工厂自动化生产线实训报告

自动化生产线实训报告

学 院： 职业技术学院

专业班级： 过控1031班 姓 名： 尤涛 指导教师： 牟淑杰 穆玮

2012年 12 月

前 言

自动化生产线实训系统是专为提高学生动手能力和实践技能而设计、生产

的一套实用性实训设备。该系统囊括了电气自动化等专业学习中所涉及的诸如机械传动、电机驱动、气电动控制、气动控制、PLC控制、传感器等多种技术,给学生提供了一个典型的把所学专业知识加以综合应用的操作和实现平台,使学生能够全面掌握和加深理解学过的知识,提高动手能力,以达到利用所学专业知识解决实际问题的教学培养目标。本文通过采用了MITSUBISHI公司的CC-LINK现场总线控制系统，选用了MITSUBISHI的Q系列PLC作主站、FX-2n系列作从站，配备了相应的编程软件和监控软件。控制系统中包括8个从站点：上料单元、送料单元、加盖单元、穿销单元、模拟单元（温度控制系统）、检测单元、分检单元（气动机械手）、叠层立体仓库。通过对控制系统中的检测单元的学习，掌握了对其的操作要求，通过所学习的组态软件和PLC可编程软件，能够编写出正确的、适合该站点的程序。

目 录

前 言 ................................................................................................................................................. I 目 录 ................................................................................................................................................. I 1 MCGS简介 ..................................................................................................................................... 2

1.1MCGS的定义 ........................................................................................................................ 2 1.2MCGS组态软件的版本 ..................................................................................................... 2

1.2.1MCGS6.2网络版 ................................................................................................... 2 1.2.2MCGS6.2通用版 ................................................................................................... 2 1.2.3MCGS6.2嵌入版 ................................................................. 错误！未定义书签。 2自动化生长线的简介 .................................................................................................................... 5

2.1生产线技术的由来 ............................................................................................................ 5 2.2种类 .................................................................................................................................... 6 2.3生产线平衡 ........................................................................................................................ 6

2.3.1专业术语的定义 .................................................................................................... 7 2.3.2生产线平衡意义 .................................................................................................... 7 2.3.3生产线平衡的改善方法 ........................................................................................ 8 2.4相关产品 ............................................................................................................................ 8

2.4.1技术参数 ................................................................................................................ 9 2.4.2自动化 .................................................................................................................... 9 2.4.3发展趋势 .............................................................................................................. 10 2.4.4柔性生产线特点 .................................................................................................. 10 3 模拟单元..................................................................................................................................... 11

3.1实验基本知识介绍 .......................................................................................................... 11 3.3模拟单元硬件名称及型号 .............................................................................................. 12 3.4检测单元硬件线路连接原理图 ...................................................................................... 13 3.5系统连接的I/O分配情况 .............................................................................................. 13 3.6编程要求 .......................................................................................................................... 14 3.7 PLC梯形图 ...................................................................................................................... 15 总 结 .............................................................................................................................................. 16 参考文献......................................................................................................................................... 17

1 MCGS简介

1.1MCGS的定义

MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)

是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/等操作系统。

1.2MCGS组态软件的版本

MCGS组态软件的版本分别是网络版、通用版、嵌入版。具有功能完善、

操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。

1.2.1MCGS6.2网络版

·良好的结构：先进的C/S（客户端/服务器）结构

·简单的操作：客户端只需要使用标准的IE浏览器就可以实现对服务器的浏览和控制·良好性价比：整个网络系统只需一套网络版软件（包括通用版所有功能），客户端不需装MCGS的任何软 件，即可完成整个网络监控系统

·方便的使用：MCGS网络版服务器不要安装其他任何辅助软件，客户操作起来得心应手

·强大的功能：MCGS网络版提供的网络ActiveX控件，可以方便的在其他各种应用程序中直接调用

·方便的升级：MCGS嵌入版、通用版、网络版可以无缝连接，节省大量的开发和调试时间

·多种网络形式：MCGS网络版支持局域网、广域网、企业专线和Modem拨号等多种连接方式，方便的实现企业的范围和距离的扩充 1.2.2MCGS6.2通用版

MCGS6.2通用版是北京昆仑通态数十位软件开发精英，历时整整一年时

间，辛勤耕耘的结晶，MCGS6.2通用版无论在界面的友好性、内部功能的强大性、系统的可扩充性、用户的使用性以及设计理念上都有一个质的飞跃，是国内组态软件行业划时代的产品，必将带领国内的组态软件上一个新的台阶。

