摘 要:PAC可編程自動(dòng)化控制器相比PLC性能先進(jìn),優(yōu)勢明顯;因此設(shè)計(jì)了一套基于PAC的柔性制造系統(tǒng),闡述了柔性制造系統(tǒng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理;詳細(xì)介紹了PAC總控單元及作業(yè)單元的內(nèi)部組成,結(jié)構(gòu)及運(yùn)行過程;并說明了柔性制造系統(tǒng)采用的以太網(wǎng)總線通信的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)及其工作原理。
關(guān)鍵詞:PAC;可編程自動(dòng)化控制器;柔性制造
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.115
1 引言
隨著中國制造2025戰(zhàn)略規(guī)劃的持續(xù)推進(jìn),傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的制造系統(tǒng)由于其靈活度和適應(yīng)性差的特點(diǎn),已經(jīng)很難適應(yīng)智能工廠,智能制造的需求。柔性生產(chǎn)由于其靈活多變的生產(chǎn)方式以及對(duì)市場差異化的適應(yīng)能力已經(jīng)成為未來制造業(yè)的趨勢,但柔性制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依然面臨著信息化、大數(shù)據(jù)化、物聯(lián)網(wǎng)化等諸多問題[1]。
PAC(Programmable Automation Controller,可編程自動(dòng)化控制器)是在PLC技術(shù)基礎(chǔ)上升級(jí)功能而來,兼具了可編程控制器的可靠性、耐用性和計(jì)算機(jī)的開放性、靈活性、通用性等的特點(diǎn),目前PAC已經(jīng)應(yīng)用到諸多行業(yè)中。相對(duì)于的PLC技術(shù),PAC技術(shù)更能適應(yīng)于柔性制造系統(tǒng)對(duì)快速運(yùn)算、海量存儲(chǔ)、與其他硬件平臺(tái)及互聯(lián)網(wǎng)的連接等方面的需求。
2 PAC System Rx3i 系統(tǒng)簡介
柔性制造系統(tǒng)采用GE(美國通用電氣公司)的智能平臺(tái)PAC System RX3i控制器作為各個(gè)制造單元的主控系統(tǒng),擁有一個(gè)單一的控制引擎和一個(gè)通用的編程環(huán)境。其運(yùn)算速度高,數(shù)據(jù)吞吐能力好,CPU采用主頻為300MHz的Intel Celeron PentiumⅢ微處理器,擁有10MB用內(nèi)存和10MB用戶閃存,閃存可永久保存程序和重要數(shù)據(jù),避免在系統(tǒng)斷電或內(nèi)置電池沒電時(shí)丟失;CPU與其它模塊通信采用27MHz的PIC總線;控制器還具有40種以上的I/O模塊選擇以及以太網(wǎng)接口。
PAC可編程自動(dòng)化控制器工作原理和PLC非常相近,采用“順序掃描,不斷循環(huán)”的工作方式,但PAC結(jié)合了PC的處理器、內(nèi)存及軟件性能,以及PLC系統(tǒng)的穩(wěn)定特性。PAC工作過程中,每個(gè)掃描周期分為輸入,執(zhí)行,輸出三部分,輸入掃描過程中集中讀取輸入端的狀態(tài)信號(hào),程序執(zhí)行完成后,輸出端集中刷新輸出信號(hào)[2]。
柔性制造系統(tǒng)的總控單元的生產(chǎn)信息控制系統(tǒng)采用IFIX組態(tài)軟件建立實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面,總控單元實(shí)時(shí)與各制造單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,并以動(dòng)態(tài)方式顯示生產(chǎn)過程運(yùn)行狀態(tài),倉庫庫存狀態(tài)等。
3 柔性制造系統(tǒng)的組成
柔性制造系統(tǒng)由生產(chǎn)信息控制系統(tǒng),柔性生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)和物流儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)構(gòu)成,其中柔性生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)由總控單元、上料單元、下料單元、加蓋單元、穿銷單元、伸縮換向單元、檢測單元、分揀單元、碼垛機(jī)立體倉庫單元、廢料單元十個(gè)單元組成,如圖1所示。通過對(duì)各個(gè)單元的搭配組合,實(shí)現(xiàn)物料的上下料、加蓋、穿銷、質(zhì)檢,存儲(chǔ)等功能,對(duì)于同類型產(chǎn)品的生產(chǎn)制造具有良好的適應(yīng)能力。
總控單元的控制系統(tǒng)由PIC總線背板、電源模塊、CPU模塊、以太網(wǎng)通信模塊、串行總線傳輸模塊組成,總控單元是柔性生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的控制核心,依據(jù)產(chǎn)品的制造要求制定的加工工序路線程序存儲(chǔ)于總控單元中,總控單元分別發(fā)送指令控制各執(zhí)行單元完成其加工過程。
