（计算机应用技术专业论文）柔性装配线监控系统设计.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 针对生产过程控制的特点，研究了制造过程的现场数据采集技术和实时控制技术， 设计了柔性装配线监控系统，开发了软硬件平台。论文主要研究内容如下： ( 1 ) 研究了生产线监控的方法。以u 形柔性装配线( 生产线) 为硬件研究对象，采用 d u t 7 0 0 0 可编程逻辑控制器和d 1 0 2 0 0 0 开入开出逻辑控制器，设计了监控系统 的总体体系结构、p l c 程序，开发了上位机软件系统，实现装配线的控制和产 品生产过程的监控，包括设备作业时间、设备运行状态、系统故障的监视。 ( 2 ) 设计基于p l c 的工业环境温度、湿度测试系统，将p l c 和传感器实时测试的数 据自动传到上位机监控平台。开发了数据库管理系统，实现工业环境监测历史 数据管理，实现数据分析等。 ( 3 ) 为了方便工业工程研究，设计了生产现场及生产过程远程网络监控系统。上位 机监视平台可实现生产过程监视、装配动作录像回放，提供视频和工业工程研 究相关的资料等。 ( 4 ) 研究了实时工业以太网技术等，有效地解决工业现场参数数据采集和网络传输 问题。 经过现场测试，d u t 7 0 0 0 和d 1 0 2 0 0 0 在装配线的控制上表现出优异的性能，完全 实现了控制目标，并具有软件开发简易、运行可靠等特点。 关键词i 装配线；监控系统；远程监控；p l c 大连理i t 大学硕十学何论文 d e s i g no ff l e x i b l ea s s e m b l yl i n es u p e r v i s o r ys y s t e m a b s t ra c t a i ma tm e a n i n ga n dt r a i to ft h ep a r a m e t e r st h a ta r er e q u i r e di ni n d u s t r yp r o c e s s ，t h ed a t a a c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n ga n dr e a lt i m ee t h e r n e tf i e l d b u sa r es t u d i e dw h i c ha r eu s e di n i n d u s t r i a lm a n u f a c t u r ep r o c e s s s o f t w a r ea n dh a r d w a r ea r ed e v e l o p e d t h ej o b si nt h i s d i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) a s s e m b l yl i n eo fm a n u f a c t u r i n g s y s t e ms u p e r v i s o r ym e t h o di s s t u d i e d t h e d u t 7 0 0 0p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e ra n dd 1 0 2 0 0 0d i g i t a li n p u t s d i g i t a l o u t p u t sl o 舀cc o n t r o l l e ra r eu s e df o rc o n t r o l l i n ga n dm o n i t o r i n gau s h a p e d f l e x i b l ep r o d u c tl i n e t h es t r u c t u r eo fs u p e r v i s o r ys y s t e m ，p l cp r o g r a ma n d s o f t w a r es y s t e ma r e d e v e l o p e d a s s e m b l y l i n ea n dp r o d u c tm a n u f a c t u r i n g p r o g r e s sc o n t r o l l i n gi sr e a l i z e d t h er e c o r d so fe q u i p m e n t sw o r k i n gt i m e ，r u n n i n g t i m ea n df a i l u r et i m ea r em o n i t o r e d ( 2 ) p l cb a s e di n d u s t r i a le n v i r o n m e n tt e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t ym e a s u r e m e n t s y s t