王增才 徐安軍 劉 路

(斯凱孚(濟(jì)南)軸承與精密技術(shù)產(chǎn)品有限公司，山東 濟(jì)南 250104)

基于西門子840D SL的超前響應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)生產(chǎn)系統(tǒng)

王增才 徐安軍 劉 路

(斯凱孚(濟(jì)南)軸承與精密技術(shù)產(chǎn)品有限公司，山東 濟(jì)南 250104)

系統(tǒng)系基于西門子840D SL數(shù)控系統(tǒng)所提供支持的數(shù)控動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換機(jī)制(NC DDE)所開(kāi)發(fā)，應(yīng)用于軸承生產(chǎn)線從前端磨削到后期裝配的整條生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)開(kāi)機(jī)后臺(tái)運(yùn)行，實(shí)時(shí)采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并與遠(yuǎn)程云端設(shè)定的工單進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，在產(chǎn)品數(shù)量達(dá)到既定數(shù)量之后，自動(dòng)控制機(jī)床停止運(yùn)行，經(jīng)確認(rèn)之后，自動(dòng)開(kāi)啟運(yùn)行下一工單計(jì)劃，解決了由于軸承滾子公差范圍批量差異過(guò)大的裝配問(wèn)題;同時(shí)，系統(tǒng)集成數(shù)理統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析生產(chǎn)裝配區(qū)域裝配公差范圍，并自動(dòng)控制機(jī)床，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)磨削參數(shù)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化和智能化，較大幅度提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換；自動(dòng)補(bǔ)償；遠(yuǎn)程監(jiān)控；超前響應(yīng)；滯后響應(yīng)

斯凱孚作為全球最大的軸承制造商之一，于2011年在濟(jì)南建立斯凱孚(濟(jì)南)軸承與精密技術(shù)產(chǎn)品有限公司，濟(jì)南工廠作為斯凱孚集團(tuán)汽車業(yè)務(wù)單元的重要組成部分，2012年投產(chǎn)以來(lái),主要為中國(guó)和亞洲的汽車配件市場(chǎng)和工業(yè)市場(chǎng)服務(wù)，目前主要生產(chǎn)圓錐滾子軸承TRB和雙列圓柱滾子軸承(THU)兩大類。對(duì)于圓錐輥?zhàn)虞S承外觀如圖1所示，圓錐滾子軸承拆分結(jié)構(gòu)如圖2所示。

以產(chǎn)品高質(zhì)量而聞名的的斯凱孚軸承，在生產(chǎn)制造過(guò)程中，一直以高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行生產(chǎn)控制，但在初期，因?yàn)樯a(chǎn)線過(guò)長(zhǎng)、員工響應(yīng)時(shí)間滯后等因素，難免會(huì)出現(xiàn)整條產(chǎn)品裝配合格率偏低的問(wèn)題，基于此背景，筆者對(duì)以西門子840D為數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的改造，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的情況開(kāi)發(fā)了本系統(tǒng)，解決了相關(guān)問(wèn)題帶來(lái)的反應(yīng)滯后，提高了產(chǎn)品合格率，增加的生產(chǎn)效益十分可觀。

1 項(xiàng)目(系統(tǒng))問(wèn)題分析

1.1 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介

軸承的基本加工流程見(jiàn)圖3：軸承內(nèi)圈和外圈按照生產(chǎn)線布局，自動(dòng)在對(duì)應(yīng)磨削工位進(jìn)行磨削流程，分別經(jīng)過(guò)外圓磨削、端面磨削、滾道磨削、內(nèi)孔磨削、擋邊磨削之后進(jìn)入檢測(cè)裝配區(qū)域，進(jìn)行檢測(cè)和裝配組合。

1.2 生產(chǎn)線設(shè)備簡(jiǎn)介

公司于2012年開(kāi)始，先后引進(jìn)國(guó)外精密磨削加工設(shè)備和國(guó)內(nèi)軸承檢測(cè)及裝配設(shè)備。

磨削設(shè)備全部采用西門子840D SL控制系統(tǒng)，并采用汽車行業(yè)的動(dòng)力總成標(biāo)準(zhǔn)，其中數(shù)控系統(tǒng)主要配置主如下：NCU 710.2、PCU50.3 (裝載HMI Advanced，基于Windows XP，雙網(wǎng)卡)、MPP483 IE操作面板以及伺服驅(qū)動(dòng)控制器與伺服電機(jī)等。設(shè)備從電氣控制和機(jī)械精度上滿足自動(dòng)化的要求，主要實(shí)現(xiàn)軸承內(nèi)、外圈毛坯件的精密磨削加工：外圓磨削、滾道磨削、內(nèi)孔磨削等工藝流程。