功能特点

·全中文可视化组态软件，简洁、大方，使用方便灵活 ·完善的中文在线帮助系统和多媒体教程

·真正的32位程序，支持多任务、多线程，运行于Win95/98/NT/2000平台

·提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面

·支持数据采集板卡、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备等700多种国内外众多常用设备

·支持温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线、XY曲线等多种工控曲线

·支持ODBC接口，可与SQL Server、Oracle、Access等关系型数据库互联

·支持OPC接口、DDE接口和OLE技术，可方便的与其他各种程序和设备互联

·提供渐进色、旋转动画、透明位图、流动块等多种动画方式，可以达到良好的动画效果

·上千个精美的图库元件，保证快速的构建精美的动画效果

·功能强大的网络数据同步、网络数据库同步构建，保证多个系统完美结合

·完善的网络体系结构，可以支持最新流行的各种通讯方式，包括电话通讯网，宽带通讯网，ISDN通讯网，GPRS通讯网和无线通讯网 支持设备 ·采集板：

康拓、研华、中泰、研祥、同维、华控、艾迅、华远、科日新、双诺 ·PLC：

富士、三菱、松下、GE、LG、AB、莫迪康、欧姆龙、西门子、台达、和利时

·智能仪表：

昆仑天辰、浙大中控、日本岛电、厦门宇光、香港虹润、香港上润、霍尼韦尔、欧姆龙、欧陆、东辉大 延、横河、天瑞麟、亚特克、英华达 ·智能模块：

昆仑海岸、研华、磐仪、威达、研祥、中泰、华控小麻雀、牛顿、研发

·称重仪表：

托利多、志美CB920 ·变频器：

伦茨、西门子、AB、华为、台达 1.2.3MCGS嵌入版

MCGS嵌入版是在MCGS通用版的基础上开发的，专门应用于嵌入式计算机监控系统的组态软件，MCGS嵌入版包括组态环境和运行环境两部分，它的组态环境能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，运行环境则是在实时多任务嵌入式操作系统Windows中运行。适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。

2自动化生长线的简介

2.1生产线技术的由来

从前在英格兰北部的一个小镇里，有一个名叫艾薇的人开的鱼和油煎土

豆片商店。在店里面，每位顾

图2.1生产线--上海东屿机械提供

客需要排队才能点他（她）要的食物（比如油炸鳕鱼，油煎土豆片，豌豆糊，和一杯茶）。然后每个顾客等着盘子装满后坐下来进餐。 艾薇店里的油煎土豆片是小镇中最好的，在每个集市日中午的时候，长长的队伍都会排出商店。所以当隔壁的木器店关门的时候，艾薇就把它租了. 他们没办法再另外增加服务台了；艾薇的鳕鱼和伯特的油煎土豆片是店里面的主要卖点。但是后来他们想出了一个聪明的办法。他们把柜台加长，艾薇，伯特，狄俄尼索斯和玛丽站成一排。顾客进来的时候，艾薇先给他们一个盛着鱼的盘子，然后伯特给加上油煎土豆片，狄俄尼索斯再给盛上豌豆糊，最后玛丽倒茶并收钱。顾客们不停的走动；当一个顾客拿到豌豆糊的同时，他后面的已经拿到了油煎土豆片，再后面的一个已经拿到了鱼。一些穷苦的村民不吃豌豆糊-但这没关系，这些顾客也能从狄俄尼索斯那里得个笑脸。 这样一来队伍变短了，不久以后，他们买下了对面的商店又增加了更多的餐位。这就是流水线。将那些具有重复性的工作分割成几个串行部分，使得工作能在工人们中间移动，每个熟练工人只需要依次的将他的那部分工作做好就可以了。虽然每个顾客等待服务的总时间没变，但是却有四个顾客能同时接受服务，这样在集市日的午餐时段里能够照顾过来的顾客数增加了三倍。 生产线是产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产活动所构成的路线。狭义的生产线是按对象原则组织起来的，完成产品工艺

过程的一种生产组织形式，即按产品专业化原则，配备生产某种产品（零、部件）所需要的各种设备和各工种的工人，负责完成某种产品（零、部件）的全部制造工作，对相同的劳动对象进行不同工艺的加工。