e m i s d e s i g n e d t h er e a lt i m ed a t at e s t e db yp l ca n ds e n s o r si sa u t o m a t i c a l l y t r a n s m i t t e dt ot h em a s t e rc o m p u t e r ad a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e mi sd e v e o p e d ， t h r o u g hw h i c hi n d u s t r i a le n v i r o n m e n td a t am a n a g e m e n ta n dd a t aa n a l y z i n ga l e r e a l i z e d ( 3 ) n ep r o d u c t i o ns h 叩f l o o ra n dp r o g r e s sc a nb er e m o t em o n i t o r e dt h r o u g hw e b f o r t h ei n d u s t r i a le n g i n e e r i n gs t u d y t h ep r o d u c tp r o g r e s sa n da s s e m b l ym o v e m e n t v i d e or e c o r d i n ga r cm o n i t o r e db yt h ec o m p u t e rs o f t w a r e ，w h i c hw i l lp r o v i d et h e d a t ar e l a t e dt ot h ei er e s e a r c h ( 4 ，r e a lt i m ee t h e m e ti nt h ei n d u s t r i a lf i e l di ss t u d i e d i t 锄s o l v et h ep r e c i s ed a t a a c q u i s i t i o na n dn e t w o r kt r a n s p o r ti ni n d u s t r i a lf i e l de f f e c t i v e l y t e s t i n gb yt h er e a lf i e l de q u i p m e n t ，d u t 7 0 0 0a n dd 1 0 2 0 0 0g i v ee x c e l l e n tp e r f o r m a n c e s u c ha sh i g hr e l i a b i l i t ya n de a s yp r o g r a m m i n gt oi n d u s t r ya u t o m a t i o n t h ec o n t r o lo b j e c t sa r e t o t a l l yr e a l i z e d k e yw o r d s ：a s s e m b l yl i n e = s u p e r v i s o r ys y s t e m = r e m o t em o n i t o r = p l c i i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：俎日期： 庭舢9 、易 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定 ，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者魏衡 作者签名： ! ：l 导师签名： 大连理工大学硕士学位论文 1绪论 随着各学科知识的高速发展，现代制造系统不断完善和发展，自动化程度越来越高， 制造业各个领域竞争越来越激烈，质量和效率成为各国企业争夺的焦点。可是，没有控 制技术作支撑，制造过程就不可能实现自动化。不断引进和开发先进的技术，特别是对 先进的控制技术的研究，是我国企业走自主创新道路，增强市场竞争力，求生存，求发 展的唯一选择。 本文综合应用可编程逻辑控制器技术、工业以太网技术、计算机技术等实现柔性装 配线的监测及控制。 1 1 研究背景 柔性装配线是现代制造系统中的重要部分，及时获得装配线状态信息，并合理地控 制系统的运行，可以优化企业中产品加工过程、生产调度、生产计划实施等，开展该方 面研究具有重要的理论意义和应用价值。 1 2 问题的提出 现代工业控制的内容越来越庞大，集中管理和控制的模式已经不能满足工业企业的 需要；不断的实践表明，分布式的控制系统以其清晰的层次和强大的管理在工业实践中 较多使用。 本文将研究制造系统中计算机监控的方法，对柔性装配线进行监控，包括起停、工 位、流量、工序、故障等基于现场总线的远程计算机监控，解决企业中产品加工过程监 控、为生产调度、生产计划实施等提供重要的信息。 