□ 黃立波

上海電氣集團(tuán)自動(dòng)化工程有限公司 上海 200233

1 應(yīng)用背景

新能源裝配線是新能源制造領(lǐng)域中的重要設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn)電芯、電機(jī)、電控等新能源部件的組裝生產(chǎn)。隨著我國(guó)工業(yè)裝備技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)新能源裝配線設(shè)備的高效、自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化提出了越來(lái)越高的要求。

在傳統(tǒng)的非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)中,工程師通過(guò)編寫(xiě)特定的可編程序控制器程序,實(shí)現(xiàn)線體的控制。當(dāng)線體需要進(jìn)行升級(jí)改造,比如增加新的機(jī)型、增加新的設(shè)備、增加新的工位、修改工位的工藝流程時(shí),都需要由工程師進(jìn)行程序改造,調(diào)試后投入運(yùn)行。為解決此痛點(diǎn),項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段決定使用配方技術(shù),將線體建模、工藝流程、工藝參數(shù)等通過(guò)配方的形式,在上位機(jī)里進(jìn)行配置。再在可編程序控制器里開(kāi)發(fā)一套配方執(zhí)行程序,上位機(jī)配置好的配方通過(guò)通信接口下發(fā)到可編程序控制器,交由可編程序控制器執(zhí)行。這樣,將來(lái)再要進(jìn)行升級(jí)改造,只要沒(méi)有超出系統(tǒng)設(shè)計(jì)預(yù)留的范圍,都可以更新配方后直接執(zhí)行,不需要更新底層程序代碼。

2 線體組成

本項(xiàng)目中,整套系統(tǒng)分為一條輸送線、兩套升降機(jī)、若干托盤(pán),以及13個(gè)手動(dòng)工位的裝配設(shè)備。新能源裝配線布局如圖1所示。

▲圖1 新能源裝配線布局

設(shè)備裝配工藝流程如圖2所示。

▲圖2 設(shè)備裝配工藝流程

3 工位標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備

本項(xiàng)目使用工控機(jī)運(yùn)行配方管理系統(tǒng)。

每個(gè)手動(dòng)工位設(shè)備中含可編程序控制器、顯示屏、按鈕盒、電動(dòng)擰緊槍、無(wú)線扳手、掃碼槍、物料架等配套設(shè)備。

系統(tǒng)設(shè)有總控可編程序控制器,負(fù)責(zé)整個(gè)線體的運(yùn)行。

每個(gè)人工工位有觸摸屏一體機(jī),負(fù)責(zé)工位配方運(yùn)行狀態(tài)的顯示。

每個(gè)人工工位有掃碼槍,負(fù)責(zé)工件編碼的掃描,傳遞給可編程序控制器。

每個(gè)人工工位還有擰緊槍、按鈕、指示燈等標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。

4 配方系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)

4.1 配方管理程序開(kāi)發(fā)

配方系統(tǒng)軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行保存、查詢和分析,只有數(shù)據(jù)庫(kù)可以勝任上述功能。根據(jù)需求,可以選擇不同的數(shù)據(jù)庫(kù),不同的數(shù)據(jù)庫(kù)有各自的特點(diǎn)和適宜的應(yīng)用場(chǎng)合。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域,常用的數(shù)據(jù)庫(kù)有Microsoft SQL Server、Microsoft Access、Oracle、MySQL、PostgreSQL、SQLite等,本系統(tǒng)使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)。

本項(xiàng)目中,使用數(shù)據(jù)庫(kù)腳本SQL語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建。腳本方式的好處是,當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)、更新、重構(gòu)時(shí),使用腳本更加迅速,不依賴于環(huán)境配置。如果需要將數(shù)據(jù)庫(kù)升級(jí)或遷移到其它數(shù)據(jù)庫(kù),通過(guò)腳本可以快速實(shí)現(xiàn)。使用如下SQL腳本可以創(chuàng)建相關(guān)的配方數(shù)據(jù)表:

CREATE TABLE IF NOT EXISTS ′recipe′(

′id′ int NOT NULL AUTO_INCREMENT,

′pname′ varchar(50) NULL,

′packpn′ varchar(50) NULL,

′opname′ varchar(30) NULL,

′step′smallint NULL,

′stepname′ varchar(100) NULL,

′optype′ varchar(10) NULL,

′checkpn′ varchar(50) NULL,

′ttype′ smallint NULL,

′tindex′ smallint NULL,

′tcount′ smallint NULL,

′tpset′ smallint NULL,

′tsocket′ smallint NULL,

′cycletime′ int NULL,

PRIMARY KEY (′id′),

INDEX (′packpn′),

INDEX (′opname′)

) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

配方管理程序提供配方的編輯功能,可以查詢、修改、刪除已存在的配方,也可以新增或從Excel導(dǎo)入配方,還可以把已存在的配方導(dǎo)出為Excel文件。

配方管理程序主界面如圖3所示,如果數(shù)據(jù)連接成功,將自動(dòng)查詢已有的產(chǎn)品名稱(chēng)和Pack PN列表。

▲圖3 配方管理程序主界面▲圖4 Kepware OPC主要配置內(nèi)容

4.2 配方下載程序開(kāi)發(fā)

