浸渗生产线自动控制系统的研究

论文摘要

本论文以具有25工位的浸渗/固化/氧化/钝化工艺流程生产线为控制对象,研究开发了基于工控机的浸渗/钝化生产线控制系统,实现了手动/半自动监控、全自动控制的要求。全文分为绪论、总体设计、硬件设计、手动/半自动控制设计、自动控制设计、软件设计六个部分。国内浸渗设备生产企业对浸渗生产线的控制方式较为简单,大多数为手动控制,少数采用了半自动(单工位)控制方式,这些控制方式采用PLC与工业仪表相结合,不仅成本较高,而且对操作人员的熟练程度要求高、操作较为复杂,有必要进行改进。本文结合智能控制的相关理论,提出了自动控制的方案。介绍了工程系统总体设计的方法和步骤,智能控制的体系结构,重点介绍了智能控制中的分层递阶智能控制理论,然后根据工程系统总体设计的原则与分层递阶智能控制理论规划出具有三层的分层递阶总体结构。并对分层递阶中的组织层、协调层、执行层进行了软硬件上细分与说明。围绕着工件所需的工艺处理的要求进行了硬件的选择,分析相关硬件(如采集卡)的性能及特点,搭建了本系统的硬件结构,并研究工控机与PLC之间的通信接口。本文对手动/半自动(单工位)控制方式进行了分析与研究,分析了行车与工位的状态,以便于工控机实现监控,在此基础上,给出了手动/半自动控制方式的具体实现流程。本文对本系统的重点——自动控制方式进行了详细的论述,分析了工控机与PLC之间所需的交换信号,给出了自动控制方式的具体流程,并详细分析了行车与工位/工件的所有可能状态,设计了行车的归位动作,并对自动控制方式中有关的安全性控制进行了阐述。阐述了面向对象编程的原则和基本概念。程序的编写采用VISUAL BASIC,并采用VISUAL BASIC与SQL、EXCEL相结合,实现数据的存储与打印,文中还详细介绍了软件的使用流程。本系统已经在实际的25工位浸渗生产线上进行运行,使用情况良好、操作简单,安装方便,极大地降低了操作人员的工作强度。对相关企业进行生产自动化与工业自动化有着重要的参考价值。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内生产线控制现状
• 1.3 具体控制对象：25 工位的工艺流程生产线
• 1.4 课题来源及意义
• 2 系统总体设计
• 2.1 系统总体设计概述
• 2.1.1 人机环工程的综合
• 2.1.2 软件和硬件的综合
• 2.1.3 系统接口的综合
• 2.1.4 系统总体综合平衡
• 2.2 智能控制概述
• 2.2.1 二元结构理论
• 2.2.2 三元结构理论
• 2.2.3 四元结构理论
• 2.3 分层递阶智能控制系统
• 2.3.1 递阶智能机器的级联结构
• 2.3.2 组织级
• 2.3.3 协调级
• 2.3.4 执行级
• 2.4 生产线控制系统总体分析
• 2.4.1 系统整体组成
• 2.4.2 组织层
• 2.4.3 协调层
• 2.4.4 执行层
• 2.5 本章小结
• 3 硬件及底层系统设计
• 3.1 下位机（PLC）的功能设计
• 3.1.1 PLC 的应用范围
• 3.1.2 PLC 的特点
• 3.1.3 下位机（PLC）需要完成的功能
• 3.2 下位机（PLC）的选型
• 3.2.1 输入输出（I/O）点数的估算
• 3.2.2 存储器容量的估算
• 3.2.3 控制功能的选择
• 3.2.4 机型的选择
• 3.2.5 系统PLC 的选型
• 3.3 数据采集/输出板卡的选择与使用
• 3.3.1 输入信号需求以及板卡选型
• 3.3.2 输出信号需求以及板卡选型
• 3.3.3 板卡的使用
• 3.4 上位机与下位机的通信
• 3.4.1 PLC 的通信模式
• 3.4.2 计算机与PLC 之间的连接
• 3.5 本章小结
• 4 手动/半自动控制设计
• 4.1 手动控制
• 4.2 半自动控制
• 4.3 手动与半自动控制中上位机的控制部分
• 4.4 行车的运动状态
• 4.5 手动与半自动控制的具体流程
• 4.6 本章小结
• 5 自动控制设计
• 5.1 自动控制的要求及特点
• 5.1.1 自动控制相对于手动/半自动控制的特点
• 5.1.2 自动控制所需要设置的PLC 信号
• 5.2 自动控制的具体流程
• 5.2.1 行车的状态分解
• 5.2.2 工件/工位的状态分解
• 5.2.3 自动控制流程设计
• 5.3 工位控制的具体流程
• 5.3.1 工件单步处理流程设计
• 5.3.2 行车归位设计
• 5.4 自动控制中有关安全性的设计
• 5.4.1 行车上升、下降安全性
• 5.4.2 行车间防撞设计
• 5.4.3 抓取/放置工件错误补救设计
• 5.5 本章小结
• 6 软件开发平台及具体实现
• 6.1 面向对象的设计思想
• 6.1.1 面向对象的分析（OOA）
• 6.1.2 面向对象的设计（OOD）
• 6.1.3 面向对象对象的实现（OOP）
• 6.2 软件开发平台概述及选择
• 6.2.1 软件开发环境
• 6.2.2 软件开发工具
• 6.2.3 本系统的软件开发平台和环境
• 6.3 软件设计的基本原则
• 6.3.1 人机友好
• 6.3.2 可靠性
• 6.3.3 可维护性
• 6.3.4 通用性
• 6.4 控制系统的其他附加功能
• 6.4.1 SQL 的特点与数据库存储
• 6.4.2 打印功能实现
• 6.4.3 生产线动画实现
• 6.5 控制系统软件的具体操作过程
• 6.5.1 工艺流程选择界面
• 6.5.2 自定义工况选择界面
• 6.5.3 系统参数设置界面
• 6.5.4 信号查看及主控制界面
• 6.6 本章小结
• 7 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录