利用可编程序控制器，通过相应的传感器，对工业现场的电网状态( 电网过压、欠 压、缺相、反相、断电等) ，设备或者环境的温度、湿度，火灾信号，人员进出进行监 控；对柔性制造系统中的工件状态，质量等等进行测试和及时的控制。 1 3 相关研究现状 1 3 1制造过程监控系统 随着各学科知识的高速发展，先进制造系统不断完善和发展，自动化程度越来越高， 制造业各个领域竞争越来越激烈，质量和效率成为各国企业争夺的焦点【1 】。 柔性制造系统已成为现代制造的最佳形式，而对于少品种大批量生产，柔性生产线 则是理想的主导设备。制造系统通常有上千种相互影响的参数【2 】 在c i m s 的信息集成 柔性装配线监控系统设计 环境下，将柔性生产线中实时监控的信息和有关数据集成进信息系统，可以确保安全生 产和提高产品的质量，与此同时增强了对生产系统的实时控制和及时掌握实际生产信息 的能力，提高了整个系统的信息反馈速度翻。 分布式控制系统是上个年代迅速发展起来的先进控制技术，是汇集计算机技术、通 信技术、c r t 显示技术和自动控制技术为一体的综合性高技术产品。该控制系统在适用 范围、可扩展性、控制速度、系统模块化、可维护性、抗单点故障等方面明显优于混合 式和集中式控制系统。 控制系统各级实现向下管理，高层采用以太网进行通信。最底层即设备层需要控制 的彻底分散，完全下放到具体的设备，是真正意义上的分布式控制。机器人和数控机床 主要用来加工较复杂和加工精度要求较高的工件：传感器置于工业现场，给p l c 和其 他控制元件提供所需信号，其功能主要表现为采集工业设备的参数信息并进行一定的处 理。 在工业生产过程中，由中央计算机管理系统、通讯系统、控制器、传感器、系统中 继站、远程控制单元r t u ( r e m o t et e r m i n a lu n i t ) 及其有线无线信号通信系统等组成的监 测监控及数据采集系统，可以实时采集现场数据，对工业现场进行本地或远程的自动控 制，对工艺流程进行全面、动态和实时的监视，并为生产、调度和管理提供必要的数据。 它可以方便地对现场的运行设各进行监视和控制，以实现生产过程数据采集、设备控制、 测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能州。 为适应制造系统向敏捷制造、智能制造发展的需求，建立智能监控和诊断系统 ( i m d s ) 的信息模型，为优化i m d s 信息流和支持i m d s 自适应能力，建立l m d s 的一 般概念模型、对象模型、a g e n t 分类模型；基于软件总线技术和a g e n t 技术，构建i m d s 的一种可实现的自适应结构系统方案。i m d s 在南京金鹏铝业有限公司现代集成制造系 统中得到了成功应用【5 】。 为了实现制造过程的优化，需要对机床刀具和状态进行监测。p w p r i c k e t t 等人设 计了多传感器系统对刀具在加工过程中的磨损情况和故障状态进行监视【6 】。r j s e e t h a l e r 等人研究了过程控制和动态过程规划，实现了实时机床刀具的控制【7 】。n e a lg p i e r c e 等人开发并实现了m o t o r o l a 图形化制造监 9 4 系统( m o t o r o l a sg r a p h i c a l m a n u f a c t u r i n gm o n i t o r i n gs y s t e m ，g r a m m s ) ，该系统提供了制造数据的图形化实时监测， 包括工作过程( w m s ) 、设备管理( e m s ) 、生产能力监测( t m s ) 、动态任务分发队列等【8 】【9 1 。 工业自动化生产线监控系统用于生产的协调、调度和对生产过程设备的监控。它能 动态地反映总装车间实际的生产情况和各设备的运行状态；能及时准确地提示生产调度 大连理工大学硕士学位论文 节点和指示各种故障的具体部位，以方便生产调度和维修工作的顺利进行：能及时调整 生产计划并可以随时或定时打印各种生产管理、质量管理所需的各种数据，使生产管理 科学化、正规化【1 0 1 。汽车装配线的控制系统利用单片机实现在线监控、实时显示及打印 功能，该控制系统大大提高了生产的自动化程度及信息化程度，增强了装配工人的责任 心，提高了劳动效率，降低了生产管理成本【l 。 罗克韦尔状态监澳l j ( c o n d i t i o nb a s e dm o n i t o r i n g ，简称c b m ) 产品和服务将为企业提 供完备的设备监测诊断手段。它包括便携式巡检系统、在线自动巡检系统、高速在线系 统、机组保护仪表和动平衡机。通过c b m 与c m m s 和其他工厂控制管理系统的联机， 使恩泰克c b m 状态监测系统成为有效的设备健康状态信息管理平台【1 2 】。罗克韦尔状态 监控及诊断服务，改变了传统的设备维修策略，进行预测性维护，以达到延长维修周期、 减少意外故障、早期发现异常、降低维修成本、制定有效检修极化的目标。 