陳利偉，陳祥紅，衛(wèi)靜婷，袁敏康，黃燕洪

（廣東開放大學（廣東理工職業(yè)學院），廣東廣州，510091）

0 引言

“柔性”是指適應變化的能力和特性。柔性生產(chǎn)是針對一個生產(chǎn)線適應產(chǎn)品單一、難以及時應對市場反饋等弊端提出的新型生產(chǎn)模型。目前柔性生產(chǎn)已經(jīng)廣泛應用于定制家居生產(chǎn)線、家電套袋生產(chǎn)線、智能物流設備生產(chǎn)線等。塑料袋的應用領域廣泛導致塑料袋的生產(chǎn)參數(shù)需求不同，如大小、形狀、薄厚等。其在生產(chǎn)過程中具有差異化需求，因此塑料袋制造商在生產(chǎn)過程中也可以引入柔性生產(chǎn)控制系統(tǒng)。早期，由繼電器、開關和變頻器等電器元件組成的簡單電氣控制方式在塑料袋生產(chǎn)環(huán)節(jié)被廣泛采用，在單一制造環(huán)節(jié)，這種方式簡單可靠，但在塑料袋全流程生產(chǎn)中，由于每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)速度的不同，以及環(huán)境干擾因素導致不確定性增強，導致這種不帶物料緩沖控制和參數(shù)調(diào)整的簡單控制方式并不適用于塑料袋的全流程生產(chǎn)。利用PLC和觸摸屏相結(jié)合的稍復雜控制系統(tǒng)具有編程容易和運行穩(wěn)定的特點。但在塑料袋全自動化生產(chǎn)過程中，會出現(xiàn)大量的傳感器數(shù)據(jù)、生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)和運行參數(shù)數(shù)據(jù)的存儲、計算和使用，這些并不是PLC的強項。因此，這種控制方式并不適用于實現(xiàn)生產(chǎn)柔性和智能分析與制造。工業(yè)4.0是以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命，工廠將生產(chǎn)設備、網(wǎng)絡信號連接和傳感器集成到一個生態(tài)系統(tǒng)平臺中，這個生態(tài)系統(tǒng)可以監(jiān)督整個生產(chǎn)線流程并自主執(zhí)行決策?；诖?，本文提出了一套具有生產(chǎn)數(shù)據(jù)管控，生產(chǎn)策略優(yōu)判和生產(chǎn)順序控制的柔性智能制造系統(tǒng)。并將從生產(chǎn)系統(tǒng)架構(gòu)、控制系統(tǒng)架構(gòu)、控制系統(tǒng)的運行這三個方面展開闡述。

1 生產(chǎn)系統(tǒng)架構(gòu)

圖1展示了全自動塑料袋生產(chǎn)流程的各個環(huán)節(jié)，系統(tǒng)由5個生產(chǎn)環(huán)節(jié)構(gòu)成，分別為自動供料、吹膜機、印刷機、制袋機和自動收納機組成，每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)機構(gòu)都由一套電氣驅(qū)動系統(tǒng)和信號采集板作為下位機，電氣驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動著每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的電動機變頻器、溫控裝置、步進電機驅(qū)動器、伺服電機驅(qū)動器等設備。信號采集板專門用于采集生產(chǎn)過程中的電壓、電流、速度、溫度、位置和狀態(tài)信號。所有的下位機都通過MODBUS通訊總線接入一臺裝有“司南”智能控制系統(tǒng)軟件的上位機。該上位機監(jiān)督整個生產(chǎn)線流程并根據(jù)實際情況調(diào)整生產(chǎn)線狀態(tài)，控制著所有設備的運行順序和瞬時性要求較低的控制邏輯（快速控制邏輯由電氣驅(qū)動板完成）。

圖1 塑料袋生產(chǎn)控制框圖

2 控制系統(tǒng)架構(gòu)

整個開發(fā)系統(tǒng)使用Python語言編寫數(shù)據(jù)分析層，C++編寫順序控制層，PHP和javascript語言完成顯示和編輯界面，采用了Mysql數(shù)據(jù)庫存儲所有邏輯關系和控制數(shù)據(jù)。

司南控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，由相互獨立又彼此關聯(lián)的四部分軟件組成：

圖2 司南控制系統(tǒng)架構(gòu)