裝配設(shè)備主要采用西門子S7-200 PLC作為控制器，配置相應(yīng)的機(jī)械、電氣以及氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，主要實(shí)現(xiàn)軸承內(nèi)圈、滾子、保持架以及軸承外圈的清洗、檢測(cè)、裝配、鉚壓、注脂等后期工序。

1.3 問(wèn)題描述

在生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)線前端的磨削過(guò)程偏差、滾子的公差、內(nèi)組件高度、外圈高度等會(huì)直接影響最終的裝配合格率。故當(dāng)前存在以下問(wèn)題：

問(wèn)題1：滾子批次公差不同。不同批次的滾子，滾子公差差異存在，按照理論應(yīng)該同批次數(shù)量的滾子，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的軸承，比如 BTH-0801型號(hào)軸承 20個(gè)滾子，批量滾子為T，故理論產(chǎn)生軸承數(shù)量為N=T/20，即內(nèi)外圈，分別需要理論生產(chǎn)N個(gè)。但是實(shí)際過(guò)程中由于生產(chǎn)線過(guò)長(zhǎng)，在傳送帶上滯留的和由于報(bào)廢、返工等產(chǎn)生的數(shù)量無(wú)法有效地準(zhǔn)確衡量，因而造成較大的偏差，對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。

問(wèn)題2：磨削補(bǔ)償響應(yīng)延遲。由于磨削穩(wěn)定性、滾子公差等影響，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的偏差趨勢(shì)，如過(guò)程偏差偏大或者偏小，相應(yīng)的內(nèi)外圈磨削滾道磨削工序需要進(jìn)行手動(dòng)補(bǔ)償控制，以提高裝配合格率，但是由于生產(chǎn)線操作人員反應(yīng)延遲、測(cè)量檢測(cè)反饋不及時(shí)等，補(bǔ)償生效時(shí)間往往處于滯后狀態(tài)。造成裝配合格率偏低。

1.4 項(xiàng)目需求描述及規(guī)劃

針對(duì)以上問(wèn)題，經(jīng)過(guò)跨部門小組綜合整體分析決議，提出以下改進(jìn)方案，項(xiàng)目方案由兩部分構(gòu)成：

(1)匹配滾子批次工單。針對(duì)不同批次的滾子可以設(shè)定軸承生產(chǎn)工單，根據(jù)產(chǎn)出自動(dòng)控制機(jī)床，該過(guò)程中需要實(shí)時(shí)自動(dòng)或者手動(dòng)獲取裝配區(qū)報(bào)廢、返工等信息，并實(shí)時(shí)更新工單狀態(tài)至磨削機(jī)床，當(dāng)工單數(shù)量達(dá)到后，自動(dòng)停機(jī)，并提示更換下一批次滾子，經(jīng)過(guò)確認(rèn)后，自動(dòng)開(kāi)始下一工單。

(2)機(jī)床自適應(yīng)磨削補(bǔ)償。針對(duì)裝配區(qū)所測(cè)得裝配數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸至磨削區(qū)域，同時(shí)，機(jī)床可以根據(jù)裝配檢測(cè)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)或者實(shí)際情況，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整磨削補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)超差補(bǔ)償響應(yīng)。

2 項(xiàng)目方案系統(tǒng)構(gòu)成

由以上分析可知，根據(jù)項(xiàng)目需求，系統(tǒng)需要對(duì)機(jī)床實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，同時(shí)對(duì)裝配設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程讀取，并上傳至服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)存取。磨削機(jī)床端需要實(shí)時(shí)根據(jù)機(jī)床內(nèi)部硬件狀態(tài)，判斷加工過(guò)程，并遠(yuǎn)程讀寫(xiě)服務(wù)器端數(shù)據(jù)，更新工單狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計(jì)思路，整體項(xiàng)目組成結(jié)構(gòu)如下：

