宋陳娟，石 鵬

（1.長(zhǎng)安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院，陜西 西安 710064；2.長(zhǎng)安大學(xué) 信息工程學(xué)院，陜西 西安 710064）

隨著當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，F(xiàn)MS是工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的方向，也是實(shí)現(xiàn)未來(lái)工廠新的發(fā)展趨勢(shì)，它的發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。國(guó)際上已公認(rèn)FMS是一種工廠自動(dòng)化的先進(jìn)模式和現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)“哲理”。伴隨現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)化的控制網(wǎng)絡(luò)將一步步得到拓展：FMS是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其軟件的支持下，在制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，將以往企業(yè)中彼此互相獨(dú)立的工程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造等過(guò)程組成一個(gè)覆蓋整個(gè)企業(yè)的完整而有機(jī)的系統(tǒng)，可以突破時(shí)間和空間對(duì)控制系統(tǒng)的限制。

1 柔性制造系統(tǒng)的組成及規(guī)模

柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System）簡(jiǎn)稱FMS，是CIMS系統(tǒng)的子系統(tǒng)，作為先進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化及制造的組成部分，是典型的制造自動(dòng)化系統(tǒng)。FMS一般由多個(gè)柔性制造單元組合而成，并能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)它是由多個(gè)模塊組合而成，適用于多品種中小批量生產(chǎn)[1]。FMS有兩個(gè)主要的特點(diǎn)：一是自動(dòng)化，二是柔性。柔性可以表述為兩方面：一方面是系統(tǒng)對(duì)自身變化有很好的適應(yīng)能力，通過(guò)系統(tǒng)生產(chǎn)率與無(wú)干擾條件下系統(tǒng)生產(chǎn)率期望值之比進(jìn)行衡量，同樣可用在有干擾有故障的狀況下；另一方面是系統(tǒng)對(duì)周圍環(huán)境變化有很好的適應(yīng)能力，其衡量的標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)系統(tǒng)滿足新產(chǎn)品要求的程度。

FMS包含3個(gè)基本部分：加工系統(tǒng)、運(yùn)儲(chǔ)及管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。這套系統(tǒng)包括2臺(tái)計(jì)算機(jī)，1個(gè)上料檢測(cè)站，1個(gè)加工站，1個(gè)安裝站，1個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)站和4個(gè)操作手站，除了上料檢測(cè)站配備了一臺(tái)主控PLC——S7-300作為主站控制器，其他各站均使用S7-200 PLC作為從站控制器，其控制方案如圖1所示。

圖1 柔性制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng)框架Fig.1 FMS control system framework

由一臺(tái)上位PC機(jī)和一臺(tái)下位PLC控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)柔性制造系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，通過(guò)一對(duì)一的方式將系統(tǒng)中各設(shè)備的控制信號(hào)全部連接到PLC中，作為系統(tǒng)人機(jī)界面的上位PC機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并通過(guò)PC機(jī)的RS232串口實(shí)現(xiàn)對(duì)各工作站程序的雙向傳輸[2]。在這種方案中，包含了兩種重要的通信方式。一是PC通過(guò)PROFIBUS-DP總線，作為上位的計(jì)算機(jī)上和S7-300實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)各個(gè)基站設(shè)備的協(xié)調(diào)控制，PC也作為友好的人機(jī)界面組態(tài)王實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。二是PC機(jī)還作為服務(wù)器與上層的以太網(wǎng)連接，從而使得局域網(wǎng)中的任何PC機(jī)可以在WEB瀏覽器里察看系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)情況和各種數(shù)據(jù)流，同時(shí)還能完成遠(yuǎn)程控制的網(wǎng)絡(luò)[3]，如圖2所示。

圖2 基于以太網(wǎng)的柔性制造系統(tǒng)Fig.2 FMS based on ethernet

2 遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)