生产线的种类，按范围大小分为产品生产线和零部件生产线，按节奏快慢分为流水生产线和非流水生产线，按自动化程度，分为自动化生产线和非自动化生产线。

生产线的主要产品或多数产品的工艺路线和工序劳动量比例，决定了一条生产线上拥有为完成某几种产品的加工任务所必需的机器设备，机器设备的排列和工作地的布置等。生产线具有较大的灵活性，能适应多品种生产的需要；在不能采用流水生产的条件下，组织生产线是一种比较先进的生产组织形式；在产品品种规格较为复杂，零部件数目较多，每种产品产量不多，机器设备不足的企业里，采用生产线能取得良好的经济效益。

2.2种类

图 2.2生产线实图

生产线的种类，按范围大小分为产品生产线和零部件生产线，按节奏快慢分为流水生产线和非流水生产线，按自动化程度，分为自动化生产线和非自动化生产线。

生产线的主要产品或多数产品的工艺路线和工序劳动量比例，决定了一条生产线上拥有为完成某几种产品的加工任务所必需的机器设备，机器设备的排列和工作地的布置等。生产线具有较大的灵活性，能适应多品种生产的需要；在不能采用流水生产的条件下，组织生产线是一种比较先进的生产组织形式；在产品品种规格较为复杂，零部件数目较多，每种产品产量不多，机器设备不足的企业里，采用生产线能取得良好的经济效益。

2.3生产线平衡

生产线平衡主要包括生产线平衡的相关定义、生产线平衡的意义、工艺

平衡率的计算、生产线平衡的改善原则和方法。 2.3.1专业术语的定义

流程的“节拍 ”（Cycle time）是指连续完成相同的两个产品（或两次

服务，或两批产品）之间的间隔时间。换句话说，即指完成一个产品所需的平均时间。节拍通常只是用于定义一个流程中某一具体工序或环节的单位产出时间。如果产品必须是成批制作的，则节拍指两批产品之间的间隔时间。在流程设计中，如果预先给定了一个流程每天（或其它单位时间段）必须的产出，首先需要考虑的是流程的节拍。

而通常把一个流程中生产节拍最慢的环节叫做“瓶颈“（Bottleneck）。流程中存在的瓶颈不仅限制了一个流程的产出速度，而且影响了其它环节生产能力的发挥。更广义地讲，所谓瓶颈是指整个流程中制约产出的各种因素。例如，在有些情况下，可能利用的人力不足、原材料不能及时到位、某环节设备发生故障、信息流阻滞等，都有可能成为瓶颈。正如“瓶颈”的字面含义，一个瓶子瓶口大小决定着液体从中流出的速度，生产运作流程中的瓶颈则制约着整个流程的产出速度。瓶颈还有可能“漂移”，取决于在特定时间段内生产的产品或使用的人力和设备。因此在流程设计中和日后的日常生产运作中都需要引起足够的重视。

与节拍和瓶颈相关联的另一个概念是流程中的“空闲时间”（idle time）。空闲时间是指工作时间内没有执行有效工作任务的那段时间，可以指设备或人的时间。当一个流程中各个工序的节拍不一致时，瓶颈工序以外的其它工序就会产生空闲时间。制造业的生产线多半是在进行了细分之后的多工序流水化连续作业生产线，此时由于分工作业，简化了作业难度，使作业熟练度容易提高，从而提高了作业效率。然而经过了这样的作业细分化之后，各工序的作业时间在理论上，现实上都不能完全相同，这就势必存在工序间节拍不一致出现瓶颈的现象。除了造成的无谓的工时损失外，还造成大量的工序堆积即存滞品发生，严重的还会造成生产的中止。为了解决以上问题就必须对各工序的作业时间平均化，同时对作业进行标准化，以使生产线能顺畅活动。 “生产线工艺平衡”即是对生产的全部工序进行平均化，调整各作业负荷，以使各作业时间尽可能相近。是生产流程设计与作业标准化必须考虑的最重要的问题。生产线工艺平衡的目的是通过平衡生产线使用现场更加容易理解“一个流”的必要性及“小单元生产”（Cell production）的编制方法，它是一切新理论新方法的基础。 2.3.2生产线平衡意义

