王明武 陳曼龍 楊明亮

(陜西理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，陜西 漢中 723003)

0 引言

涂裝生產(chǎn)線是完成對(duì)工件表面噴涂保護(hù)層或裝飾層的工業(yè)涂裝成套設(shè)備。我國(guó)的涂裝生產(chǎn)線在生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，其技術(shù)水平和自動(dòng)化程度雖有很大的提高，但也存在較多問(wèn)題，需要不斷改進(jìn)和完善[1]。由于涂裝系統(tǒng)工藝復(fù)雜、設(shè)備繁多且分散，易造成調(diào)度與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)脫節(jié)，如不能及時(shí)有效地監(jiān)督和控制生產(chǎn)運(yùn)行的情況，將會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行。為實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合自動(dòng)化，需對(duì)其實(shí)施針對(duì)柴油機(jī)涂裝生產(chǎn)的先進(jìn)控制工程，以提高企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)率。

1 涂裝系統(tǒng)

本文針對(duì)柴油機(jī)涂裝車(chē)間的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出了基于MCGS組態(tài)軟件的涂裝監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1 工藝流程

輸送線采用懸掛式輸送機(jī)，完成柴油機(jī)的自動(dòng)化輸送、分檢和傳遞。輸送線上的每輛載荷小車(chē)均安裝有載碼體，能始終隨柴油機(jī)運(yùn)行。柴油機(jī)車(chē)身上粘貼有代表該柴油機(jī)特征信息的唯一性編碼——條碼。首先，柴油機(jī)從上件工位處上線，條碼/載碼設(shè)備掃取條碼信息并寫(xiě)入載碼體，當(dāng)讀寫(xiě)操作完成且放行條件滿(mǎn)足時(shí)，停止器打開(kāi)，進(jìn)行放行;然后，柴油機(jī)依次流經(jīng)包扎屏蔽、脫脂、熱水、吹水、水烘、強(qiáng)冷、噴漆、流平、漆烘、漆冷工位進(jìn)行相應(yīng)的工藝處理[2]。隨著吊具的移動(dòng)，載碼體由此變成了柴油機(jī)隨身攜帶數(shù)據(jù)信息的“智能工件”[3]。最后，涂裝完畢的柴油機(jī)在下件工位下線。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

涂裝系統(tǒng)的控制設(shè)備較多，包括停止器、氣缸、油泵、電磁閥、變頻器、電機(jī)、顯示屏以及射頻識(shí)別設(shè)備等，且分布較分散。為保障監(jiān)控信息和交換信息準(zhǔn)確的傳遞，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，涂裝控制系統(tǒng)使用Profibus總線連接器把涂裝中央控制器、輸送線中央控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)這3個(gè)主站，以及分散于涂裝車(chē)間的各個(gè)從站連接成了一個(gè)有機(jī)聯(lián)系的總線網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)主要工位還設(shè)置有控制按鈕站，依據(jù)不同工位的工序要求進(jìn)行功能上的細(xì)分，從而實(shí)現(xiàn)了集中控制和分散操作的控制方式。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the systematic network

1.2.1 上層信息管理網(wǎng)絡(luò)

涂裝工藝系統(tǒng)和輸送線系統(tǒng)均采用西門(mén)子CPU315-2DP PLC作為主站完成相應(yīng)的工藝控制，它們和中央控制室的上位機(jī)一起構(gòu)成了上層信息管理系統(tǒng)。上位機(jī)采用昆侖通態(tài)MCGS6.2組態(tài)軟件，開(kāi)發(fā)了圖文并茂的監(jiān)控界面，通過(guò)上位機(jī)即可實(shí)時(shí)監(jiān)控涂裝系統(tǒng)和輸送線系統(tǒng)的生產(chǎn)狀況，完成柴油機(jī)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的管理。

1.2.2 底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)

底層網(wǎng)絡(luò)包括西門(mén)子顯示屏MP277、條碼通信模塊CBOX-300、載碼體通信模塊IC-KP-V15B以及DP/DP耦合器，載碼體通信模塊可以連接4個(gè)讀寫(xiě)頭。輸送線系統(tǒng)與條碼通信模塊、載碼體通信模塊通過(guò)程序配合實(shí)現(xiàn)車(chē)身信息的識(shí)別跟蹤，并通過(guò)DP/DP耦合器與機(jī)器人噴漆系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，從而完成柴油機(jī)噴漆連鎖控制。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)(monitoring and control generated system，MCGS)是用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。MCGS通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)警處理、流程控制及報(bào)表輸出等多種方式向用戶(hù)提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用[4]。

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)要求

監(jiān)控系統(tǒng)的具體要求主要包括以下幾個(gè)方面。

①控制輸送鏈系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行;

②檢測(cè)輸送鏈系統(tǒng)和涂裝系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù);