（1）LogicEdit軟件完成生產(chǎn)流程編寫和控制邏輯搭建。生產(chǎn)流程的編寫采用繪制流程圖的方式，這是一種不需要有很強的編程經(jīng)驗就可以完成的編寫方式，簡單明了的實現(xiàn)各種設備運行邏輯。

（2）LogicEXE用于執(zhí)行已經(jīng)編寫好的邏輯文件，使用多線程運行的方式，可以讓設備的每個機構(gòu)被獨立控制和并行運行，是一種非常高效的邏輯運行方式。

（3）RTMEdit軟件是一套實現(xiàn)人機界編輯軟件，也是一套組態(tài)軟件，可以使用其實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的展現(xiàn)和需要控制流程的操作。

（4）RTMShow軟件可以調(diào)用編寫好的實時顯示頁面文件對生產(chǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)進行監(jiān)視和對生產(chǎn)設備進行手動控制。

司南智能控制系統(tǒng)比較傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能：

（1）可以一臺主機管理多臺生產(chǎn)線，根據(jù)生產(chǎn)線狀況和生產(chǎn)計劃合理調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)；

（2）可以根據(jù)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量劣化信息優(yōu)化運行參數(shù)，并在不斷的嘗試中迅速找到最佳工作點；

（3）可以快速切換生產(chǎn)產(chǎn)品規(guī)格（同原料下）；

（4）可以及時的發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中每個環(huán)節(jié)需要人員干預的缺陷；

（5）對所有的重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行存儲，供系統(tǒng)進行參數(shù)優(yōu)化和生成統(tǒng)計分析報表。

3 控制系統(tǒng)的運行

控制系統(tǒng)本著智能化的思想，利用集成智能化技術，使其具備自行解決推理判斷和生產(chǎn)計劃選擇的能力?？刂葡到y(tǒng)的運行流程如圖3所示。在控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)計劃需要手動填寫到系統(tǒng)任務池中（數(shù)據(jù)表），這種生產(chǎn)計劃的添加沒有特定的時間規(guī)定，可以在系統(tǒng)啟動前或運行中添加。控制系統(tǒng)在啟動后會從任務池中尋找目前要執(zhí)行的生產(chǎn)計劃。如果有多條生產(chǎn)計劃，系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)計劃加入的時間順序作為參考，根據(jù)當前生產(chǎn)狀況、設備的使用率、預設的優(yōu)先級別和設備值守人員的作息制度等諸多因素綜合判斷并選取將要執(zhí)行的生產(chǎn)計劃。當一個生產(chǎn)計劃執(zhí)行結(jié)束，系統(tǒng)會執(zhí)行一套銜接程序，在不停機的情況下迅速選取并執(zhí)行下一個生產(chǎn)計劃，實現(xiàn)柔性生產(chǎn)的目的。上述控制系統(tǒng)在執(zhí)行不同規(guī)格塑料袋的生產(chǎn)任務時，還依賴于機械結(jié)構(gòu)設計的柔性。

圖3 控制系統(tǒng)運行流程圖

控制系統(tǒng)在連續(xù)運行時也會采集設備的運行參數(shù)和與產(chǎn)品質(zhì)量相關的可感知參數(shù)，并對這些參數(shù)進行分析，當發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)劣化時，利用有限調(diào)節(jié)手段通過系統(tǒng)內(nèi)部算法嘗試調(diào)節(jié)并對產(chǎn)品質(zhì)量進行閉環(huán)查驗。當品質(zhì)恢復后，系統(tǒng)對質(zhì)量劣化產(chǎn)品的信息進行記錄，同時，對這次成功的調(diào)節(jié)方法進行學習記錄。同時，用戶可以通過在人機界面調(diào)取已經(jīng)設定好的塑料袋生產(chǎn)參數(shù)快速添加生產(chǎn)計劃，生產(chǎn)全程無需人員干預。

4 結(jié)束語

本文提出了一種塑料袋全自動智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)柔性生產(chǎn)，并具有智能調(diào)節(jié)的功能。該智能控制系統(tǒng)在塑料袋的全自動生產(chǎn)中可以極大的減少生產(chǎn)人員配置，提升產(chǎn)品質(zhì)量，提高設備使用率和降低生產(chǎn)成本。