此套FMS系統(tǒng)中機(jī)械操作單元的控制主要由西門子S7系列的PLC完成，上位機(jī)監(jiān)控由人機(jī)界面組態(tài)王進(jìn)行。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制可以從PLC和組態(tài)軟件等方面進(jìn)行考慮。遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)包括以下幾個(gè)方面。

2.1 利用PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程控制

利用PLC專用的網(wǎng)絡(luò)通訊處理器CP243-1/CP243-1 IT可以將現(xiàn)場(chǎng)的PLC接到網(wǎng)絡(luò)中。CP243-1 IT可以獨(dú)立地處理經(jīng)過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量，其通訊基于 TCP/IP協(xié)議，最多可以組態(tài)8個(gè)連接。對(duì)于連接控制，可以為主動(dòng)和被動(dòng)伙伴的所有的TCP/IP傳輸連接進(jìn)行組態(tài)。 使用CP243-1 IT，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn) S7-200和其他 S7-200或 S7-300或 S7-400 PLC之間的通訊。 通過(guò)使用PC軟件的 S7 OPC server，可集成在 PC應(yīng)用程序中。CP 243-1 IT允許 S7-200編程軟件 STEP 7-Micro/WIN通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)訪問(wèn) S7-200。CP243-1 IT所具有的IT功能為遠(yuǎn)程控制提供了很大的便利：

1）Web服務(wù)器：用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器可下載和瀏覽HTML頁(yè)面。

2）Web頁(yè)面：用于監(jiān)視 S7-200控制器：標(biāo)準(zhǔn)頁(yè)面可用于系統(tǒng)診斷，并提供有一個(gè)簡(jiǎn)單的變量編輯器。其它客戶化頁(yè)面可使用任何HTML工具創(chuàng)建。

3）E-mail：報(bào)文可從應(yīng)用程序通過(guò)預(yù)定義的 E-mail發(fā)送。變量可集成到文本中。

4）FTP通訊：CPU可將數(shù)據(jù)塊作為文件發(fā)送到其它 PC，或讀取或刪除其他PC的文件（客戶機(jī)功能）。對(duì)于大多數(shù)操作系統(tǒng)平臺(tái)，都可通過(guò)FTP進(jìn)行通訊。

在局域網(wǎng)中將S7-224 PLC與CP243-1 IT相接，PLC與操作單元相連，PLC與主服務(wù)器通過(guò)PPI電纜連接；CP243-1IT、主服務(wù)器和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)接局域網(wǎng)。系統(tǒng)構(gòu)建好以后就可以對(duì)CP243-1 IT模塊進(jìn)行組態(tài)在STEP7-Micro/WIN32，PPI電纜通訊的英特網(wǎng)向?qū)е薪oIT通訊模塊配置一個(gè)IP地址，局域網(wǎng)內(nèi)的任何一臺(tái)電腦，都可以通過(guò)這個(gè)IP地址，利用STEP7-Micro/WIN32軟件編寫程序，并監(jiān)控程序的運(yùn)行狀況.與此同時(shí)還可以在主服務(wù)器上聯(lián)有攝像頭，這樣構(gòu)成了一個(gè)完整的局域網(wǎng)遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)[4]。

在局域網(wǎng)遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)上，利用CP243-1 IT通訊模塊本身具有HTTP和FTP服務(wù)器功能對(duì)P243-1IT進(jìn)行IP地址組態(tài)[5]，就可以通過(guò)WEB網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)與之連接的PLC的動(dòng)作程序，通過(guò)運(yùn)行這些程序來(lái)控制機(jī)械手的動(dòng)作，從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的目的。