信息交换在先进制造系统中起着关键作用【1 3 1 ，y o n g g u oj i a n gi 等人分析了卷烟行业 数据流的特点，提出基于c o r b a 的e t s o n g c i m s 的数据采集及远程监控模型，通过 分析和比较，给出了网络软件分布设计的优化方案，从而降低了网络数据传输负荷，提 高了软件响应速度【1 4 j 。 在煤矿工作监控中，全矿井安全生产综合监控系统具有功能齐全、软件丰富、可靠 性高、操作使用方便、配置灵活、经济实用等特点，可全面监控矿井上下的瓦斯、风速、 一氧化碳、温度、负压、水位、等安全参数，以及设备开、停、供电状态以及煤仓煤位 等生产参数，可汇接多个安全与生产环节子系统，适用于各类大、中、小型及地方煤矿 使用，是煤矿安全生产的必备，也是国家安全部门推荐的煤矿安全生产监控系统之一【1 6 】。 油井信息监控系统是根据石油石化系统的生产现场需求研制开发一种集微电子技 术、传感器技术、测试技术、数字通讯技术为一体的新一代油气生产综合监控系统。系 统采用现场监控、信息处理、信息共享使用相对独立又紧密耦合的系统结构，有效地解 决了系统安全性、投资效益最大化以及系统可用性等问题，成为一套既能有效真正解决 现场生产实际问题，提高工作效率，又方便使用，具有长期使用价值的生产信息化系统。 射频识曼j u ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ，r f i d ) 是一种利用无线电射频信号进行物体 识别的新兴技术，可应用于产品防伪、物品追踪、自动收费、防盗、门禁保安、仓储管 理等方面，目前已经应用在企业制造物流系统中，可以加快供应链的运转，提高生产效 率【1 7 i l l s 】。 1 3 2 生产线信息管理和控制系统 汽车工业面临着巨大的竞争压力，所以，必须不断提高生产效率，而同时还要降低 柔性装配线监控系统设计 生产成本。要实现上述目标，必须对大规模的复杂工艺进行有效的管理和控制。在整个 工厂，大量的生产、原料处理以及质量信息必须及时有效的进行传输和共享【1 9 1 。 安东( a n d o n ) 系统是一种利用声、光传递生产线异常信息及呼叫请求支援的装置， 也叫指示灯板 2 0 1 。a n d o n 系统的另一个主要部件是信息显示屏。 a n d o n 系统是一套专门为汽车装配线设计的综合性信息管理和控制系统。最初源于 丰田汽车，现己成为了汽车行业的标准。实践已经表明，该系统能够提高产量和产品质 量。 在国内，北京机械工业自动化研究所自动控制与物流技术工程研究中心为长春一汽 轿车公司总装车间设计和实施了一套功能完善的a n d o n 系统田】。长春一汽集团第二轿 车厂马自达6 0 万辆总装车间a n d o n 系统。采用c o n r o ln e t 工业控制网、d e v i c e n e t 现场总线，现场按工位的需求设置a n d o n 看板、拉线开关、触摸屏、广播等设 备。结合我们对生产工艺的理解，成功的将发达国家汽车生产的精益及柔性理念应用于 我国的汽车制造业。沈阳金杯通用汽车有限公司的质量a n d o n 系统由四大部分组成：操 作部分、声音、显示、记录部分。在操作部分中，每个工位一般均设置有拉杆或按钮盒， 操作人员在需要时通过它们发出信息，以便及时得到希望的帮助和支持。长江计算机f 集 团) 公司所属上海亚太计算机信息系统有限公司研制开发的质量a n d o n 系统能允许操 作者在生产过程中发生问题时得到帮助和支持，物料a n d o n 系统允许操作者在其工作 地点要求另部件时得到帮助和支持。此系统结合质量管理和物料管理组成为一个完整的 a n d o n 系统，在国内属首创。 在国外，b e n h a m 的a n d o n 系统生产质量管理和监督体系，支持组装厂管理。b e n _ h a m 提供交钥匙工程规划、制造、采购、建造、安装、启动和培训服务体系。b u t o n s o r t a n a 设计的a n d o n 系统用于保持和提高生产线的流动。所有生产线监测、数据记录在电脑的 控制手段a n d o n 软件信息等生产指标，目前生产的产品总数、产品故障、时间日期显 示温度在展出的领导与被控制电脑上面的。罗克韦尔自动化的最新型r s v i e w 3 2 显示屏 分布在每个车间，悬挂在主要通道的上方或者靠近主要的处理设备。显示屏幕由f l e xf o 驱动，并且能够通过远程i o 与p l c 进行通信，因而易于维护和系统扩展。 作为企业生产计划和控制的运作层次，车间生产管理从上层计划系统接受生产订 单，调度和控制生产过程，最后完成生产订单直至入库。a n d o n 生产管理电子看板是 现代生产企业可视化管理( 看板管理) 的要素，通过看板可以实现工厂生产过程和生产活 动控制，从而精益生产管理，广泛适用于各生产型企业叫。 系统结构上采用分布式控制，主控制器采用美国通用电气g ef a u n c 的9 0 7 0 大型 大连理工大学硕士学位论文 p l c ，向下以p r o f i b u s 总线联接现场德国p + f 公司的p r o f i b u s a s i n t e r f a c e 网关，通过 高度灵活分散的a s i n t e r f a c e 输输出模块将分布在现场的q c o s 点和p u l lc o r d 、 音乐盒等i o 接入到a n d o n 系统中。 