人機一體化自動化制造系統(tǒng)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(xiàn)。為了進一步對人機一體化自動化制造系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的結構

人機一體化自動化制造系統(tǒng)的構成因素為人、產品（或機械）及環(huán)境，并且通過人機之間的協(xié)調作用完成系統(tǒng)的功能。在該系統(tǒng)中，人和產品（機械）之間相互作用和影響。人機一體化系統(tǒng)分為簡單系統(tǒng)和復雜系統(tǒng)。一個復雜的人機一體化系統(tǒng)還包含很多個別的人機學系統(tǒng)。人機一體化自動化制造系統(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

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的兩個不同發(fā)展階段，代表著數(shù)控加工控制技術的轉變由單機控制發(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算機集中控制兩者的優(yōu)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(xiàn)了各種復雜控制。同時，分散了故障引起的危險，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(shù)字值還原現(xiàn)場值，做好計算準備；③實時采樣現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并存儲在現(xiàn)場控制站內本地數(shù)據(jù)庫中；④分析數(shù)據(jù)，進行控制計算，得到實施控制的量；⑤通過現(xiàn)場I/O驅動，輸出控制量到現(xiàn)場。

2.2 數(shù)控加工技術的控制策略

數(shù)控機床通常由數(shù)控裝置、控制介質、機床本身及伺服系統(tǒng)構成，數(shù)控機床的控制系統(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(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(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)的反饋測量傳感器元件安裝在伺服電機或驅動絲桿端。因此，該系統(tǒng)具有剛性好、環(huán)路短的優(yōu)點，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

Flexible Manufacturing Cell即柔性制造單元，由單臺數(shù)控機床、工件自動輸送、加工中心及更換系統(tǒng)等組成。它是實現(xiàn)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(tǒng)設有外部接口，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(tǒng)通過接口和向上單元控制系統(tǒng)、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(zhí)行過程進行監(jiān)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(xié)調，物料貯運系統(tǒng)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(tǒng)。單元控制系統(tǒng)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(tǒng)構成FMS。

2.4 計算機集成制造系統(tǒng)的控制策略

計算機集成制造系統(tǒng)（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(guī)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(xié)調車間作業(yè)及資源配置；第三級單元層，該層的主要功能是完成作業(yè)調度，例如管理和發(fā)放零件在各工作站的作業(yè)順序、協(xié)調不同工作站間的物料運輸?shù)龋坏诙壒ぷ髡緦樱鶕?jù)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(zhí)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(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 結束語

綜上所述，人機一體化自動化制造系統(tǒng)的出現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)的自動化能力和水平，從而繼續(xù)為生產制造帶來幫助。

參考文獻

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〔編輯：胡雪飛〕