【正文】 ，與提供生產(chǎn)現(xiàn)場控制設(shè)施的廠商建立合作關(guān)系。 在 MES 定義中強調(diào)了以下三點： MES 是對整個車間制造過程的優(yōu)化，而不是單一的解決某個生產(chǎn)瓶頸 。 MES 必須提供實時收集生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的功能，并作出相應(yīng)的分析和處理。 MES 需要與計劃層和控制層進行信息交互，通過企業(yè)的連續(xù)信息流來實現(xiàn)企業(yè)信息全集成。 、柔性自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)簡介 柔性自動 化生產(chǎn)線 是針對大規(guī)模生產(chǎn)的 弊端 而提出的新型生產(chǎn)模式。所謂柔性生產(chǎn)即通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、人員組織、運作方式和市場營銷等方面的改革，使生產(chǎn)系統(tǒng)能對市場需求變化作出快速的適應(yīng)，同時消除冗余無用的 損耗 ，力求 企業(yè) 獲得更大的效益。 隨著計算機技術(shù)的出現(xiàn)，產(chǎn)生了“柔性自動化技術(shù)”。采用“柔性自動化技術(shù)”的生產(chǎn)線不僅能夠自動的“做”，而且一旦加工目標確定，就知道應(yīng)該“怎么做”。柔性自動化技術(shù)是當(dāng)今機械制造業(yè)適應(yīng)市場動態(tài)需求，加速產(chǎn)品更新的主要手段。采用柔性自動化技術(shù)，不僅能夠提高生產(chǎn)效率、減輕勞動強度，還能提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短制造周期和交貨期、大幅度降低成本，因而是各國機械制造業(yè)發(fā)展的重要趨勢。 、我國當(dāng)前 MES和柔性自動化生產(chǎn)線的現(xiàn)狀和前景 20 世紀 90 年代初期， 中國 就開始對 MES 跟蹤研究、宣傳或試點，而且曾經(jīng)提出了 “管控一體化”，“人、財、物、產(chǎn)、供、銷”等概念，只是總結(jié)、歸納、宣傳、堅持或者提煉、提升不夠，發(fā)展勢頭不快。 國內(nèi)最早的 MES 是 20 世紀 80年代寶鋼建設(shè)初期從 SIEMENS（西門子）公司引進的。中國工業(yè)信息化基本上是沿著西方工業(yè)國家的軌跡前進，只是慢半拍而已。幾乎絕大多數(shù)大學(xué)和工業(yè)自動化研究單位，甚至于國家、省、市級政府主管部門都開始跟蹤、研究MES。從中央到 地方，從學(xué)會到協(xié)會，從 IT公司到制造生產(chǎn)廠，從綜合網(wǎng)站到專業(yè)網(wǎng)站，從綜合大學(xué)到?？圃盒?，都卷入了 MES 熱潮之中。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 8 頁 共 49 頁 柔性自動化生產(chǎn)線 從技術(shù)上看，工業(yè)發(fā)達國家都是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為重點，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標，注重對單元技術(shù)的開發(fā)、完善與提高。計算機數(shù)控（ Computer Numerical Control，簡稱 CNC）單機繼續(xù)向著高精度、高速度和高柔性的方向發(fā)展， FMS(Flexible Manufacture System 柔性制造系統(tǒng) )技術(shù)向著網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開放、性能集成智能、實用有效的方向發(fā)展 。 目前，我國 CNC 機床尚未普及，連續(xù)運行的可靠性還不高， FMS 尚未達到實用化，一些關(guān)鍵的基礎(chǔ)技術(shù)還沒有完全掌握，與國際先進水平和國內(nèi)日益增長的需求相比，都有不小的差距。我們必須結(jié)合國情，大力發(fā)展適用、可靠、價廉的柔性自動化技術(shù)及裝備。 今后一段時期內(nèi)，在繼續(xù)進行機械制造柔性自動化技術(shù)方面應(yīng)用科學(xué)研究的基礎(chǔ)上，切實做好“掌握柔性自動化裝備的設(shè)計方法和制造技術(shù)”，以及“提高自主開發(fā)能力”這兩個方面的工作；完成 FMC、 PFMS（準柔性制造系統(tǒng)）、 FMS 這三個層次的典型柔性加工設(shè)備的開發(fā)。力爭到 2020 年 ，我國主要柔性單元設(shè)備的綜合性能，達到國外 90 年代初期的水平；實用化的柔性制造系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)水平，達到國外80 年代末、 90 年代初水平，以便為今后制造業(yè)綜合自動化的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。 