系統(tǒng)功能整體結(jié)構(gòu) 如圖4所示，是由機(jī)床、遠(yuǎn)程服務(wù)器、工廠網(wǎng)絡(luò)、SPC系統(tǒng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。工作流程如下：遠(yuǎn)程設(shè)定工單，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于服務(wù)器端；機(jī)床運(yùn)行時(shí)，讀取工單，根據(jù)工單狀態(tài)進(jìn)行加工數(shù)量控制，達(dá)到設(shè)定預(yù)警數(shù)量后進(jìn)行機(jī)床預(yù)定義報(bào)警，對(duì)機(jī)床進(jìn)行人為反饋后，機(jī)床完成工單數(shù)量，自動(dòng)停止加工；同時(shí)裝配區(qū)域設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)SPC軟件上傳至服務(wù)器，自動(dòng)實(shí)時(shí)傳輸當(dāng)前生產(chǎn)偏差數(shù)據(jù)，機(jī)床客戶端根據(jù)裝配區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)趨勢(shì)，自動(dòng)超前調(diào)整磨削補(bǔ)償數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)磨削的超前響應(yīng)控制。

3 項(xiàng)目系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

3.1 基于不同批次滾子設(shè)定工單的系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

該模塊功能主要實(shí)現(xiàn)工單設(shè)定、基于云端服務(wù)器存儲(chǔ)、機(jī)床實(shí)時(shí)讀取與反饋控制3個(gè)主要部分，如圖5所示。

對(duì)于工單設(shè)定以及遠(yuǎn)程管理及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分，采用C#編程的軟件客戶端如圖6所示，具有型號(hào)預(yù)置下拉選擇、數(shù)據(jù)輸入、自動(dòng)計(jì)算與存儲(chǔ)的功能。理論生產(chǎn)數(shù)量計(jì)算公式如下：

Tn(理論生產(chǎn)數(shù)量)=

同時(shí)可以自定義設(shè)定預(yù)報(bào)警數(shù)量，軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算相應(yīng)的結(jié)果，點(diǎn)擊提交后會(huì)提交至系統(tǒng)，存儲(chǔ)于云端服務(wù)器。創(chuàng)建和存儲(chǔ)后的工單計(jì)劃管理列表界面如圖7所示。

本項(xiàng)目系統(tǒng)中，在遠(yuǎn)程服務(wù)器端架設(shè)開(kāi)源的Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)作為云端數(shù)據(jù)服務(wù)，機(jī)床客戶端軟件會(huì)遠(yuǎn)程對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀寫(xiě)控制。

其中難點(diǎn)為數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)與840DSL系統(tǒng)機(jī)床的連接交互控制。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(dynamicdataexchange，DDE)是微軟公司提出的一種數(shù)據(jù)通訊形式，即動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換機(jī)制，它使用共享的內(nèi)存在應(yīng)用程序之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。DDE不同于剪切板方法，它能 夠及時(shí)更新數(shù)據(jù)，在兩個(gè)應(yīng)用程序之間自動(dòng)更新信息，無(wú)須用戶參與。使用DDE通訊需要兩個(gè)Windows應(yīng)用程序(該應(yīng)用基于VB或者VC++編寫(xiě))，其中一個(gè)作為服務(wù)器處理信息，另外一個(gè)作為客戶機(jī)從服務(wù)器獲得信息?？蛻魴C(jī)應(yīng)用程序向當(dāng)前所激活的服務(wù)器應(yīng)用程序發(fā)送一條消息請(qǐng)求信息，服務(wù)器應(yīng)用程序根據(jù)該信息作出應(yīng)答，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)程序之間的數(shù)據(jù)交換。

西門子具有高度的靈活性和開(kāi)放性，在工業(yè)控制市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，其產(chǎn)品大多基于Windows系統(tǒng)框架。本項(xiàng)目正是基于以上特點(diǎn)而高效展開(kāi)。

