1.研究背景

       在機械制造行業中，降低生產成本，提高生產效率，是目前很多企業所追求的，而實現生產過程全自動化是達到此目的的一種有效方法。當今計算機通信技術以及微電子等技術的不斷發展，為實現生產自動化控制奠定了良好的控制系統的基礎。隨著自動化工裝夾具，數控機床，自動化物流搬運技術的成熟應用，國內眾多制造企業已經開始將自動化生產線的模式引入到實際的生產過程中，并取得良好的效益。

　　本單位承接了筒體自動化機加產線總控系統設計的需求，實現產品流水線加工自動化控制，具備高可靠性的實時物流調度控制、自動檢測控制、上下料控制的要求，并具有產線設備狀態監控界面和便于人工操作的異常處理交互界面。同時，產線總控系統需支持與企業上層制造信息管理系統(MES)進行生產信息交互。

        2.產線介紹

　　該產線由兩條并行的生產流水線組成，其布局圖如圖1所示。

1-AGV;2- 滾筒線;3-1# 桁架機械手;4-2# 桁架機械手;5-3# 桁架機械手;6- 緩存鏈條機;7-6 軸機器人;8-1# 車床;9-2# 車床; 10-3# 車床;11-1# 視覺檢測;12-2# 視覺檢測;

　　圖 1 產線布局

　　產線主要設備由3臺物流轉運AGV、1套自動滾筒線、6臺桁架搬運機械手、6臺臥式車床、2套視覺檢測、2臺緩存鏈條機和1臺6 軸機器人組成。其中滾筒線和6軸機器人為兩條并線流水線共用的設備，分別位于產線的初始上料位置和下料位置?，F場實物如圖2所示。

圖 2 現場實物圖

　　3.總控系統組成

　　為滿足自動化流水線控制的設計要求，總控系統功能主要由自動化集成控制、過程監控、異常處理和數據集成四大塊構成，其功能框圖如圖3所示。

　圖 3 總控系統功能框架

　　3.1 自動化集成控制單元

　　　總控系統根據生產管理接收到的計劃指令，解析生成線內所有設備的執行指令， 實現所有工位聯動控制或單工位獨立控制。自動化集成控制單元作為總控系統的核心功能，主要通過獲取線上所有設備狀態信息， 加工零件信息，再經過分析和邏輯判斷實現產線加工自動化控制。其控制對象主要包括AGV物流自動化調度，桁架機械手搬運和上下料動作，數控車床自動加工，自動裝夾定位，自動檢測控制以及6軸機器人碼料控制等功能。

　　(1)物流自動化調度

　　產線物流自動化調度由3臺AGV完成。主要為毛坯物料運輸和空托盤周轉。當滾筒線邊無料時，總控系統發送“缺料”指令給AGV，AGV將在制品毛坯物料從庫房搬運至上料滾筒線邊。完成后，滾筒線邊的空托盤需運轉出，則總控系統發送“空托盤轉出”指令給AGV，AGV收到指令后將滾筒線邊的空托盤運出，送至庫房的空托盤緩存位。

　　(2)桁架機械手搬運和上下料

　　每條產線搬運和上下料工作由3個機械手來完成，機械手的控制流程如圖4.1、圖4.2、圖4.3所示。

圖 4.1 1# 機械手動作控制流程

　　圖 4.2 2# 機械手動作控制流程

　　圖 4.3 3# 機械手動作控制流程

　　其中，1#機械手負責從滾筒線托盤上取毛坯料，再將毛坯料運至1#/2#車床上料加工。

　　2#機械手負責從1#/2#車床上下料，再將料搬運至1#檢測位檢測，檢測完成后，系統將檢測數據保存，同時2#機械手將檢測完成的工件搬運至3#機械上料加工。

　　當3#車床加工完成后，3#機械手負責從3#車床將料取出，送至2#檢測位檢測，2#檢測位檢測完成后，根據檢測結果，3#機械手再將料放置對應的鏈條機緩存位。

　　(3)數控車床及自動檢測設備

　　數控車床和檢測設備負責產品的加工和檢測。每臺設備均有等待、工作、完成、故障等狀態;總控系統根據各設備的狀態情況以及當前零件的加工工序，自動發送對應指令給各設備，執行產線各設備有序加工。

　　自動檢測設備在完成工件檢測后，將數據存儲在指定的地址中，并發送檢測完成信號，總控系統根據信號和地址， 將自動獲取當前工件的所有檢測數據，并將其存儲在數據庫字段中，并通過后臺處理程序定時向MES系統上報數據。

       3.2過程監控單元

　　過程監控單元實時監控產線設備的運行狀態，具有人機交互界面。在產線運行過程中，如設備出現故障報警時，過程監控單元的監控窗口并出現圖形化提示，同時報警蜂鳴器鳴響。隨后，操作人員便根據設備的報警提示介入產線人工操作模式，對設備異常進行排查。過程監控界面如圖5所示。

圖 5 過程監控界面

       3.3異常處理單元

　　自動化產線需要連續不間斷運行，對設備的穩定性和可靠性提出了非常高的要求。產線所組成了設備越多，根據故障率的計算方式，其發生故障停線的概率相對來說也越大。產線故障停線難以避免的，當產線出現故障異常時，如何在排除異常后，讓產線回復到停線前的模式下繼續運行，需要根據產線工藝流程制定一個行之有效的異常處理流程。而對于產線的總控系統，就得必須具備異常處理的人機交互接口。該產線的異常處理人機交互界面如圖6所示。

圖 6 產線異常處理人機交互界面

       根據異常處理方法的不同，可以將該產線的異常分為以下幾類，處理方式如下所述：

　　(1)設備加工過程出現故障停機報警

　　處理方式：產線暫停，人員介入產線排查故障，待故障清除后，復位故障設備，產線繼續運行。

　　(2)桁架機械手與設備上下料對接過程中出現異常

　　處理方式：產線暫停，視情況決定是否將物料取下，如需要取下則將機械手切換至手動模式，將物料取走，再將機械手恢復至待機位，而后，產線恢復繼續運行。

　　(3)產線缺料或錯料異常報警

　　處理方式：產線暫停，缺料狀態可等待物料到位便可以自動恢復運行;錯料狀態需人員將錯料取走，并通過人機交互接口修改對應托盤物料數據，而后產線便可恢復繼續運行。

　　(4)不良品緩存位溢出報警

　　處理方式：產線暫停，需人員介入將不良品緩存位物料取走，待緩存位清空并準備完畢后，手動恢復產線繼續運行。

　　3.4 數據集成

　　產線上層有MES、ERP、SAP等信息化管理系統。總控系統需要接收MES系統下發的生產計劃。在產線運行期間， 總控系統將該產線的設備信息、生產數據、異常記錄、操作日志等收集并上報至上層信息管理系統。該產線總控系統利用車間的以太網網絡，采用中間數據庫的形式與上層的信息化系統進行數據傳輸。

作者：

武漢重型機床集團有限公司 徐黎明 趙明 呂洪杰 張圣平 余漢延