自動化簡介 6
Fig. 3 FMS
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•電腦整合製造(Computer -Integrated Manufacturing , CIM)
–電腦整合製造除包括CAD/CAE/CAM外，並包 括公司企業營運功能，從訂單到設計生產交貨， 運用電腦及網路科技處理有關生產作業及資訊。 – CIM 架構( Fig. 4)
自動化概論
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•自動化(AUTOMATION)的定義:
–廣義:不用人力而利用動物以外的能原，來代替 人類從事操縱、控制及監視的設備或程序。
•能源: 機械、水力、電力、汽力。
–狹義:應用機械、電子、與電腦化的系統來操作 與控制生產的技術。主要應用於製造與服務業的 自動化。
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•自動化技術:
–自動化工具機(Machine tools) –機器人(Robot) –物料搬運及儲存系統 (Material Handling and AS/RS) –品管檢驗系統(Quality Control and Inspection System) –回饋控制及電腦製程控制 (FeedBack Control, Computer Process Control) –用於規劃、收集數據及決策、以支援製造活動的電腦系 統(CAPP, MRP, MES,…)
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Fig. 2 自動化生產技術發展流程
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•
–
CAD/CAE/CAM
CAD/CAE: 應用電腦進行設計、分析、模擬、並列出 設計分析結果。 (Fig.1-6) – Example: AutoCad, ProE, UG, IDEA… – CAM: 利用電腦系統及相關介面來計畫管理、控制整 個製程運作。 – 四大領域:
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1. 控制模組: 控制模組主要為接收MES系統之工單
與製令單轉換，並控制機台運作
MES系統 派工資訊 監控系統 派工資訊 處理 製造系統
錯誤訊息
No
派工資訊 正確與否
Yes
編製製令單
執行製令單
製令單
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2. 資料記錄模組 –資料記錄模組內容為在製品之作業記錄、結批 資料與錯誤記錄之儲存。 –藉由傳輸模組連接主控PLC，將讀取製造系統主 控PLC各接點機械碼，並判斷接點狀態後，將接 點狀態顯示於圖形之人機介面。 –資訊經過作業記錄處理，會產生作業記錄單， 記錄零件詳細的加工狀態。 –若製令已完工，則會進行批量處理，同時並產 生結批入庫單。
雕刻機1 MC1 雕刻機1 控制電腦
雕刻機2 MC2 雕刻機2 控制電腦
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系統網路架構圖
MES系統 & MES資料庫 EtherNet
TCP/IP標準網路通訊協定
監控電腦
RS-232/422
主控PLC 子控PLC 現 場 機 械
RS-485
123
AS/RS
雕刻機
滑台
視覺檢測
輸送帶 機械手臂
• 按照程式的指令順序，正確執行加工的步驟。 例如: CNC 機台加工控制、AGV行走控制、機 械手臂的搬運路徑控制。(順序及路徑控制)
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3. 製造單元或系統層級(Cell or System)
– 製造單元或系統定義為由電腦或物料搬運設備 連結及支援的機器群。 – 主要功能: 零件的派送，機台零件的上下載、 機台與搬運設備的協調控制、檢測資料的收集 及評估。
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•生產設備的資訊技術(IT) 化

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•生產系統資訊網路化的用途
–生產指示：生產數、加工方法、處理方法 –實績把握：生產及檢查個數、品質資料、生產 實績監控 –運轉指示：設備的運轉/停止、控制內容的切換 指示 –設備資料收集：設備的運轉時間及運轉次數、 安裝工具類、消耗品的使用時間及次數、設備的 消耗能量、異常及故障的檢出 –省配線：信號設備配線數及工數的縮減
輸出:
Y0:馬達正轉; Y1:馬達反轉;
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X1
X0
Y1
Y0
Y0
X2
X0
Y0
Y1
Y1
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
LD OR ANI ANI OUT LD OR ANI ANI OUT
X1 Y0 X0 Y1 Y0 X2 Y1 X0 Y0 Y1
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2. 步進階梯圖命令
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– 鑽孔機械動作流程圖
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– 鑽孔機
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– 機械動作圖
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– 負載驅動圖
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– 移行條件圖
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– 步進狀態遷移圖
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– 步進階梯圖
