馮孔淼，萬(wàn) 頻，王福泉，許錦標(biāo)，李學(xué)聰

FENG Kong-miao,WAN Pin,WANG Fu-quan,XU Jin-biao,LI Xue-cong

（廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，廣州 510006）

0 引言

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，提供準(zhǔn)確的原材料或成品的數(shù)量是比較關(guān)鍵的問(wèn)題。目前在大部分的微波爐噴粉生產(chǎn)線中，仍然采用人工統(tǒng)計(jì)微波爐工件的數(shù)量。這種計(jì)數(shù)方法一方面，不僅需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間，而且存在計(jì)數(shù)錯(cuò)誤率高，工作效率低，不能實(shí)時(shí)反映計(jì)數(shù)值，不利生產(chǎn)管理等缺點(diǎn)[1]；另一方面，人工計(jì)數(shù)方式主要是統(tǒng)計(jì)噴粉工作完成后合格的產(chǎn)品，而整個(gè)在噴粉過(guò)程中，每個(gè)處理階段都會(huì)有不合格的微波爐工件，這些產(chǎn)品并沒(méi)有得到有效的統(tǒng)計(jì)，不利于企業(yè)對(duì)生產(chǎn)線的改進(jìn)。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種基于三菱FX2N PLC的微波爐噴粉生產(chǎn)線工件自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了噴粉生產(chǎn)線上微波爐工件的自動(dòng)計(jì)數(shù)，并通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1 生產(chǎn)流程及檢測(cè)點(diǎn)分布

在微波爐噴粉生產(chǎn)線中，微波爐工件的處理流程主要有兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是微波爐工件在經(jīng)過(guò)水洗、烘干、噴粉而未進(jìn)行加熱固化。在該階段，工作人員會(huì)對(duì)經(jīng)過(guò)噴粉的微波爐工件進(jìn)行篩選，合格的工件留在線上繼續(xù)下一個(gè)階段的處理，不合格的工件則拿下來(lái)。第二個(gè)階段是微波爐工件經(jīng)過(guò)加熱固化并有一定冷卻時(shí)間后，合格的工件會(huì)換到另一條生產(chǎn)線，不合格的繼續(xù)留在線上，直至取下。

根據(jù)微波爐工件在噴粉生產(chǎn)線的工作流程，本系統(tǒng)在微波爐工件進(jìn)行水洗前設(shè)立一個(gè)入口檢測(cè)點(diǎn)，用于統(tǒng)計(jì)初始要進(jìn)行噴粉作業(yè)的工件；其次在微波爐工件經(jīng)過(guò)噴粉固化后的出口設(shè)立一個(gè)出口檢測(cè)點(diǎn)，用于統(tǒng)計(jì)經(jīng)過(guò)水洗、噴粉后合格的工件；最后設(shè)立一個(gè)下掛檢測(cè)點(diǎn)，用于統(tǒng)計(jì)經(jīng)過(guò)固化后不合格的微波爐工件。

2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

圖1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

本系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備、主控設(shè)備PLC和上位工控機(jī)三部分組成。系統(tǒng)的硬件架構(gòu)如圖1所示。

上位工控機(jī)在工程設(shè)計(jì)階段主要用于對(duì)PLC控制設(shè)備的程序設(shè)計(jì)、下載和調(diào)試，上位監(jiān)控界面的開發(fā)，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)等；在系統(tǒng)運(yùn)行階段主要用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和查詢等監(jiān)控功能。

主控設(shè)備PLC主要根據(jù)設(shè)計(jì)的程序，進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的處理，并將數(shù)據(jù)送上位機(jī)顯示和處理，能夠接收上位機(jī)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備采用韓國(guó)奧托尼克斯BEN10MTFR透射型光電傳感器獲取微波爐工件的信號(hào)，傳感器將現(xiàn)場(chǎng)的非電學(xué)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳送到PLC。光電傳感器具有檢測(cè)距離長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間短、檢測(cè)過(guò)程非接觸、安裝方便等特點(diǎn)[2]，能夠滿足系統(tǒng)檢測(cè)不同材料的微波爐工件。系統(tǒng)在每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都設(shè)置了四個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)PLC一個(gè)模擬量輸入端口。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括PLC程序設(shè)計(jì)和上位機(jī)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)兩大部分。實(shí)現(xiàn)的主要功能有：