、 PLC 的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景 PLC （ Programmable Logic Controller）又叫可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型 的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。 長期以來， PLC始終處于工業(yè)控制自動化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供非?？煽康目刂品桨福c DCS（ Distributed Control System，即 分布式控制系統(tǒng) ） 和工業(yè) PC 形成了三足鼎立之勢。同時， PLC 也承受著來自其它技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，尤其是工業(yè) PC所帶來的沖擊。 微型化、網(wǎng)絡(luò)化、 PC 化和開放性是 PLC 未來發(fā)展的主要方向。在基于 PLC 自動化的早期， PLC 體積大而且價格昂貴。但在最近幾年，微型 PLC（小于 32 I/O）已經(jīng)出現(xiàn)，價格只有幾 百歐元。隨著軟 PLC（ soft plc）控制組態(tài)軟件的進一步完善和發(fā)展，安裝有軟 PLC 組態(tài)軟件和 PCbased 控制的市場份額將逐步得到增長。 當(dāng)前，過程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢之一就是以太網(wǎng)技術(shù)的擴展， PLC也不例外。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 9 頁 共 49 頁 PLC 在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、 PC 化和開放性方向發(fā)展?，F(xiàn)在越來越多的 PLC 供應(yīng)商開始提供以太網(wǎng)接口。可以相信， PLC 將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè) PC的控制系統(tǒng)。 二、硬件電路設(shè)計 、總體介紹 本系統(tǒng)采用先進的總線控制方式，增配有主 控 PLC、工業(yè)觸摸屏、 MCGS（ Monitor 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 10 頁 共 49 頁 and Control Generated System，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)） 工業(yè)組態(tài)監(jiān)控軟件、 MES 生產(chǎn)制造管理軟件等，下面就具體介紹生產(chǎn)線的功能。 圖一 MES網(wǎng)絡(luò)型模塊柔性自動化生產(chǎn)線實物圖 如圖一所示，該柔性制造生產(chǎn)線作為一有機整體，有上料檢測站、搬運站、加工站、分揀站、傳送站、安裝站和分類站組成，控制系統(tǒng)可以選用西門子、三菱或歐姆龍的PLC 進行控制 (在此生產(chǎn)線中選用的是西門子的 PLC),具有較好的柔性，即每站各有 一套PLC 控制系統(tǒng)獨立控制，在單個控制完成以后，又可將相鄰的兩站、三站或更多站連在一起，進行聯(lián)動。 、系統(tǒng)總體構(gòu)成 該柔性自動化生產(chǎn)線實驗系統(tǒng)是由獨立的各站相互連接而成，有如下 8站： （ 1）上料檢測站 a、回傳上料臺將工件依次送到檢測工位 b、提升裝置將工件提升并檢測工件顏色 （ 2）搬運站 a、將工件從上站搬至下一站 （ 3）加工站 a、用回轉(zhuǎn)工作臺將工件在四個工位間轉(zhuǎn)換 b、鉆孔單元打孔 c、檢測打孔深度 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 11 頁 共 49 頁 （ 4）分揀站 a、將工件從加工站取出 b、將廢品分揀出來 （ 5）傳送站 a、將合 格工件從分揀站傳送到后站 （ 6）安裝站 a、選擇要安裝工件的料倉 b、將工件從料倉中推出 c、將工件安裝到位 （ 7）安裝搬運站 a、將上站工件拿起放入安裝工位 b、將裝好工件拿起放下站 （ 8）分類站 a、按工件類型分類 b、將工件推入庫房 下圖給出了系統(tǒng)中工件從一站到另一站的物流傳遞過程： 圖二 柔性生產(chǎn)線示 意圖 上料 檢測站將大工件按順 序排好后提升送出 , 搬運站將大工件從上料檢測站搬至加工站 。加工站將大工件加工后送出工位 ,安裝搬運站將大工 件 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 12 頁 共 49 頁 搬至安裝工位放下 ,安裝站再將對應(yīng)的小工件裝入大工件中 。而后，安裝搬運站再將安裝好的工件送分類站，分類站再將工件送入相應(yīng)的料倉。 、關(guān)于安裝站和分類站的分析 安裝站 該站要完成的任務(wù)是：選擇要安裝工件的料倉，然后將工件從料倉中推出，最后將工件安裝到位。 該站主要用到了這些器件： 西門子 PLC（主控單元） 、 空氣壓縮機 （用來生產(chǎn)線上的動力裝置） 、光電開關(guān) （作為傳感器使用）。 圖三 安裝站示意圖 分類站 該站主要完成的任務(wù)是：將工件進行分類，然后將工件放入不同的庫房。 