在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)中所采用的數(shù)控設(shè)備客戶機(jī)為PCU50.3，基于WindowsXP系統(tǒng)，安裝有HMIAdvanced，由于該HMIAdvanced本質(zhì)上是采用VB(visualbasic) 作為基礎(chǔ)語(yǔ)言編寫(xiě)開(kāi)發(fā)的操作界面應(yīng)用，故從核心原理上支持微軟標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換機(jī)制(DDE)，同時(shí)，如圖8所示，西門子專門為用戶開(kāi)發(fā)者開(kāi)放了相關(guān)DDE的API接口，提供了較為專業(yè) 的數(shù)據(jù)傳輸與系統(tǒng)控制途徑方案。(最新版的SINUMERIKOperator采用.net編程架構(gòu)，故無(wú)法使用該技術(shù),但可以采用西門子的OperatorProgrammingPackage編程擴(kuò)展包方案，進(jìn)而支持更為高效的.net應(yīng)用框架接口，筆者在此不進(jìn)行詳細(xì)描述)。

故本質(zhì)上，所編寫(xiě)的客戶端應(yīng)用實(shí)際上并不直接與PLC和NC通訊，而是，通過(guò)DDE技術(shù)，將HMIAdvanced作為應(yīng)用服務(wù)器(NCDDE)，與之交互通訊，進(jìn)

而與NC和PLC通訊。傳統(tǒng)的界面二次開(kāi)發(fā)擴(kuò)展也是基于該原理所進(jìn)行。

機(jī)床客戶端應(yīng)用部分程序如下：

/* 讀取云端服務(wù)器Mysql數(shù)據(jù)，并判斷當(dāng)前工單所處狀態(tài)：*/

With Conn

If .State = adStateOpen Then .Close

.ConnectionString = " DRIVER={MySQL ODBC 5.3 Unicode Driver};" _

& " SERVER=" & ReadIniValue(App.Path & "Setting.ini", "Default", "Host") & ";" _

& " DATABASE=ncudb;" _

& " UID=ncuser;" _

& " PWD=ncpass;" _

& " stmt=SET NAMES GB2312"

.CommandTimeout = 60

.Open

End With

Reco.Open sqlstr, Conn

Flag_PA = Reco!PA_Flag '讀取工單狀態(tài)

Flag_AC = Reco!AC_Flag

Num_ Producted = Reco!Product_num_OUT '讀取實(shí)際已經(jīng)生產(chǎn)數(shù)量

Num_ Product_Correct = Reco!Product_num_Correct '讀取應(yīng)該生產(chǎn)數(shù)量

Num_ Alarm = Reco!Alarm_Pre '讀取預(yù)警數(shù)量

/*讀取PLC單個(gè)正常生產(chǎn)循環(huán)標(biāo)志位，表示加工完畢一個(gè)工件：*/

如下列程序所示，DB109.DBX10.1 表示加工完畢，換料完成，故可以以此為系統(tǒng)加工循環(huán)標(biāo)識(shí)，統(tǒng)計(jì)該位數(shù)據(jù)的變化次數(shù)(數(shù)據(jù)上升沿),即可統(tǒng)計(jì)機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，西門子提供了NCDDE Server， 可以直接通過(guò)HMI 訪問(wèn)和控制相關(guān)的NC、PLC數(shù)據(jù)。

Network 82:Emissione funzione / Output function M81

A DB21.DBX 58.0 "Chanel 1".M1Change -M function 1 change

A DB21.DBX 204.1 "Chanel 1".MDyn[81]

S DB109.DBX 10.1 "M_chanel_1".M81 -Funzione M81 canale 1

A(

0 I0.3 E0.3 -Button Reset CNC

0 I1.3 E1.3 -Big Button S4 / Reset CNC

0 DB11.DBX 6.2 "Mode CNC".E_JOG -Active JOG mode

0

AN DB21.DBX 204.1 "Chanel 1".MDyn[81]

A DB21.DBX 58.0 "Chanel 1".M1Change -M function 1 change

)

R DB109.DBX 10.1 "M_chanel_1".M81 -Funzione M81 canale 1

NOP 0

/*'讀取機(jī)床生產(chǎn)數(shù)量DB109.DBX10.1，生產(chǎn)一個(gè)工件，自動(dòng)變?yōu)? */

Label8.LinkTopic = "ncdde|ncu840d"

Label8.LinkItem = "/PLC/DATABLOCK/BIT[C109,10.1]"

Label8.LinkMode = 3

/*'根據(jù)數(shù)據(jù)，判斷是否達(dá)到工單標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，(未達(dá)到、預(yù)警值、完成): */