1）具有掉電保護(hù)、參數(shù)設(shè)置功能。

2）具有自動(dòng)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器定時(shí)清零功能。

3）具有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和查詢的功能。

4）具有生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況、計(jì)數(shù)結(jié)果實(shí)時(shí)顯示功能。

5）具有一定的安全機(jī)制，可以防止系統(tǒng)的參數(shù)被隨意更改，只有操作權(quán)限的管理人員才能對(duì)某些功能進(jìn)行操作。

6）與企業(yè)的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，為管理部門提供生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.1 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC的程序設(shè)計(jì)在三菱專用的GX—Developer編程軟件環(huán)境下完成。本系統(tǒng)程序主要包括微波爐工件自動(dòng)計(jì)數(shù)模塊與計(jì)數(shù)器定時(shí)清零模塊。

3.1.1 微波爐工件自動(dòng)計(jì)數(shù)模塊

微波爐工件自動(dòng)計(jì)數(shù)模塊具有大型微波爐工件計(jì)數(shù)、小型微波爐工件計(jì)數(shù)和微波爐工件總數(shù)統(tǒng)計(jì)功能。系統(tǒng)采用停電保持用類型的數(shù)據(jù)寄存器作為計(jì)數(shù)器，可以保證PLC在掉電后計(jì)數(shù)的結(jié)果不會(huì)丟失[3]，使系統(tǒng)具有掉電保護(hù)功能。PLC對(duì)每個(gè)模擬量輸入端口都分配一個(gè)計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器都具有大小型工件分類計(jì)數(shù)與工件總數(shù)統(tǒng)計(jì)功能，可以防止當(dāng)有傳感器出現(xiàn)故障時(shí)影響其他計(jì)數(shù)器的正常工作，同時(shí)便于查找與替換出現(xiàn)故障的傳感器。

光電傳感器以檢測(cè)物體引起的遮光和反射為檢測(cè)原理，對(duì)光線傳播有影響的物體都可能會(huì)產(chǎn)生信號(hào)，在現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境下，裝載微波爐工件的掛架會(huì)產(chǎn)生干擾信號(hào)，影響計(jì)數(shù)結(jié)果?？紤]在微波爐噴粉生產(chǎn)線中，微波爐工件的移動(dòng)速度一定，而掛架相對(duì)于微波爐工件經(jīng)過(guò)傳感器的時(shí)間較短，可通過(guò)對(duì)比物體經(jīng)過(guò)傳感器的時(shí)間的長(zhǎng)短進(jìn)行抗干擾處理。采用這種方法也可以判斷出工件的大小。程序的設(shè)計(jì)流程如圖2所示，傳感器檢測(cè)到有物體經(jīng)過(guò)，PLC獲取傳感器信號(hào)，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間小于2秒時(shí)，判定該信號(hào)為干擾信號(hào)；如果物體經(jīng)過(guò)傳感器的時(shí)間大于2秒，判定該信號(hào)為微波爐工件信號(hào)，工件總數(shù)計(jì)數(shù)器加1；同時(shí)如果時(shí)間大于4秒，則判定經(jīng)過(guò)傳感器的是大型微波爐工件，相應(yīng)的計(jì)數(shù)器加1。否則小型微波爐工件計(jì)數(shù)器加1。計(jì)數(shù)結(jié)果會(huì)送上位機(jī)進(jìn)行顯示和保存。