③利用上位機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控輸送鏈系統(tǒng)和涂裝系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，能夠同步顯示相應(yīng)的故障報(bào)警信息;

④動(dòng)態(tài)采集各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，能夠顯示相應(yīng)工位柴油機(jī)的條碼信息，在道岔工位能夠分離出條碼訂貨號(hào)信息，從而判斷出柴油機(jī)的流向，并把柴油機(jī)的顏色信息和軌跡信息反饋給機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行噴漆;

⑤將運(yùn)行數(shù)據(jù)形成通用的數(shù)據(jù)庫(kù)，可對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，為本地?cái)?shù)據(jù)通過(guò)企業(yè)局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享奠定基礎(chǔ);

⑥系統(tǒng)在正常狀態(tài)下運(yùn)行于“自動(dòng)狀態(tài)”，特殊情況下可從自動(dòng)或手動(dòng)狀態(tài)進(jìn)入“應(yīng)急狀態(tài)”，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

2.2 組態(tài)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)包含 PLC控制程序設(shè)計(jì)和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩方面。全線31個(gè)工位的控制原理相同，根據(jù)工位的控制特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了FB1工位功能塊和FB2定時(shí)功能塊。各個(gè)工位只需調(diào)用功能塊即可完成相應(yīng)的控制，因而大大減少了程序編輯量，且程序的移植性與重用性較好。監(jiān)控程序設(shè)計(jì)選用 MCGS6.2版本組態(tài)軟件。MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由設(shè)備窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶(hù)窗口、主控窗口和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成。每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性[5]。組態(tài)程序設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 組態(tài)程序設(shè)計(jì)流程Fig.2 Flowchart of the configuration program design

監(jiān)控系統(tǒng)利用上位機(jī)中安裝的CP5611網(wǎng)卡和SOFT NET軟件，實(shí)現(xiàn)了涂裝主控制器、輸送線主控制器和上位機(jī)之間的Profibus總線通信，從而互相進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。組態(tài)設(shè)備的步驟是先進(jìn)入“設(shè)備窗口頁(yè)”，打開(kāi)設(shè)備工具箱，添加一個(gè)Profibus-S7父設(shè)備，在父設(shè)備下再添加Profibus-S7子設(shè)備[6]。子設(shè)備的部分參數(shù)設(shè)置要與COM S7中的配置參數(shù)一致。

系統(tǒng)使用的變量總計(jì)587個(gè)，其中包括285個(gè)開(kāi)關(guān)量、214個(gè)數(shù)值量、86個(gè)字符量以及2個(gè)組對(duì)象。監(jiān)控系統(tǒng)共設(shè)計(jì)有封面、生產(chǎn)流程圖、生產(chǎn)布局圖、閥門(mén)強(qiáng)制操作、信號(hào)屏蔽操作、小車(chē)初始設(shè)定、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、涂裝工藝顯示、輸送控制系統(tǒng)報(bào)警及涂裝控制系統(tǒng)報(bào)警等10余個(gè)用戶(hù)窗口。

循環(huán)策略是利用策略工具箱中的腳本程序構(gòu)件。它以類(lèi)似C語(yǔ)言的命令語(yǔ)言編寫(xiě)系統(tǒng)的控制算法、控制流程和操作處理程序，并設(shè)置策略行的條件屬性[7]。監(jiān)控系統(tǒng)使用了啟動(dòng)策略、退出策略和循環(huán)策略，并在循環(huán)策略下面調(diào)用了9個(gè)用戶(hù)策略腳本，以完成特定的程序運(yùn)行控制和算法處理。

3 監(jiān)控系統(tǒng)功能

3.1 監(jiān)控和顯示

系統(tǒng)以圖文并茂的人機(jī)界面形式顯示了涂裝工藝系統(tǒng)和輸送線控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和各種生產(chǎn)信息，把所需要的狀態(tài)數(shù)據(jù)、執(zhí)行數(shù)據(jù)及其他相關(guān)控制系統(tǒng)的參數(shù)在工控機(jī)上一一顯示。

3.2 控制操作

中央控制室對(duì)全系統(tǒng)被控設(shè)備進(jìn)行在線實(shí)時(shí)控制，如啟停某一設(shè)備、PLC控制方式的切換以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC參數(shù)設(shè)定值的修改等，并依據(jù)控制對(duì)象重要性進(jìn)行不同等級(jí)的密碼保護(hù)。在初始值設(shè)定界面中，操作人員能夠人為地對(duì)各個(gè)工位小車(chē)初始值、輸送線上小車(chē)總數(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)、生產(chǎn)線節(jié)拍時(shí)間等進(jìn)行逐一設(shè)定，并參與控制、調(diào)整有關(guān)生產(chǎn)和工藝參數(shù)的操作內(nèi)容，使得柴油機(jī)涂裝生產(chǎn)始終處于正常狀態(tài)。