該站主要用到這些器件： 西門子 PLC（主控單元）、步進電機 （用來確定庫房的位置和運送工件）、 步進電機驅(qū)動器 （ Microstep Driver）、 光電開關(guān)。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 13 頁 共 49 頁 圖四 分類站示意圖 、電氣設(shè)計和電氣原理圖設(shè)計 、安裝站電氣原理 圖五 安裝站電氣原理圖 本站使用的是 PLC 型號為 S7200。圖五中描述的是 PLC 的電氣 連接示意圖。在下面列出安裝站的 I/O 分配表。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 14 頁 共 49 頁 表一 地址 注釋 地址 注釋 貨臺上限位 通信按鈕 貨臺下限位 停止按鈕 白色貨物 機械手左擺 黑色貨物 機械手右擺 運輸臺左限位 換白色料倉 運輸臺右限位 換黑色料倉 上電 運輸臺出貨 開始按鈕 運輸臺卸貨 復(fù)位按鈕 吸氣閥吸合 調(diào)試按鈕 開始燈 手動 /自動 復(fù)位燈 、分類站電氣原理圖 圖六 分類站電氣原理圖 圖六是分類站的電氣原理圖，其中 、 、 、 這四個輸出連接的是 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 15 頁 共 49 頁 光電耦合器。在下面列出 I/O 分配表二： 表二 地址 注釋 地址 注釋 Y軸限位開關(guān) 停止按鈕 X軸限位開關(guān) 接近開關(guān) 光耦 01 上電 光耦 00 開始按鈕 光耦 02 復(fù)位按鈕 光耦 03 調(diào)試按鈕 電磁閥 手動 /自動 開始燈 通信按鈕 復(fù)位燈 、生產(chǎn)線相關(guān)期間說明 、光電開關(guān) 圖七 光電開關(guān)原理圖 圖七所示是反射式光電開關(guān)的工作原理框圖。圖中，由振蕩回路產(chǎn)生的調(diào)制脈沖經(jīng)反射電路后，由發(fā)光管 GL 輻射出光脈沖。當(dāng)被測物體進入受光器作用范圍時，被反射回來的光脈沖進入光敏三極管 DU。并在接收電路中將光脈沖解調(diào)為電脈沖信號，再經(jīng)放大器放大和同步選通整 形，然后用數(shù)字積分或 RC積分方式排除干擾，最后經(jīng)延時（或不延時）觸發(fā)驅(qū)動器輸出光電開關(guān)控制信號。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 16 頁 共 49 頁 采用集成電路技術(shù)和 SMT 表面安裝工藝而制造的新一代光電開關(guān)器件，具有延時、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開關(guān)是一種采用脈沖調(diào)制的主動式光電探測系統(tǒng)型電子開關(guān)，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍色光等，可非接觸，無損傷地迅速和控制各種固體、液體、透明體、黑體、柔軟體和煙霧等物質(zhì)的狀態(tài)和動作。 、氣動元件 通過氣體的壓強或膨脹產(chǎn)生的力 來做功的元件，即將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為動能的機件。如氣缸，蒸汽機等。它是一種動力傳動形式，亦為能量轉(zhuǎn)換裝置，利用氣體壓力來傳遞能量。 氣動技術(shù)的優(yōu)點： 氣動裝置結(jié)構(gòu)簡單、輕便、安裝維護簡單。壓力等級低、故使用安全。 工作介質(zhì)是取之不盡的空氣、空氣本身不花錢。排氣處理簡單，不污染環(huán)境，成本低。 輸出力以及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易。氣缸的動作速度一般為 50~500mm/s，比液壓和電氣方。 可靠性高，使用壽命長。電器元件的有效動作次數(shù)約為百萬次，而 SMC 的一般電磁閥的壽命大于 3000 萬 次，小型閥超過 2 億次。 利用空氣的壓縮性，可貯存能量，實現(xiàn)集中供氣?？啥虝r間釋放能量，以獲得間歇運動中的高速響應(yīng)。可實現(xiàn)緩沖。對沖擊負載和過負載有較強的適應(yīng)能力。在一定條件下，可使氣動裝置有自保持能力。 全氣動控制具有防火、防爆、防潮的能力。與液壓方式相比，氣動方式可在高溫場合使用。 由于空氣流動損失小，壓縮空氣可集中供應(yīng)，遠距離輸送。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 17 頁 共 49 頁 圖 八 氣動元件 氣動技術(shù)的缺點： 由于空氣有壓縮性，氣缸的動作速度易受負載的變化而變化。采用氣液聯(lián)動方式可以克服這一缺陷 ,氣缸速 度比液壓要快。 氣缸在低速運動時候，由于摩擦力占推力的比例較大，氣缸的低速穩(wěn)定性不如液壓缸。 雖然在許多應(yīng)用場合，氣缸的輸出力能滿足工作要求，但其輸出力比液壓缸小。 氣動技術(shù)是以壓縮空氣為介質(zhì)來傳動和控制機械的一門專業(yè)技術(shù)。由于它具有節(jié)能、無污染、高效、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種機械和生產(chǎn)線上。過去汽車、拖拉機等生產(chǎn)線上的氣動系統(tǒng)