现代制造系统 第九章 制造系统的过程控制

提纲：集成化设备控制系统的结构和工作方式 提纲：
二.加工控制 加工控制
2. 工艺过程控制
静态工艺控制 动态工艺控制
二.加工控制 加工控制
2. 工艺过程控制
静态工艺控制
特点：是在工件加工之前的工艺设计阶段， 特点：是在工件加工之前的工艺设计阶段，已将零 件的加工路线、以及每道工序采用的设备、 件的加工路线、以及每道工序采用的设备、工件在 设备上应处的状态、刀具的运动路径等都已确定， 设备上应处的状态、刀具的运动路径等都已确定， 在加工过程中只需按这些预先规定进行加工即可； 在加工过程中只需按这些预先规定进行加工即可； 并且在加工过程中只有各个实体完全和预定的各种 要求吻合才能加工出合格的产品。 要求吻合才能加工出合格的产品。即，对于静态工 艺控制来说制造过程是按“定位——加工” ——加工 艺控制来说制造过程是按“定位——加工”的模式 组织生产的。 组织生产的。
特点：额定电流不大于5A 特点：额定电流不大于5A
（1）电流继电器
特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。 特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。 分类：过电流继电器、欠电流继电器 分类：过电流继电器、
过流电流继电器 当电流大于某值时， 当电流大于某值时， 衔铁吸合。 衔铁吸合。用于电流 过大时切断电路。 过大时切断电路。
二.加工控制 加工控制
2. 工艺过程控制
动态工艺控制
优点： 优点： 一是可快速响应市场的动态变化， 一是可快速响应市场的动态变化，易于实现产品的 快速切换生产； 快速切换生产； 二是可快速响应制造系统内部的状态变化， 二是可快速响应制造系统内部的状态变化，易于实 现生产过程的动态调度。 现生产过程的动态调度。
四. 制造过程的物流控制
物料输送控制 物料库存控制
四. 制造过程的物流控制
物料输送控制
常规输送装置的控制
常规输送装置的控制多属开关量控制， 常规输送装置的控制多属开关量控制，一般可 通过可编程序控制器来实现。 通过可编程序控制器来实现。
给定 环节 计算机 控制器 执行 环节 检测 环节 物料输送装置的PLC控制系统 物料输送装置的PLC控制系统 PLC 被控 对象
过程主控级的主要任务： 过程主控级的主要任务：
制造过程的信息管理 数控程序管理 机床信息管理 夹具信息管理 刀具信息管理
二.加工控制 加工控制
1.集成化设备控制 1.集成化设备控制
设备集成化就是将制造设备进行联网， 设备集成化就是将制造设备进行联网，实 现信息集成。加快信息的传递速率， 现信息集成。加快信息的传递速率，提高劳动 生产率。 生产率。同时集成信息由上一级计算机统一管 调度和控制，便于优化决策， 理、调度和控制，便于优化决策，实现最优化 集成控制。 的集成控制。
(5)时间继电器 (5)时间继电器
作用： 作用：按整定时间长短通断电路 分类： 分类： 按构成原理分： 按构成原理分：电磁式 电动式 空气阻尼式 晶体管式 数字式
时间继电器是在感受外界信号后，其执行部分需要延迟一定 时间才动作的一种继电器，分有通电延时型和断电延时型。
JS7-A空气阻尼式时间继电器是利用空 气阻尼的原理来获得延时的。主要由电磁 系统、气室及触点系统组成。
接触器是一种在电磁力的作用下，能够自动地接通或断 开带有负载的主电路（如电动机）的自动控制电器。
交流接触器的结构组成 文字符号 线圈
铁芯、衔铁 图符号
接触器
(1)电磁系统
交流接触器产品外形图
KM
KM
通电线圈
(2)触头系统
三对主触头 两对辅助常开触点 两对辅助常闭触点
体积较大，由三对常开 触头组成，用于通断电 动机主电路的大电流。
二.加工控制 加工控制
2. 工艺过程控制 静态工艺控制
关键问题：加工之前的精确定位。 关键问题：加工之前的精确定位。 实现方法：一是为被加工零件设计精密夹具。 实现方法：一是为被加工零件设计精密夹具。 二是工人在加工现场的精确找正。 二是工人在加工现场的精确找正。 存在问题： 存在问题： 一是精密夹具的设计、制造、 一是精密夹具的设计、制造、调试造成生产成本和生 产准备时间的增加；工人现场精确找正降低自动化程度， 产准备时间的增加；工人现场精确找正降低自动化程度， 难以保证质量，同时会耗费大量的辅助时间， 难以保证质量，同时会耗费大量的辅助时间，大大降低 加工设备利用率和产品生产率。 加工设备利用率和产品生产率。 二是无法按照动态调度的要求， 二是无法按照动态调度的要求，对原定工艺路线做适 当调整，以适应制造过程实时优化运行的需要——与动 当调整，以适应制造过程实时优化运行的需要——与动 —— 态调度要求不相适应。 态调度要求不相适应。
一.概述 概述
过程控制系统的结构
车间管理 作业计划与调度 过程主控 计算机 物流 控制 输 送 控 制 存 储 控 制 质量 控制 质 量 检 测 1
. . . . .