a n d o n 系统生产管理彻底精简制造业，定时测量装配线时间长短。 1 3 3p l c 在制造系统中应用 柔性制造系统( f m s ) 使机械加工的面貌发生了质的变化，机械制造自动化向高度智 能集成化、人机结合的适度自动化、柔性化等方向全面发展。 没有控制技术，制造过程就不可能实现自动化。由于加工技术的发展远远超过装配 技术，装配工艺已成为现代制造系统的瓶颈，综合应用现场总路线、p l c 、计算机等进 行生产系统监控的技术，对多功能装配线进行监控，包括起停、工位、流量、工序、故 障等基于现场总线的远程计算机监控，解决企业中产品加工过程监控、生产调度、生产 计划实施等问题，具有重要的现实意义。 p l c 出现以来，在工业自动控制方面得到广泛应用，显示出强大的生命力，其作用 和发展方向受到广泛关注。自6 0 年代中期以来p l c 产品在电力、冶金、化工等行业发 挥了重大作用，尤其近2 0 年来计算机和信息技术的飞速发展，不断成倍扩大的功能和 成倍降低的价格，使p l c 、通讯联网技术、过程控制软件都获得了长足进步，也使p l c 的广泛应用成为可能。并且各个生产厂家不断推出多样化的产品和增加特殊功能模块的 品种，还有的采用混合式结构，不断增加使用体积小巧、价格便宜的功能扩展板，使得 p l c 的应用快速普及。 p l c 正向高性能、高速度、大容量方向发展，具有数据处理与数值运算功能、高性 能c p u 和大容量内存、外围设备多样化、拥有网络功能、故障诊断【3 2 】。基于p c 平台 的软件p l c 和插卡式p l c 控制是未来p l c 控制的发展方向【3 引。 p l c 在工业装备监控系统中的应用非常广泛。把p l c 用于机器人控制系统，利用 p l c 的通讯功能，搭建了监控式控制系统，在控制策略上可保证机器人本身具有很强 的故障源自主判断和自主处理能力 3 4 】。利用p l c 实现多路温度监控，在无需增加模拟 量输入模块数量的情况下，使系统处理温度的通道函数由4 路扩展到4 8 路甚至更多， 并能实现恒温控制功f l 皂t 3 5 1 。采用s i e m e n s 的s 7 2 0 0 p l c 设计出一种汽车转向泵自动装 配过程控制系统，结合k i s t l e r 的c o m oi i s 智能测量仪表，实现了对压力和位移的高精 度实时监控，从而大大提高了产品质量1 3 6 。锅炉计算机监控系统利用p l c 和i p c 技术， 通过完善的监控画面和控制程序设计及硬件设备冗余配置，实现了锅炉安全、可靠、平 稳、经济的控制【3 7 1 。能源设备监控管理系统，为三层分布式结构。上层由服务器、工作 柔性装配线监控系统设计 站、上位机、以太网组成；中间层由带以太网接口的现场控制单元设备p l c 组成；底 层由传感器、变频器、执行机构、开关设备、分散式i o 等组成 3 8 - 3 9 】。 p l c 是制造系统和生产线监控的重要部件。根据离散制造系统的模式特点，将典型 物流设备组合成不同的工作流程，以递阶集散控制技术为基础，应用p l c 对设备现场 控制，以组态软件为工具，针对典型物流设备设计了实时监控软件系统，并实现了与通 用数据库系统的数据接口。实现了现代生产物流系统管理层、控制层和执行层的数据共 享【4 0 4 1 1 。使用o m r o n 公司c 4 0 p 型p l c 对汽车空调压缩机步伐式环形装配线电气控制 【4 2 】。斯太尔汽车装配线p l c 控制系统大大提高了生产的自动化程度及信息化程度，增 强了装配工人的责任心，提高了劳动效率，降低了生产管理成本【4 3 1 。在汽车发动机装配 线，控制系统采用西门子s 7 。3 0 0 p l c ，利用p r o f i b u s d p 网络协议连接c p u 和远程i o 站点e t 2 0 0 s 、e t 2 0 0 e c o 实现通讯m 。也可以利用p l c 的r s 4 8 5 通讯接口，通过m o d e m 接入电话网，在提供远程监控服务的上位机端，通过m 0 2 d e m 将监控微机接入电话网， 实现了p l c 和监控微机之间的远程数据通讯，通过远程i o 模块获取自动化设备的运行 数据、状态信号，监控p l c 程序的执行过程【4 5 。 大连理工大学计算机控制工程有限公司推出的基于工业以太网技术和i e c 6 1 1 3 1 自 动化编程标准的分布式智能控制模块d u t 7 0 0 0 。其强大功能使其可以独立运行或相连 成网络，从而实现复杂控制功能。d u t 7 0 0 0 可编程逻辑控制器适用于各行各业，各种 场合中的检测监测及控制的自动化。d u t 7 0 0 0 以太网控制模块具有6 路模拟量输入、2 路模拟量输出、8 路开关量输入和8 路开关量输出。