通過(guò)對(duì)換料完成標(biāo)識(shí)位DB109.DBX10.1的讀取，判斷如果生產(chǎn)完成一個(gè)循環(huán)，則對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，根據(jù)所設(shè)定工單數(shù)據(jù)輸出相應(yīng)的狀態(tài)，如果工單完成，則通過(guò)DDE方式，將DB10.DB129.DBX6置位，完成加工過(guò)程。

Private Sub Label8_Change()

If CInt(Text3.Text) < (CInt(Text4.Text)) Then '小于生產(chǎn)總值的情況下，繼續(xù)生產(chǎn)至結(jié)束，更新數(shù)據(jù)庫(kù)

Reco.Close

Set Reco = Nothing

Temp_num = Val(Text3.Text) + 1 '生產(chǎn)一個(gè)圈則加1，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行加1

Conn.Close

Conn.Open

Conn.Execute ("Update Ring SET Product_num_OUT=" & Temp_num & " where IR_OR_type='" + ReadIniValue(App.Path & "setting.ini", "Default", "IOR") + "'and Status= '已反饋' ")

Conn.Close

Else '機(jī)床報(bào)警停止當(dāng)前循環(huán)DB10.DB129.DBX6

On Error Resume Next

Label10.LinkTopic = "ncdde|ncu840d"

Label10.LinkItem = "/PLC/DATABLOCK/BIT[C10,129.6]"

Label10.LinkMode = 2 'Manual

Label10.Caption = "1"

Label10.LinkPoke

Machine_Stop_Form.Show

Form1.Hide

End If

End Sub

由于工作時(shí)磨床砂輪高速旋轉(zhuǎn)，所以工單達(dá)到預(yù)警值或者工單完成時(shí)，機(jī)床停止采用的模式不同于設(shè)備故障報(bào)警產(chǎn)生的緊急停止或者外部的完全設(shè)備停止，采用單循環(huán)停止模式，使機(jī)床工作仍舊處于工作就緒狀態(tài)(NC程序該循環(huán)結(jié)束后，停止讀取，砂輪速度、軸位置等保持加工狀態(tài)不變)，所以，當(dāng)機(jī)床預(yù)警后完成反饋以及工單完成確認(rèn)之后，機(jī)床會(huì)自動(dòng)反饋至服務(wù)器，更新工單狀態(tài)、或者自動(dòng)啟動(dòng)下一條工單。從最大程度上減少了生產(chǎn)循環(huán)節(jié)拍的浪費(fèi)，最大程度減小對(duì)生產(chǎn)效率的影響。

由于傳統(tǒng)的NC DDE運(yùn)用僅僅是界面的二次開(kāi)發(fā)，故擴(kuò)展界面應(yīng)用的啟動(dòng)，肯定在HMI Advanced啟動(dòng)之后，故此時(shí)NC DDE Sever已經(jīng)開(kāi)啟，所以能夠正常通訊，但是本項(xiàng)目案例中，開(kāi)發(fā)的客戶端軟件需要，開(kāi)機(jī)自動(dòng)后臺(tái)運(yùn)行，在HMI界面并無(wú)人為啟動(dòng)選項(xiàng)，故在實(shí)際部署過(guò)程中，需要對(duì)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用進(jìn)行后臺(tái)自動(dòng)啟動(dòng)，同時(shí)需要進(jìn)行延時(shí)啟動(dòng)，即確保HMI Advanced完全啟動(dòng)，相應(yīng)的NCDDE Server能夠完全啟動(dòng)。否則客戶端軟件相關(guān)功能無(wú)法正常運(yùn)行。

如圖9所示，作為系統(tǒng)關(guān)鍵的內(nèi)外圈生產(chǎn)數(shù)量的監(jiān)控功能，該模塊基于DDE的數(shù)據(jù)采集，將當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存于服務(wù)器，遠(yuǎn)程狀態(tài)下，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)狀態(tài)，并能根據(jù)生產(chǎn)狀態(tài)作出相應(yīng)的生產(chǎn)計(jì)劃安排。