现场总线网络
加工 控制 设 备 控 制 工 艺 控 制
刀具 控制 预 调 控 制 刀 库 控 制
状态 检测 状 态 检 测 1
. . . . .
热继电器是利用电流的热效应原理切断电路以起过载保护 的电器设备。
热继电器的结构组成
(1)串接在电动机主电路 中的三个发热元件； (2)串接在电动机控制Leabharlann Baidu 路中的常闭触点。
过载时常闭 正常工作常 触点打开 闭触点闭合
热继电器产品外形图
工作原理
热继电器的发热元件绕在双金属片 上，当电动机过载时，过大的电流产 生热量，使双金属片弯曲推动连锁机 构动作，使常闭触点打开，导致控制 电路断电，电动机主电路随之断电， 达到过载保护的目的。
二.加工控制 加工控制
2. 工艺过程控制
动态工艺控制
关键问题：主动寻位和顺应现实加工。 关键问题：主动寻位和顺应现实加工。 实现方法： 实现方法： 主动寻位：利用现代智能传感技术， 主动寻位：利用现代智能传感技术，快速准确获取 工件表面信息， 工件表面信息，再利用工件寻位算法精确求解出工件的 实际状态，完成工件寻位。 实际状态，完成工件寻位。 顺应现实加工： 顺应现实加工：以工件寻位信息为基础实时生成刀 具运动路径和轨迹， 具运动路径和轨迹，在控制系统控制下实现灵活顺应工 件实际位姿的自适应加工。 件实际位姿的自适应加工。
调度任务分解 将宏观的调度指令分解为各环节（子系统） 将宏观的调度指令分解为各环节（子系统）的具 体运行控制指令。 体运行控制指令。 执行过程的协调 协调各环节（子系统）的动作顺序和时间， 协调各环节（子系统）的动作顺序和时间，使其 满足严格的逻辑关系和时序关系。 满足严格的逻辑关系和时序关系。
一.概述 概述
光电继电器
温度继电器
压力继电器
位置开关 (行程开关) 位置开关是一种用来控制机械运动或实现安全保护的主令 电器。其作用是将机械位移转换成电信号，从而使电动机运
行状态发生改变，并按一定的行程自动停车、反转、变速或 循环。
动断触头
动合触头
位置开关的产品外形图
行程开关的结构原理图及图符号
当运动机构的挡铁压到位置开关的滚轮上时，转动杠杆连 同转轴一起转动，凸轮撞动撞块使得常闭的动断触头断开， 常开的动合触头闭合；挡铁移开后，复位弹簧使其复位。
欠流电流继电器 当电流小于某值时， 当电流小于某值时， 衔铁释放。 衔铁释放。用于电流 过小时切断电路。 过小时切断电路。
（2）电压继电器
特点：线圈并联在电路中，匝数多， 特点：线圈并联在电路中，匝数多， 导线细分类： 导线细分类：过电压继电器和欠电 压继电器结构原理： 压继电器结构原理：与电流继电器 类似
二.加工控制 加工控制
2. 工艺过程控制
动态工艺控制
特点：是在工件加工过程之前的工艺设计阶段， 特点：是在工件加工过程之前的工艺设计阶段，不 需要确定工件在设备上应处的状态， 需要确定工件在设备上应处的状态，也就是说在工 件的加工过程中不需要对工件进行精确定位， 件的加工过程中不需要对工件进行精确定位，只要 将其固定在工作台上即可， 将其固定在工作台上即可，由加工设备如刀具主动 寻找工件的实际状态信息， 寻找工件的实际状态信息，并根据工件的实际位置 和姿态确定刀具的运动路径等控制信息， 和姿态确定刀具的运动路径等控制信息，最后按这 些信息控制加工设备运动并加工出合格的零件。 些信息控制加工设备运动并加工出合格的零件。即 动态工艺控制是按“寻位——加工” ——加工 动态工艺控制是按“寻位——加工”的模式组织加 工的。 工的。
生产 机械
L1 SB1 SB2 KM2 KM1 SB3 KM1 KM2 STA KM2 STB FR KM1 L2
KM
KM
辅助常开 辅助常闭