具有1 个以太网通讯接口和2 个r s 4 5 8 通讯接口，支持e p a 标准、m o d b u st c p 协议和主从m o d b u s 协议，支持i e c 6 11 3 1 标 准，具有丰富的功能块指令集，支持图形化的功能块编程组态。既可以作为独立的控制 模块应用于现场，也可以作为主控制器应用于e p a 现场总线控制系统中，能够通过 r s 4 8 5 网络扩展d u t 6 0 0 0 、d u t 4 0 0 0 、d 1 0 1 0 0 0 等i o 设备，可实现基于工业以太网的 分布式控制。 总之，相关研究很多，p l c 在汽车制造业整车电子检测系统、电力行业、自动化监 控系统、自动化生产线、生产装置控制、厂务监控、配电监控系统中都有成功的应用。 这些成功的经验与方法，为本项目的研究奠定良好的理论基础和技术基础。 1 4 本文的主要内容 本文研究了制造系统中装配线的监控方法，以实验室中一条u 形柔性装配线( 生产 线) 为硬件研究对象，利用大连理工大学计算机控制工程有限公司自主研发的基于 大连理工大学硕士学位论文 i e c 6 11 3 1 标准的d u t 7 0 0 0 可编程逻辑控制器和d 1 0 2 0 0 0 开入开出逻辑控制器，实现产 品生产过程监控，并可以为生产调度、生产计划实施等提供重要的信息。 本文共分为5 部分，从以下几个方面进行了介绍和研究： 第1 部分是绪论，介绍了研究背景、问题的提出、相关研究现状包括制造过程监控 系统、生产线a n d o n 系统、p l c 系统的应用等； 第2 部分对监控系统的总体体系结构进行设计，分析了监控对象、系统控制要求、 监控系统的主要功能分析，探讨了系统的设计思想，设计了系统的总体体系结构、控制 系统的网络组成等； 第3 部分是硬件设备的选型与配置，分析了控制系统的硬件组成，进行硬件设备选 型包括p l c 设备、变频器、温度传感器、湿度传感器、视频服务器等，对硬件配置做 了说明； 第4 部分是p l c 程序设计，包括p l c 的i o 地址分配、p l c 程序设计、p l c 编程 要点、p l c 接线方法、p l c 编程等： 第5 部分是系统软件开发，包括软件架构设计、软件功能设计、系统处理流程、数 据库设计、软件系统的详细设计与实现如：视频监控模块设计、装配线自动控制、数据 查询模块设计、环境监控模块设计、数据统计分析模块设计、数据管理模块设计、用户 管理模块设计等。 柔性装配线监控系统设计 2 监控系统的总体体系结构 集散控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，d c s ) 是以微处理器为基础的集中分散型 控制系统。它的主要特征是集中管理和分散控制相结合，与模拟电动仪表比较，具有连 接方便、数据存储量大等优点；与计算机集中控制系统比较，它具有操作监督方便、危 险分散、功能分散等优点。 目前工业自动化正朝着现场总线控制系统( f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m ，f c s ) 方向发展， f c s 的基础是现场总线，采用一套标准的通信协议，把测控设备和控制系统结合在一起， 从而使设备之间的互操作性变的方便、快捷。 对于生产型企业来说，生产流程的监控、生产安全的控制、生产质量的监视等都是 非常重要的。在传统模拟监控的手段下，这些工作需要投入大量的人力和财力；随着控 制硬件、软件的快速发展，可以方便地利用计算机技术、p l c 技术、流媒体技术、远程 网络监控技术等实现企业的流程、安全、质量监控。 2 1监控对象 本系统中监控对象是大连水产学院工业工程专业实验室的一条u 形柔性装配线( 生 产线) ，由1 条倍速链生产线( 5 米长) 、1 条皮带生产线( 5 米长) 、l 条辊筒输送链( 2 米长) 和2 个万向移动平台组成。装配线机械本体总体布置平面图如图2 1 所示。 倍速链生产线采用铝合金材料为机架，外型尺寸长5 m ，宽0 4 7 m ，高o 8 m ( 可调 o 2 m ) ，由交流电机驱动，采用交流变频调速，每工位设置阻挡气缸控制电磁阀，每工 位设置起动、停止、呼叫按钮，控制生产线节拍。电机功率：0 2 5 k w ；输入电源：2 2 0 5 h z ；工作环境：温度一1 0 + 4 0 ，相对湿度 工业环境l i 茳测 生产过程远程监视 用户管理 生产过程监视 装配动作录像 动作分析研究 装配线初始化 装配线运行状态 设备作业及故障时间 皮带生产线控制 皮带生产线灯光控制 倍速链生产线控制 倍递链电磁阀控制 生产现场微环境监测 历史数据管理 数据分析 图5 2 软件功能结构 f i g 5 2 f u n c t i o ns t l u c r t r eo ft i l es o r w a r e 5 3 数据库设计 运用a s p 技术进行生产现场远程网络监控系统的开发，采用m i c r o s o ra d o 实现 w e b 网页与a c c e s s 数据库的集成和连接。 由于a c c e s s 具有运行速度较快、兼容性好、提供口令支持，集信息创建、发布和 共享与一体，较适合于中小型网站。 