1.提高作业员及设备工装的工作效率；

2.单件产品的工时消耗，降低成本（等同于提高人均产量）

3.减少工序的在制品，真正实现“一个流”；

4.在平衡的生产线基础上实现单元生产，提高生产应变能力，对应市场变化，实现柔性生产系统；

5.通过平衡生产线可以综合应用到程序分析、动作分析、规划（Layout）分析、搬运分析、时间分析等全部IE手法，提高全员综合素质。 2.3.3工艺平衡率的计算

要衡量工艺总平衡状态的好坏，我们必须设定一个定量值来表示，即生产线平衡率或平衡损失率，以百分率表示。 首先，要明确一点，虽然各工序的工序时间长短不同，但如前所述，决定生产线的作业周期的工序时间只有一个，即最长工序时间Pitch time，也就是说Pitch time等于节拍（cycle time）。另外一种计算方法同样可以得到cycle time，即由每小时平均产量，求得一个产品的CT（Q，每小时产量）。 1.生产线的平衡计算公式

平衡率=（各工序时间总和/（工位数*CT））*100=（∑ti/（工位数*CT））*100

2.生产线的平衡损失率计算公式 平衡损失率=1-平衡率 ;

2.3.4生产线平衡的改善方法

平衡率改善的基本原则是通过调整工序的作业内容来使各工序作业时

间接近或减少这一偏差。实施时可遵循以下方法：

1.首先应考虑对瓶颈工序进行作业改善，作业改善的方法，可参照程序分析的改善方法及动作分析、工装自动化等IE方法与手段； 2.将瓶颈工序的作业内容分担给其它工序；

3.增加各作业员，只要平衡率提高了，人均产量就等于提高了，单位产品成本也随之下降；

4.合并相关工序，重新排布生产工序，相对来讲在作业内容较多的情况下容易拉平衡；

5.分解作业时间较短的工序，把该工序安排到其它工序当中去。生产线平衡指南主要包括生产线平衡的相关定义、生产线平衡的意义、工艺平衡率的计算、生产线平衡的改善原则和方法。

2.4相关产品

图2.3相关产品

PVC (PE) 多孔管因其截面成梅花状，这个其实也是塑料机械的一种。因此又称梅花管或蜂窝管。因其独特的多孔连体结构，具有较强的耐冲击性、抗压性、高韧性，且实现线管屏障隔离等特性，还具有施工简单、穿缆快、施工环境适应性强、降低工程投资等特点。现已广泛应用于电信、电力及广电部门电缆、光缆铺设等多种领域。

2.4.1技术参数

2.4.2自动化

生产线的自动化有以下步骤：

1．先确定节拍时间：不论何种制品，皆在其必须完成的恰好时间内制造。

2．单位流程：只针对一项产品，进行单位配件的搬运、装配、加工及素材的领取。

3．先导器：制作以目视即能了解节拍时间的装置。

4．U字型生产线：将设备依工程顺序逆时针排列，并由一人负责出口

及入口。

5．AB控制：只有当后工程无产品，而前工程有产品的情形，才进行工程。

6．灯号：传达生产线流程中产品异状的装置。

7．后工程领取：生产线的产品要因应后工程的需求。

2.4.3发展趋势

①继续向大型化发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾

角等几个方面。水力输送装置的长度已达 440公里以上。带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的"带式输送道"。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。 ②扩大输送机的使用范围。发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。 ③使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。如邮局所用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。 ④降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。已将1吨物料输送1公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。 ⑤减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。

2.4.4柔性生产线特点

柔性生产线[1]主要是为了适应当今市场订单的多品种、小批量，生产

换线频繁，柔性生产线的灵活性，积木式组合结构，能在最短的时间内适应产品变型过程，让生产及时恢复。产品广泛应用在汽车工业、电子制造业、通讯产业、生物工程、制药业、军工业、各种化工、精密五金等多样化的生产环节。

模组化：线棒产品可随意拼装、连接、积木式组合结构，方便重组柔性:结构简单，拆装方便能发挥个人创意，绝对能满足现代企业常品多样化制造。

简单化：工作台的使用空间小，库存的力很大，对接单量的中小企业有

很大的帮助。

人力化：柔性工作台的能让几个人的工位为一个人做好，完成的时间更快。

环保型：加工过程省掉打磨、焊接、表面处理，而且每个都可以循环再利用，杜绝浪费面板可选木板，（PVC板，表面可选防静电胶皮。防静电防火板，不锈钢等）或滑轨式工装板。