辅助触头体积较小，主要用于通断控制电路的小电流，辅助常开触 头一般起自锁或连锁作用；辅助常闭触头在电路中一般起互锁作用。
交流接触器工作原理
辅助常闭触点工作原理
当交流接触器线圈通入交流电 静触点 辅助常开触点 后，铁芯和衔铁均被磁化，衔铁 克服弹簧张力向下吸合。固定在 三对常开主触头 衔铁上的所有动触点随之向下移 衔铁及其固定在 动，辅助常闭触点打开、三对主 衔铁上的动触头 触头和辅助的常开触点闭合。当 电磁线圈失电后，铁芯和衔铁也 支撑弹簧 随即失磁，衔铁在弹簧张力下复 通电线圈 位，使常开打开、常闭闭合。 断电后铁芯和衔铁即刻失磁， 铁芯 衔铁在弹簧张力下复位，各动触 点随之复位。
（3）中间继电器
中间继电器实质上是一种电压 继电器， 继电器，结构和工作原理与接 触器相同。但它的触点数量较 触器相同。 多，在电路中主要是扩展触点 的数量。 的数量。另外其触头的额定电 流较大。动作灵敏（ 流较大。动作灵敏（动作时间 小于0.05S）。 小于0.05S）。 0.05S
（4）热继电器
主触头 灭弧装置 动铁心 常闭辅助触头 吸引线圈 常开辅助触头 静铁心
交流接触器结构图
继电器
作用： 作用：是一种根据某种输入 信号的变化， 信号的变化，接通或断开控 制电路， 制电路，实现控制目的的自 动控制电器。 动控制电器。 分类： 分类：
按用途分 ：控制和保护继电器 按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、 按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、 机械式 按输入量分：电流、电压、时间、速度、 按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力 按动作时间分：瞬时、 按动作时间分：瞬时、延时继电器
空气调整 镙钉 通电延时闭合 的常开触点
JS7-4A时间继电器的 气室 产品外形图 活塞连杆机构
工作原理：线圈通电时， 工作原理： 挡板 电磁力克服弹簧的反作用 衔铁 拉力而迅速将衔铁向下吸 重锤 线圈 合，衔铁带动杠杆延时使 常闭触点分断，常开触点 铁芯 闭合。
杠杆及支点
通电瞬时打开 的常闭触点
（6）其它继电器
第九章 制造系统的过程控制
概述 加工控制 物流控制 质量控制
一.概述 概述
过程控制的主要任务： 过程控制的主要任务：
分解调度控制系统给出的调度指令， 分解调度控制系统给出的调度指令，对生 产过程进行控制， 产过程进行控制，并将执行结果和制造现场的 有关状态向上级反馈， 有关状态向上级反馈，保障制造过程的正常运 行。 具体包括：设备、工艺过程、刀具、物料、 具体包括：设备、工艺过程、刀具、物料、 生产过程、质量和状态等的控制 生产过程、
三.刀具系统的管理与控制 刀具系统的管理与控制
刀具集中管理 刀具交换控制 刀具预调控制
三.刀具系统的管理与控制 刀具系统的管理与控制
知识点： 知识点：
刀具集中管理的目的 提高制造系统中刀具的使用效率，降低生产成本。 提高制造系统中刀具的使用效率，降低生产成本。 刀具交换控制的主要任务 对中央刀库和机床刀库之间的刀具交换进行合理有 序的控制。 序的控制。 刀具预调控制的目的 缩短生产准备时间，提高机床利用率和生产效率。 缩短生产准备时间，提高机床利用率和生产效率。
质 量 检 测 N
状 态 检 测 N
生产过程
一.概述 概述
过程主控级的主要任务： 过程主控级的主要任务：
负责与调度控制系统实现通信， 负责与调度控制系统实现通信，对调度控制 分解， 指令指示的任务进行分解 指令指示的任务进行分解，并对制造过程中的 有关环节的运行进行协调 协调， 有关环节的运行进行协调，并完成制造过程的 信息管理任务 任务。 信息管理任务。