圖2 計(jì)數(shù)程序流程圖

3.1.2 計(jì)數(shù)器定時(shí)清零模塊

三菱FX2N系列PLC提供可以掃描運(yùn)行時(shí)間的特殊數(shù)據(jù)寄存器[3]，通過(guò)掃描這些特殊數(shù)據(jù)寄存器獲取當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間與設(shè)定的清零時(shí)間進(jìn)行對(duì)比來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的計(jì)數(shù)器定時(shí)清零功能。

程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。PLC啟動(dòng)后，判斷設(shè)置的清零時(shí)間是否發(fā)生調(diào)整，如果有，就按照新設(shè)置的清零時(shí)間進(jìn)行處理，沒(méi)有則按照原先設(shè)定的清零時(shí)間進(jìn)行處理。系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行的時(shí)間與當(dāng)前設(shè)置的清零時(shí)間進(jìn)行比較，若相等，計(jì)數(shù)器清零，如果不相等則不清零。清零時(shí)間可通過(guò)上位機(jī)的人機(jī)交互界面進(jìn)行設(shè)置。

圖3 計(jì)數(shù)器定時(shí)清零流程圖

3.2 上位機(jī)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

圖4 系統(tǒng)運(yùn)行界面

上位機(jī)監(jiān)控界面采用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)了生產(chǎn)線運(yùn)行界面、計(jì)數(shù)顯示界面、清零時(shí)間設(shè)置界面、數(shù)據(jù)查詢界面等，生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)工作情況的運(yùn)行界面如圖4所示。實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線運(yùn)行情況、計(jì)數(shù)結(jié)果實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和查詢，參數(shù)修改等功能。MCGS通過(guò)串口訪問(wèn)PLC，將數(shù)據(jù)采集到軟件中，在數(shù)據(jù)處理通道經(jīng)過(guò)函數(shù)調(diào)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值，判斷處理后在人機(jī)交互界面中顯示出來(lái)[4]。系統(tǒng)每分鐘儲(chǔ)存一次計(jì)數(shù)結(jié)果。

將上位機(jī)接入企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，如圖5所示，管理部門通過(guò)IE瀏覽器，可以直接瀏覽組態(tài)的運(yùn)行界面，查看生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。重要的是可以分別統(tǒng)計(jì)水洗、噴粉環(huán)節(jié)出現(xiàn)的不合格件數(shù)和固化環(huán)節(jié)出現(xiàn)的不合格件數(shù)，方便質(zhì)量控制。通過(guò)設(shè)定一定的安全機(jī)制，防止無(wú)權(quán)限人員對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠。

圖5 出口歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)針對(duì)在微波爐噴粉生產(chǎn)線中，人工統(tǒng)計(jì)微波爐工件數(shù)量的缺陷，利用PLC在工業(yè)控制應(yīng)用中的可靠性，上位機(jī)采用MCGS設(shè)計(jì)監(jiān)控界面的實(shí)用性，便于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的靈活性，設(shè)計(jì)了基于三菱FX2N PLC的微波爐生產(chǎn)線工件自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微波爐生產(chǎn)線工件的計(jì)數(shù)的自動(dòng)化。經(jīng)過(guò)半年的實(shí)際運(yùn)行表明，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，克服了原系統(tǒng)的不足，節(jié)約了人力資源，提高了產(chǎn)品質(zhì)量控制水平，促進(jìn)了企業(yè)對(duì)生產(chǎn)線的信息化管理，具有很好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

[1] 曲興華,孫雙花,賈果欣,何瀅,丁金明,葉聲華.在線式光電自動(dòng)計(jì)數(shù)方法及應(yīng)用[J].光電工程,2004,31(3)：37-40.

[2] 朱仁盛,曲波.光電傳感器的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電,2010,(3)：101-102.

[3] 龔仲華,史建成,孫毅.三菱FX/Q系列PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社,2006：167-168.

[4] 王軍,齊樂(lè)輩,李賀軍.基于組態(tài)軟件CVI設(shè)備集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2008,16(11)：1588-1590.