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自動化製造系統監控實例
•製造監控系統對上接受製造執行系統 (Manufacturing Execution System, MES)的工命 令，執行命令並回報監控執行結果給MES，做為MES 中在製品管理模組(Work In Process, WIP)的追蹤 查詢依據。 •當監控系統接收到MES指令，監控PLC的接點狀態, 並將PLC接點狀態機械碼轉換成監控系統的規格， 透過網路上傳至MES系統之共用資料庫，提供MES系 統在製品追蹤查詢。 •國立雲林科技大學工業管理系先進產業電子化中心 自動化生產製造系統。
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輸入端配線圖
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輸出端的配線圖 (繼電器)
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•可程式控制器程式設計 – 兩種PLC程式設計方法:
•機械動作階梯圖(Ladder Diagram)基本指令 •機械動作順序功能圖(Sequential Function Chart,SFC)步進階梯圖(STL)步進階梯指令
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• 自動化系統的網路架構
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• 階層構造系統的運作
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•PLC系統下網路用途與資料範例
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• 生產自動化系統網路發展趨勢
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• 引擎加工生產線的設備及維修管理系統
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可程式控制器
• 可程式控制器(Programmable Logic Controller, PLC)
– 美國電工製造協會(NEMA):一種用數位操作的一種設備， 具有可程式的記憶體，能儲存規劃的指令，然後執行邏輯、 順序、計時、計數與算術等控制機械或程序的特定功能。 – 工業自動控制應用:
• 數值控制(Numerical Control, NC): 強調量測與控制定位的精準度。 • 順序控制(Sequence Control):依據條件作ON/OF控制的條件控制。 • 可程式控制器與電腦連線，結合圖控系統完成，系統監控。
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Fig. 4 CIM 架構
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• 自動化及控制的5個層級
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1. 裝置層級(Device)
• 由感測器、驅動器、控制器及機構等裝置組合 而成的機台控制回路。例如:CNC 機台的單軸 控制、自動夾治具的控制。(定位或定速)
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2. 機台層級(Machine)
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4. 工廠層級(Plant)
–工廠或生產系統的層級。接受公司資訊系統生 產指令(主生產排程)生產計畫，轉換為生產的作 業計畫。 –功能包括: 工單處理、製程規劃、庫存管制、 採購、物料需求規劃、現場管制及品質管制等。
5. 企業層級(Enterprise)
–管理公司所需的資訊系統。包括:行銷、會計、 設計研發、總合生產計畫、主生產排程。
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• 可程式控制器及擴充單元
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• 輸入模組的電路回路
– 將外部各式開關(按扭、近接、極限)的輸出，連 結至PLC輸入端， PLC偵測各式開關的狀態。 – 輸入端配線圖
• 輸出模組的電路回路
– 將外部負載，如馬達、燈泡，連結至PLC輸出端， PLC接通輸出模組的繼電器開關以驅動負載。 – 輸出端的配線圖
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• 可程式控制器構成要素:
– 微處理單元 (CPU):
• 控制匯流排、算術邏輯運算單元、暫存器
– 記憶體單元(Memory)
• 唯讀記憶體(ROM) 、可讀寫記憶體(RAM)
– 輸出/入單元(Input/Output)
• 控制輸出/入點的訊號。
• 輸出/入單元
– 輸出/入均為0或1(ON/OFF)型，輸出/入端以點的方式輸 出/入. – 基本PLC本體; 擴充輸出/入模組; 網路及特殊輸出/入模組 (類比輸出/入、脈波輸出)。
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製造系統 執行製令單
監控系統 機械碼 判斷處理 圖形顯示 表單
在製品 作業記錄
作業記錄單
No
批量加工 是否完成
Yes
批量處理
結批入庫單
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3. 系統設定模組:系統設定模組其內容為接點設定與 圖控設定之變更與儲存。若通訊經檢測正常無誤，便 可以進行圖控接點設定。
製造系統 製造系統 通訊協定 監控系統 圖控系統 連線設定
1. 階梯圖
•延續工業配線電工圖設計技巧，兩條垂直線表示火線 與地線，將控制元件符號依邏輯關係或串接或並接畫 於兩條垂直線中間。 •Example: 馬達啟動停止控制
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凸輪 LS1 LS2