3.3 報(bào)警功能

監(jiān)控系統(tǒng)定義了輸送鏈系統(tǒng)報(bào)警組和涂裝系統(tǒng)報(bào)警組兩個(gè)報(bào)警組，具有完善的報(bào)警功能。輸送鏈系統(tǒng)報(bào)警主要包括電源故障、變頻器接觸器故障、張緊驅(qū)動(dòng)裝置故障、空氣壓力故障、積放數(shù)設(shè)置故障、舌板故障、傳感器故障和急停故障等信息。涂裝系統(tǒng)報(bào)警主要包括各種風(fēng)幕故障、排風(fēng)機(jī)故障、送風(fēng)機(jī)故障、泵故障、超溫故障和設(shè)備故障等信息，通過(guò)上位機(jī)即可迅速地得到相關(guān)信息，從而幫助用戶(hù)迅速地排除故障，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維修性。所有的報(bào)警信息均被記錄在報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于以后事故分析使用。

3.4 信息管理

信息管理主要包括兩個(gè)方面，一是能夠從PLC中把柴油機(jī)條碼信息讀出并在上位機(jī)上顯示，便于操作人員進(jìn)行車(chē)身跟蹤信息管理;二是道岔工位處能夠分離出柴油機(jī)的訂貨號(hào)信息，從而控制柴油機(jī)的流向，決定該部柴油機(jī)流向直道還是彎道。如果柴油機(jī)流向直道，需要通過(guò)DP/DP耦合器把顏色信息、軌跡信息反饋給機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行噴漆。

整機(jī)條碼包含了整機(jī)出廠編號(hào)和產(chǎn)品定貨號(hào)信息，例如條碼為_(kāi)1409K015210DHP12K0032*01，其中_1409K015210為出廠編號(hào)(長(zhǎng)度固定為12位)，DHP12為產(chǎn)品型號(hào)，DHP12K0032*01為產(chǎn)品訂貨號(hào)。因?yàn)椴裼蜋C(jī)型號(hào)眾多，產(chǎn)品訂貨號(hào)長(zhǎng)度不一，所以通過(guò)判斷*的固定位置就能夠準(zhǔn)確地分離出柴油機(jī)的訂貨號(hào)，即訂貨號(hào)截取的范圍為條碼第13位——“*”位置的后兩位。下面給出部分腳本程序，以供參考。

道岔處分離出訂貨號(hào)信息后，訂貨號(hào)信息將在條碼數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行查詢(xún)。數(shù)據(jù)庫(kù)是基于VB高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的。如果該訂貨號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)任何一條記錄相符，執(zhí)行下列腳本，

此時(shí)，存盤(pán)數(shù)據(jù)瀏覽構(gòu)件刷新，從而返回相應(yīng)的顏色信息與軌跡信息兩個(gè)字段數(shù)值，并分別存放在輸送線系統(tǒng)PLC的QW10和QW12(對(duì)應(yīng)于機(jī)器人系統(tǒng)PLC相應(yīng)的輸入緩沖區(qū)單元)中。通過(guò)PLC程序控制和DP/DP耦合器傳送給機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行噴漆聯(lián)鎖控制。

3.5 信息化集成

中央控制室的上位機(jī)通過(guò)工廠局域網(wǎng)和采用OPC(OLE for process control)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息化集成。MCGS運(yùn)行時(shí)，其本身就是OPC SERVER。這樣，上位機(jī)一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)間的生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，另一方面用作工廠管理網(wǎng)絡(luò)和輸送線系統(tǒng)的信息交換站。系統(tǒng)不僅能夠向工廠管理網(wǎng)絡(luò)傳送柴油機(jī)在相應(yīng)工位處的條碼、生產(chǎn)線的產(chǎn)量和運(yùn)行狀態(tài)等信息，而且還可以讀取工廠管理網(wǎng)絡(luò)下達(dá)到車(chē)間生產(chǎn)線的工作任務(wù)和要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目利用研華工控機(jī)和MCGS組態(tài)軟件，開(kāi)發(fā)了柴油機(jī)涂裝監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)不僅完成了涂裝工藝過(guò)程和輸送線的實(shí)時(shí)監(jiān)控、輸送線與機(jī)器人的信息交換等功能，而且集成到了工廠管理網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部的監(jiān)控系統(tǒng)與管理系統(tǒng)相結(jié)合的信息化。

經(jīng)過(guò)一年的生產(chǎn)實(shí)踐表明，該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、可靠性高等特點(diǎn)，能夠及時(shí)了解各生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備故障，從而保證涂裝車(chē)間能夠連續(xù)、可靠、正常地進(jìn)行自動(dòng)化大批量生產(chǎn)，使企業(yè)收到了良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

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