3 检测单元

连续生产线示意图如图1所示。

图1 连续生产线示意图

由上边的工艺过程知，整条生产线共有8个站点，站点1、2、3、4主要完成顺序逻辑控制，站点5实现对温度的调节，站点7为气动机械手的控制，站点8则实现光电编码的检测和步进电机的控制。每个站点都独立地完成一套动作，彼此又有一定的关联。

3.1实验基本知识介绍

现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通讯网络。 特点：

具有较高的通信速度:当需要告诉应答时，它可以支持传感器输入及容许智

通讯速度 10Mbps 5Mbps 2.5Mbps 625Kbps 总距离 100 m 150m 200m 600m

能化设备进行大量数据的传送。还可以根据系统适用的最佳的通讯速度和距离。

输入点数 2048点 字数据的点数 512点（字）

可以进行分散的PC控制的循环传送：可以在主控PC 与本地PC之间进行n：n的循环传送，建议的构成分散的PC 系统。

完善的RAS功能：具备自动在线恢复功能、待机主控功能、切断从站功能、确认链接状态功能及测试和诊断功能，可以构成具有高度可靠性的网络。

3.2实验内容

1、 检查多种传感器与FX2N的接线。 托盘到位传感器（电感式）

材质检测（电感式） 标签检测（色差式） 销子检测（电容式） 上盖检测（光电式）

2、 根据传感器的检测顺序与合格、不合格的分辨条件。

3.3检测单元硬件名称及型号

表3.2系统中主要硬件设备的名称及型号

3.4检测单元硬件线路连接原理图

图3.1检测单元硬件线路连接原理图

3.5系统连接的I/O分配情况

要实现使用PLC对检测单元运行过程的控制，首先要进行基本的输入输出口定义的设置，然后进行FX2N软件程序的编制。

3.6编程要求

1、 当托盘带工件进入本站后，进行2秒延时。

2、 延时过程中检测托盘上的工件情况，此时检测工件的主体，工

件是否有上盖，是否贴标签，（贴标签为合格产品，无标签则为废品，将进入废品回收单元）。是否穿销钉，若穿销钉，分析销钉的材质为金属还是非金属，置相应的标志位，以便在分检和料仓中做判断标志使用。

3、 2秒后，检测完毕止动气缸放行，工件进入下一站，同时在进

行2秒延时。

4、 2秒后止动气缸复位，该站恢复预备工作状态。

3.7 PLC梯形图

总 结

通过为期三周的实习，使我对自动化模拟生产线有了更多的了解，弥补了在课堂上学习的不足，相信我们在以后的学习和工作中都会有很大的帮助，我们要在最短的时间内对这些不足加以改正！

在这次实训中，我对ME093399型机电一体化系统自动化模拟生产线，较好地解决了在学校期间，只接触到以单元实验或校外参观实习为主，一些大型的自动化控制站只能看不能操作，达不到理想的教学效果的这个实际接触问题。了解了在设计该模拟生产线时，为了能反映计算机网络技术的迅猛发展及在控制系统中的应用，采用了MITSUBISHI公司的CC-LINK现场总线控制系统，选用了MITSUBISHI的Q系列PLC作主站、Fx-2n系列作从站，配备了相应的编程软件和监控软件。控制系统中包括8个从站点：上料单元、送料单元、加盖单元、穿销单元、模拟单元（温度控制系统）、检测单元、分检单元（气动机械手）、叠层立体仓库。通过对控制系统中的检测单元的学习，掌握了对其的操作要求，通过所学习的组态软件和PLC可编程软件，能够编写出正确的、适合该站点的程序。自己的操作能力得到了有效的提高，使得理论知识与实践相结合，提高了对理论知识的理解。

参考文献

[1]吕景泉.可编程序控制器及其应用[M].北京：机械工业出版社，2001 [2]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS嵌入式用户手册[Z].北京：北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，2000

[3]杨长能，张光毅.可编程序控制器基础及其应用[M]．重庆大学出版社，1992

[4]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2005

[5]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS用户指南[Z].北京：北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，2005

[6]江正战.串行通信接口标准RS-423/422/485及其应用[J]．电子技术应用，1994

[7]蔡红斌.电气与 PLC 控制技术[M].北京：清华大学出版社,2007 [8]范永胜，王岷主编.电气控制与 PLC 应用[M].北京：中国电力出版社,2004

[9]陈立定.电气控制与可编程控制器[M].北京：高等教育出版社,2002 [10]高勤.电气及 PLC 控制技术[M].北京：高等教育出版社,2002

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rr3i.html