各執(zhí)行單元的控制部分都由PIC總線背板、電源模塊、CPU模塊、以太網(wǎng)通訊模塊、數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸出模塊、串行總線傳輸模塊組成,如圖2所示。各個(gè)執(zhí)行單元控制器統(tǒng)一配置,具有良好的兼容性與互換性,執(zhí)行單元接收到總控單元的控制指令后進(jìn)行加工,各主要加工單元的過程如下:
上料單元利用四自由度機(jī)械手將料槽中的毛坯件抓取,機(jī)身揚(yáng)臂、旋轉(zhuǎn)、行走、并放至下料單元,RX3i控制器通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)以帶動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。毛坯件下料后通過加蓋單元加蓋后進(jìn)入穿銷單元,穿銷單元利用直線推動(dòng)機(jī)構(gòu)將銷釘裝配到上蓋與毛培中,形成工件,銷釘料槽中可放置不同類型銷釘,通過光纖傳感器和電感傳感器以檢測銷釘,保證加工質(zhì)量。
加工完成后進(jìn)入檢測單元,檢測單元通過電容傳感器,色標(biāo)傳感器,光電式傳感器和電感式傳感器檢測工件顏色、裝配情況、銷釘材質(zhì)各項(xiàng)性能,并將檢測結(jié)果發(fā)至總控單元??偪貑卧罁?jù)檢測結(jié)果控制分揀單元將成品中的廢料分揀出去,再控制立體倉庫單元將成品依照類型進(jìn)行入庫,立體倉庫單元除了具有入庫出庫功能外,還具有庫存查詢功能,將各個(gè)庫位的儲(chǔ)存情況實(shí)施傳輸給總控單元,以方便實(shí)時(shí)查詢和合理規(guī)劃組織下一步的生產(chǎn)及倉儲(chǔ)物流運(yùn)輸。
4 柔性制造系統(tǒng)的通信
傳統(tǒng)的PLC控制核心利用RS-232等串口通信方式進(jìn)行通信,通信速度慢,信息容量小。而PAC則通常利用以太網(wǎng)進(jìn)行通信,GE電氣高性能PAC Systems RX7i的CPU模塊之中內(nèi)置有10 /100 Mbps以太網(wǎng)以及雙口交換機(jī),在控制單元之間的以太網(wǎng)通信連接無需使用額外的交換機(jī)設(shè)備或者集線器設(shè)備[2]。而本柔性制造系統(tǒng)各制造單元采用以太網(wǎng)接口模塊IC695ETM001,各單元通過以太網(wǎng)總線的方式連接到總控單元上,其連接方式如圖3所示。
為了區(qū)分各單元,為每一個(gè)PAC控制器的以太網(wǎng)接口分配一個(gè)固定IP地址,為對(duì)應(yīng)單元的組號(hào),總控單元及其他單元通過多目廣播技術(shù)(Multicast)的通信方式將EGD數(shù)據(jù)發(fā)送出。EGD數(shù)據(jù)中包含著信息有:發(fā)射模塊的組號(hào),通信類型,接收方的IP地址,數(shù)據(jù)重復(fù)發(fā)送的時(shí)間間隔,數(shù)據(jù)的發(fā)送狀態(tài),數(shù)據(jù)的起始地址及數(shù)據(jù)內(nèi)容。發(fā)射完成后,EDG數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)總線同時(shí)到達(dá)其他各個(gè)單元,各個(gè)單元在收到總控單元的EDG數(shù)據(jù)后執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作,并將執(zhí)行結(jié)果及傳感器采集到的信號(hào)通過組播Multicast的方式反饋到總控單元上,總控單元收到各執(zhí)行單元的數(shù)據(jù)后依據(jù)生產(chǎn)加工的要求發(fā)出下一步的執(zhí)行指令,繼續(xù)加工工作。
5 結(jié)語
與傳統(tǒng)的PLC控制的柔性制造系統(tǒng)相比,利用PAC構(gòu)建柔性制造系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢,各加工單元將工件位置、加工進(jìn)度、廢品情況實(shí)時(shí)傳輸給總控單元,實(shí)現(xiàn)了集中控制,降低了加工風(fēng)險(xiǎn),提高了生產(chǎn)效率。隨著PAC系統(tǒng)的技術(shù)不斷發(fā)展和完善,其在柔性制造系統(tǒng)中的運(yùn)用將會(huì)呈現(xiàn)井噴式增長,必將成為未來智能制造控制系統(tǒng)的主流。
參考文獻(xiàn):
[1]曹運(yùn)紅.柔性制造系統(tǒng)、柔性制造單元和成組技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用[J].飛航導(dǎo)彈,2004(05):59-63.
[2]張莉.PAC可編程自動(dòng)控制器在謝橋新建選煤廠控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].選煤技術(shù),2013(03):80-85.
作者簡介:李瑾(1989-),男,山西離石人,碩士研究生,助教,研究方向:測控及機(jī)器人技術(shù)等。