設(shè)備工單完成提示功能如圖10所示，當(dāng)自動(dòng)完全達(dá)到設(shè)定工單數(shù)量之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)全屏彈出提示頁(yè)面，同時(shí)設(shè)備會(huì)自動(dòng)循環(huán)停止，直到操作人員點(diǎn)擊確認(rèn)后，設(shè)備會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)下一條預(yù)設(shè)生產(chǎn)的工單。

3.2 機(jī)床自適應(yīng)磨削補(bǔ)償功能系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

該模塊功能主要由裝配設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)傳輸與顯示、機(jī)床自動(dòng)根據(jù)數(shù)據(jù)趨勢(shì)自動(dòng)補(bǔ)償三個(gè)主要部分。裝配區(qū)設(shè)備為S7-200 PLC。筆者采用SPC站的工控機(jī)作為數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)，采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到服務(wù)器，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)侥ハ鲄^(qū)域，分別通過(guò)屏幕顯示實(shí)時(shí)柱狀圖和趨勢(shì)圖，同時(shí)反饋給機(jī)床，機(jī)床端軟件根據(jù)當(dāng)前實(shí)時(shí)狀態(tài)和趨勢(shì)進(jìn)行自動(dòng)磨削補(bǔ)償。

3.2.1 裝配設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)讀取

采用某品牌工控機(jī)，采用C#編寫(xiě)的SPC數(shù)據(jù)讀取軟件，通過(guò)OPC讀取S7-200 的實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到服務(wù)器，執(zhí)行效率和準(zhǔn)確率完全符合。具體內(nèi)容在此不予冗余陳述。

3.2.2 數(shù)據(jù)傳輸與顯示

基于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)線距離過(guò)長(zhǎng)，生產(chǎn)操作人員相對(duì)精簡(jiǎn)的情況，裝配區(qū)域與磨削區(qū)域生產(chǎn)人員無(wú)法有效及時(shí)溝通，會(huì)產(chǎn)生生產(chǎn)偏差響應(yīng)周期長(zhǎng)，無(wú)法及時(shí)地反饋到磨削前端的問(wèn)題，導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)地人為去控制偏差及趨勢(shì)，故在磨床操作站增加屏幕，實(shí)時(shí)顯示趨勢(shì)圖和分布圖，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)操作人員直觀、快速地進(jìn)行反饋?lái)憫?yīng)。該部分軟件運(yùn)行于基于Windows系統(tǒng)的Mini PC(迷你型電腦)，實(shí)時(shí)傳輸并顯示到機(jī)床操作站的外接屏幕。

3.2.3 機(jī)床自適應(yīng)超前磨削補(bǔ)償

本單元中“數(shù)據(jù)傳輸與顯示”模塊已經(jīng)實(shí)現(xiàn)將裝配區(qū)域?qū)崟r(shí)傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的磨削前端，在一定程度上解決了人為產(chǎn)生的響應(yīng)延時(shí)，但是在高效率、快節(jié)奏的生產(chǎn)節(jié)拍中如何實(shí)時(shí)、快速地動(dòng)態(tài)響應(yīng)磨削補(bǔ)償，需要設(shè)備具有自我調(diào)整能力。本項(xiàng)目中對(duì)于NC系統(tǒng)的控制依舊采用前面提到的NC-DDE 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)鏈接技術(shù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)趨勢(shì)的整體分析，采用一定的算法，相應(yīng)地動(dòng)態(tài)調(diào)整磨削補(bǔ)償量，使整體趨勢(shì)保持在中值線兩側(cè)、上下參考值線之內(nèi)，在一定程度上解決相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。部分代碼如下:

’

Compensation.LinkTopic = "ncdde|ncu840d"

Compensation.LinkItem = "/Channel/Parameter/R[120]"

Tem_R390.LinkItem = "/Channel/Parameter/R[390]"

Compensation.LinkMode = 2 '手動(dòng)模式補(bǔ)償

Compensation.Caption = "3"

Tem.LinkTopic = "ncdde|ncu840d"

Tem.text= K * Var(Compensation.text)+ Var(Tem_R390.text) '機(jī)床補(bǔ)償參數(shù)線性計(jì)算

Tem.LinkItem = "/Channel/Parameter/R[120]"

Tem.Caption = "1"