系统设计分为生产动作分析数据表、生产过程视频录像数据表、生产动作类型数据 表、生产环境数据表、用户管理数据表等。 数据表结构图如图5 3 所示。 生产动作分析数据表、生产过程视频录像数据表、生产动作类型数据表关系如图5 4 所示。 柔性装配线监控系统设计 鬻 字段名称数据娄趔 工d 自动编号 曰 视频录像工d文本 名称文本 生产动作类型工d文本 开始时间日期时间 结束时间r 日期时间 动作时间数字 标准时间数字 速度数字 周期 数字 类型数字 标记描述备注 删除是否 标志2 是否 标志3 ；是否 ? 宇段名称| |数据类型l曰 ：文本 类型名称i 文本 意义文本佳用 文本 一数据类型 |1， 字段名称文本冒i d日期时间录像时间 文本 录像内容提要 文本 录像存储位置 数字录像长度 字段名称 数据类型曰主键自动编号 日期日期，r 时间 时间日期jr时间 温度数字湿度 数字声级数字照度数字风速数字 大连理工大学硕士学位论文 i 习- j ；- i 仨 j 毒j ：名t 4 r i e , 一 字段名称数据类型 1 1 3 自动编号 曰 用户名 文本 文本密码 登录次数数字 是后一、犬登录时间日期时间 图5 4 数据表关系图 f i g 5 4 r e l a t i o nd i a g r a mo fd a t a b a s et a b l e s 5 4 软件系统的详细设计与实现 使用v b s c r i p t 、j s c r i p t 脚本语言来编写a s p 动态网页和开发应用程序，使网页除 保持原有静态网页浏览文字、图片等信息外，还具有访问远程数据库，进行数据库检索、 信息发布和维护管理等功能。 5 4 1 视频监控模块设计 本模块主要对生产现场及装配动作的远程网络监控，监视平台( 上位机) 可实现生产 柔性装配线监控系统设计 过程监视、工序监视、工件安装监视、火灾监视、人员安全监视、装配动作录像回放， 提供视频和工业工程研究相关的资料等。 工业工程( i n d u s t r i a le n g i n e e r i n g ，i e ) 主要致力于改善生产系统、提高工作效率和生 产率、降低成本。它把技术和管理有机地结合起来，研究如何把生产要素组成生产力水 平更高和更有效的系统，去实现提高生产率目标的工程技术。 生产中所追求的目标包括：减少物质、能源、时间和资金的占用与浪费，降低生产 成本，降低员工的疲劳度，减少遭受损伤和工伤的概率，利用有限的资源求得最高的产 出，提高生产效率。方法研究就是对现有的工作方法进行系统记录和严格的考察，按照 从粗到精、从宏观到微观、由概括到具体的体系，方法研究包括程序分析、操作分析和 动作分析三部分。 程序分析：完成任何工作所需经过的路线和手续即为程序，程序分析主要以整 个生产过程为研究对象，研究分析一个完整的工艺流程，看是否有多余或重复作业、工 序是否合理、搬运是否太多、等待是否太长，迸一步来改善工作程序和工作方法。高平 衡率的生产线离不开良好的作业程序。 作业分析：所谓作业分析就是通过对以人为主工序的详细研究，使操作者、操 作对象、操作工具三者科学地结合、合理地布置和安排，达到工序结构合理，减轻劳动 强度，减少作业时间消耗之要求，以提高产品品质和产量为目的而进行的分析。通常， 合理的人机结合，能为高平衡率的生产线提供最直接的单元保障。 动作分析。动作分析是在程序决定后，研究并减少甚至消除人体各种动作的浪 费，以寻求省力、省时、安全和最经济的动作。其实质是研究分析人在进行各种操作时 的细微动作，消除无效动作，使操作简便有效，提高工作效率。动作分析能在其它方法 无效时，给生产线的平衡提供一把秘密武器，它从最基本的“动素”入手，寻求改进空 间，以提升生产线的平衡能力。当然，它与工业工程其它方法综合运用，会使企业收到 更好的效果。 视频监控可以通过点击主页中的视频监控，监控人员就可以直接进入视频监控界 面，通过观看视频监控录像，填写动作分析的数据，提交后就可以在右侧显示出提交的 数据。 根据视频进行动作分析，把动作的名称、时间、类型、周期、速度填入，就可在右 边显示，如图5 5 所示。 5 4 2 装配线自动控制 本模块主要实现通过上位机对装配线的自动控制。 大连理工大学硕士学位论文 图5 5 视频监控模块界面 f i g 5 5 i n t e r f a c eo fv i d e om o n i t o r i n gm o d u l e 上位机软件控制倍速链生产线和皮带生产线的启动、停止和调速等，实现4 套光电 传感器对皮带生产线的停止运行的控制，实现对皮带生产线上灯光色彩( 四种色光) 的控 制，倍速链生产线上4 个阻挡气缸电磁阀门的启动控制，对整个装配线上8 套手动按钮 的呼叫进行控制( 一般、紧急) 。 皮带生产线控制界面如图5 6 所示，倍速链生产线控制界面如图5 7 所示。 _- 一- ； | 皇带生声譬控科0 一薯 j 生产绒速度控制一一一一一i i 呼4 q 箍倒u _ _ j ，! 启动卜 恢 ；3 号位一般 ：一 一 ； ， 幽：= ：i 三塑圈；一j 。