2.2 利用組態(tài)軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控

將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的上位PC機(jī)作為服務(wù)器，組態(tài)王軟件從C/S模式轉(zhuǎn)化成B/S模式，通過(guò)WEB瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制[6]。組態(tài)王6.53能提供非常友好的人機(jī)界面來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并和管理層集成在一起，它不僅提供了大量的工程圖庫(kù)來(lái)動(dòng)態(tài)地顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)，同時(shí)還允許開(kāi)發(fā)圖形界面用于監(jiān)視過(guò)程數(shù)據(jù)和當(dāng)前的應(yīng)用并具備綜合安全性。組態(tài)王可以最優(yōu)地集成到用戶的自動(dòng)化和IT解決方案中：作為全集成自動(dòng)化的一部分，組態(tài)王可以與SIMATIC產(chǎn)品的自動(dòng)化系統(tǒng)和其它廠商的自動(dòng)化系統(tǒng)都能協(xié)調(diào)工作。組態(tài)王能通過(guò)準(zhǔn)化的接口與其它IT解決方案進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為滿足過(guò)程的需要，可以優(yōu)化定制組態(tài)王。支持大范圍的組態(tài)可能性，可以從單用戶系統(tǒng)和客戶機(jī)-服務(wù)器系統(tǒng)到具有多臺(tái)服務(wù)器的冗余分布式系統(tǒng)。用戶在控制過(guò)程以及過(guò)程數(shù)據(jù)的時(shí)候，是通過(guò)開(kāi)放的組態(tài)王編程接口連接自己的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的[7]。即使組態(tài)完成后也可隨時(shí)修改組態(tài)王的組態(tài)。

在此FMS系統(tǒng)中，我們首先設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的登錄界面，如圖3所示，這個(gè)登錄界面可以通過(guò)不同用戶名和密碼來(lái)區(qū)分操作者的權(quán)限，從而使不同操作者具有不同的權(quán)限，同時(shí)也避免了沒(méi)有權(quán)限的人進(jìn)入操作系統(tǒng)。圖中用左側(cè)橢圓標(biāo)注的器件是無(wú)線電發(fā)射塔，用于AGV小車與上位機(jī)的通訊。

系統(tǒng)登錄成功后會(huì)進(jìn)入我們實(shí)現(xiàn)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要繪制好的柔性控制系統(tǒng)的監(jiān)控畫面，如圖4所示。

圖3 組態(tài)王登陸畫面Fig.3 Configuration king landing screen

圖4 控制畫面Fig.4 Control screen

在系統(tǒng)監(jiān)控和AGV調(diào)度畫面中分別設(shè)置好參數(shù)就可以遠(yuǎn)程進(jìn)行系統(tǒng)的操作與監(jiān)控?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的情況將會(huì)實(shí)時(shí)的顯示在控制畫面中，通過(guò)畫面可以很好得獲知相應(yīng)信息，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，解決了由于時(shí)間與地點(diǎn)的限制對(duì)系統(tǒng)利用率所造成的局限性問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

從PLC方面研究，通過(guò)CP243-1IT實(shí)現(xiàn)小型柔性系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制是可行的；從人機(jī)界面組態(tài)王方面研究，通過(guò)虛擬控制畫面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)小型柔性系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制；系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制是基于WEB瀏覽器上，所以基于WEB的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有待深入研究。

最后，通過(guò)對(duì)小型柔性系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制進(jìn)行的研究，將會(huì)對(duì)遠(yuǎn)程控制技術(shù)在科學(xué)研究、工業(yè)應(yīng)用、遠(yuǎn)程教育等方面的研究與應(yīng)用起到積極的促進(jìn)作用。將該技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，將使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制突破時(shí)間與地點(diǎn)的限制，隨時(shí)隨地可進(jìn)行操作與運(yùn)行的監(jiān)控，使工業(yè)資源達(dá)到優(yōu)化配置；將該技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，搭建遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，是學(xué)生們可以最佳利用教學(xué)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)研究。

[1]張培忠.柔性制造系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出社，1996.

[2]譚益智.柔性制造系統(tǒng)[M].北京：兵器工業(yè)出版，1995.

[3]周純杰.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)的研究及應(yīng)用[D].武漢：華中科技大學(xué)，2001.

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[5]王廷堯.以太網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[6]Karli W，Burton H，Simon R.C#程序設(shè)計(jì)教程 [M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[7]梅曉東，顏燁青.Visual C#網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)與實(shí)踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.