Tem.LinkPoke

經(jīng)過(guò)程序化控制之后,實(shí)現(xiàn)了界面手動(dòng)補(bǔ)償和系統(tǒng)趨勢(shì)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)慕y(tǒng)一，最大程度地控制偏差在質(zhì)量要求之內(nèi)。

如圖11所示，經(jīng)過(guò)超前自動(dòng)趨勢(shì)補(bǔ)償之后，整體生產(chǎn)趨于穩(wěn)定，系統(tǒng)作用效果明顯。

4 系統(tǒng)整體項(xiàng)目運(yùn)行及反饋

在項(xiàng)目組整體配合下，如圖12所示，項(xiàng)目進(jìn)展順利，經(jīng)過(guò)穩(wěn)定測(cè)試之后，已經(jīng)應(yīng)用于從前端磨削到后期裝配的整條生產(chǎn)線，系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并與云端設(shè)定的工單進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，自動(dòng)按照設(shè)定工單數(shù)量運(yùn)行加工，較大程度地解決了由于軸承滾子公差范圍批量差異過(guò)大的裝配問(wèn)題;同時(shí)，自動(dòng)磨削補(bǔ)償模塊，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析生產(chǎn)裝配區(qū)域裝配反饋的偏差趨勢(shì)，并自動(dòng)調(diào)控機(jī)床，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)磨削參數(shù)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化邁向智能化，較大幅度提高了產(chǎn)品質(zhì)量。直接生產(chǎn)效益估計(jì)在100萬(wàn)元人民幣以上。

5 應(yīng)用總結(jié)

整個(gè)項(xiàng)目在最大程度節(jié)省成本上，采用西門子840D系統(tǒng)提供的開(kāi)放DDE數(shù)據(jù)接口，高效地完成設(shè)定目標(biāo)，主要?dú)w結(jié)于以下兩點(diǎn):

(1)西門子數(shù)控產(chǎn)品開(kāi)放性

作為工業(yè)控制與數(shù)控領(lǐng)域的集大成者，西門子840D系統(tǒng)具有高度的開(kāi)放、靈活而又統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，基于Windows系統(tǒng)的PCU50.3，高度開(kāi)放相關(guān)API，極大的方便了項(xiàng)目所需要的系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)。

(2)西門子數(shù)控產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化便捷性

在原有840D基礎(chǔ)上升級(jí)的新一代840D SL 采用網(wǎng)絡(luò)一體化結(jié)構(gòu)，在驅(qū)動(dòng)模塊網(wǎng)絡(luò)化、局域網(wǎng)絡(luò)化以及外部公共網(wǎng)絡(luò)化上具有獨(dú)立而又統(tǒng)一的組態(tài)結(jié)構(gòu)，具有較高的網(wǎng)絡(luò)便捷性，使得項(xiàng)目能夠在不采用其他工業(yè)網(wǎng)卡的情況下，能夠快速地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化拓?fù)洌瑢?duì)項(xiàng)目的高效穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

[1]SINUMERIK 840D sl Operator Components and Networking[Z]. Siemens Manual, 09/2011, 6FC5397-1AP10-6BA0.

[2]西門子(中國(guó))有限公司工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)技術(shù)集團(tuán).SINUMERIK 840D/840Di/810D Computer connect[Z]. 2006.

[3]西門子(中國(guó))有限公司工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)技術(shù)集團(tuán).西門子簡(jiǎn)明調(diào)試手冊(cè)[Z].2012.

(編輯 汪 藝)

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Leading auto adjust production system based on 840D SL

WANG Zengcai, XU Anjun, LIU Lu

(SKF (Jinan) Bearings and Precision Technologies Products Co., Ltd., Jinan 250104, CHN)

This system designed on the machines that equipped with the SINUMERIK 840D SL system , which have the PCU installed with HMI Advance that support the NC DDE, it is used for the production line of bearing from grinding area to assembly area. The system can automatically run when machine startup and then monitor the machine status and collect data continuously. And meanwhile it compare with the plan data set in advanced in the servers. The machine can automatically stop when finish the order, it solves the problem of the deviation of roller and bearing numbers in advance. Besides this, it has the function to do automatically leading adjust and compensation. Both of them can make leading adjustment for the production and make the quality stable.

dynamic data exchange; auto-compensate; remote control; leading response; lagging response

TP23

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.12.031

2016-09-08)

161239