童塑墅业扪! = - 。 j 曩圃。l 兰墨f慢。曩 苎璺塑差| ：_ 皮带生产绞灯光控制 白色灯光 红色灯光 。蟑色灯光 蓝色灯光 图5 6 皮带生产线控制界面 f i g 5 6 i n t e r f a c eo fb e l tp r o d u c tl i n ec o n t r o l 一一到一幽型一 剧一凰幽到一 柔性装配线监控系统设计 图5 7 倍速链生产线控制界面 f i g 5 7 i n t e r f a c eo fd o u b l es p e e dc h a i np r o d u c tl i n ec o n t r o l 5 4 3 数据查询模块设计 历史数据是了解企业生产状况和分析故障的重要依据。 本模块用于历史数据查询、数据浏览与报表等。在b s 模式下对w e b 数据库进行 检索查询，其工作原理是：客户端发送一个检索请求到w e b 服务器，服务器收到请求 后根据客户发送的关键词进行后台数据库查询处理，检索完毕后将查询结果回送给客户 端。用户使用浏览器就可以很方便地在客户机进行数据库检索查询，并直接浏览查询结 果，不必安装任何数据库和其他设备。访问数据库时，必须使用a d o 组件，a d o 是对 目前微软所支持的数据库进行操作的最有效和最简单的方法。 本系统实现对生产现场微环境数据管理、生产过程视频录像管理、数据分析图表、 设备故障统计、工业工程资料( 生产动作分析数据) 管理，提供多种数据查询、数据报表 输出方式，极大地方便工作人员的使用。 数据查询可以通过点击主页中的数据查询，监控人员就可以直接进入数据查询界 面，通过输入日期关键字，提交后就可以在下方显示出该日期的所有温度、湿度、噪音 等数据。 例如：在“请输入日期”中填写2 0 0 7 5 1 8 ，点“提交查询内容 在下方就会显示 出2 0 0 7 5 18 这天的所有环境监控数据，如图5 8 所示。 实现方法如下： 第一，连接w e b 数据库。 s e tc o n n t e m p 2 s e r v e r c r e a t e o b j e c t ( ”a d o d b c o n n e c t i o n ”) c n p a t h 一d b q = ”& s e r v e r m a p p a t h ( ”s t d d b m d b ”) c o r m t e m p o p e n ”d r i v e r = m i c r o s o f ta c c e s sd r i v e r ( 幸m d b ) ) ；”& c n p a t h 大连理工大学硕士学位论文 第二，发送s q l 数据操作指令。系统采用广泛用于各种数据库的s q l 结构化查询 语言，其检索语句标准格式为： s e l e c t 字段名产( 表示全部字段) f r o m 数据库名w h e r e 条件语句在a s p 脚本中，实现 查询的具体语句如下： k e y w o r d = s e s s i o n 幸c o n t e n t s ( k e y w o r d ) s q l s t r = “s e l e c t * f r o m 数据库名w h e r e ”s q l s t r = s q l s t n & “字段名” k e y w o r d 为客户端发送的变量，表示将要被查询的关键词，s e s s i o n 是a s p 应用中 一个重要对象，没一个用户访问站点时都会产生一个新的s e s s i o n ，s e s s i o n c o n t e n t s ( ) 表 示s e s s i o n 对象的变量集合s q l s t r 字符串变量对字段进行查询的s q l 语言。 请犄八日期：匪夏三匿：二= 二二 口墼墅圃回 四囝_ 峦疆瞳匪墨露一雹_ 匿一盈 2 0 0 7 - 5 - 1 8 1 0 ：3 0 ：0 0 o2 41 4 2 42 5 2 0 0 7 - 5 - i 81 2 ：0 0 ：0 09 82 4 ：2 7 5 44 2 0 ：0 7 5 1 81 3 ：0 0 ：0 02 0 1 2 1 55 4 5 4 2 0 0 7 - - 5 - 1 81 3 ；1 0 ：0 01 92 0 2 35 63 2 0 0 7 - 5 - 1 b1 3 ：2 0 ：0 02 02 12 25 64 2 0 0 7 - - 5 一1 81 3 ：3 0 ：0 02 02 d2 55 73 2 0 0 7 - 5 1 8l a ：4 0 ：0 02 02 32 45 23 2 0 0 7 - 5 - 1 81 3 ：5 0 ：0 02 42 12 45 15 2 0 0 7 - 5 - 1 81 4 ：3 0 ：0 0 2 4 2 12 46 53 2 0 0 7 - 5 - 1 81 5 ：3 0 ：0 02 42 12 45 84 图5 8 数据查询界面 f i g 5 8 i n t e r f a c eo f d a t ai n q u i r y 第三，创建r