對(duì)于不同的可編程序控制器,與上位機(jī)之間的通信方式各有不同。新能源裝配線項(xiàng)目選用了機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用最廣的西門(mén)子可編程序控制器。西門(mén)子可編程序控制器與上位機(jī)之間的通信方式主要有OPC Server、SIMATIC NET、ProDave、LibNoDave、Snap7、ModbusTCP等。本項(xiàng)目使用OPC通信方式。

使用OPC通信方式主要有以下好處;① OPC是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信方法,機(jī)制齊全;② 便于診斷;③ 可以置換為其它可編程序控制器。

本項(xiàng)目使用Kepware OPC,主要配置內(nèi)容如圖4所示。

一般開(kāi)發(fā)OPC客戶端程序有以下幾種方式:① 使用OPCNetAPI,需要用到OPCNetAPI.dll,OPCNetAPI.Com.dll;② 使用自動(dòng)化接口,需要用到OPCDAAuto.dll;③ 使用自定義接口,需要用到多個(gè)Wrapper,包括OpcRcw.Ae.dll、OpcRcw.Batch.dll、OpcRcw.Comn.dll、OpcRcw.Da.dll、OpcRcw.Dx.dll、OpcRcw.Hda.dll、OpcRcw.Sec.dll。

本項(xiàng)目使用第二種方式,配置步驟如下:① 從官網(wǎng)下載OPC自動(dòng)化接口標(biāo)準(zhǔn)組件OPCDAAuto.dll;② 注冊(cè)組件,將OPCDAAuto.dll復(fù)制到系統(tǒng)路徑,對(duì)于64位Windows操作系統(tǒng),一般復(fù)制到C:WindowsSysWOW64,在命令行下執(zhí)行Regsvr32 C:WindowsSysWOW64OPCDAAuto.dll,注冊(cè)該組件,直到出現(xiàn)提示DllRegisterServer在C:WindowsSysWOW64OPCDAAuto.dll已成功;③ 在C#工程中,添加對(duì)C:WindowsSysWOW64OPCDAAuto.dll的引用,添加引用后,工程環(huán)境將在項(xiàng)目目錄下自動(dòng)生成Interop.OPCAutomation.dll,并添加對(duì)其的應(yīng)用。

經(jīng)過(guò)以上步驟,客戶端程序可以方便地和可編程序控制器建立通信,訪問(wèn)里面的數(shù)據(jù),如下為這部分的C#典型代碼:

using OPCAutomation;

private OPCServer m_server = null;

private OPCGroup m_group = null;

private OPCItem m_item1,m_item2;

m_server = new OPCServer();

m_server.Connect("Kepware.KEPServerEX.V5","192.168.10.10");

m_server.OPCGroups.DefaultGroupUpdateRate = 1000;

Assert(m_server.ServerState == (int)OPCServerState.OPCRunning));

m_group = m_server.OPCGroups.Add("OPCDevice");

m_item1 =m_group.OPCItems.AddItem("PLC01.OP010.STS_AlarmCode",1);

m_item2 =m_group.OPCItems.AddItem("PLC01.OP010.RCP_RecipeDownloadCtrl",2);

object objValueRead = null;

object objQuality = null;

object objTimeStamp = null;

m_item1.Read(OPC_DS_DEVICE,objValueRead,objQuality,objTimeStamp);

object objValueWrite = (int) 2;

m_item2.Write(objValueWrite);

…

m_server.Disconnect();

4.3 配方運(yùn)行程序開(kāi)發(fā)

配方在可編程序控制器內(nèi)運(yùn)行,本項(xiàng)目使用了西門(mén)子S7-1200可編程序控制器。

配方運(yùn)行程序控制流程的運(yùn)行。在工件到達(dá)工位時(shí),先進(jìn)行流程的初始化,掃描工件類(lèi)型,再向服務(wù)器請(qǐng)求下載當(dāng)前類(lèi)型的配方。工位根據(jù)配方步驟一條一條地執(zhí)行,不同的步類(lèi)型和運(yùn)行參數(shù)決定了當(dāng)前的運(yùn)行方式。步的類(lèi)型主要有掃描步、擰緊步、涂膠步、測(cè)試步、結(jié)束步等。配方運(yùn)行程序流程如圖5所示。

▲圖5 配方運(yùn)行程序流程

4.4 工位界面程序開(kāi)發(fā)

生產(chǎn)線客戶端程序依賴于上運(yùn)行的服務(wù)器程序,兩者之間是客戶端與服務(wù)器之間的關(guān)系。每臺(tái)客戶端可通過(guò)配置文件里的工位號(hào)參數(shù),配置成不同的工位,獨(dú)立運(yùn)行,支持通用串行總線掃描槍。

客戶端程序安裝后,開(kāi)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng),自動(dòng)連接服務(wù)器,自動(dòng)連接掃描槍,提供手動(dòng)輸入條碼和手動(dòng)設(shè)置擰緊槍程序號(hào)功能,支持工位的啟動(dòng)、停止操作,支持報(bào)警狀態(tài)顯示和報(bào)警復(fù)位等。

軟件啟動(dòng)后,將顯示主頁(yè)面,OP010-2頁(yè)面界面如圖6所示。

▲圖6 OP010-2主頁(yè)面界面▲圖7 OP010-2工序參數(shù)界面

工序運(yùn)行過(guò)程中,可編程序控制器執(zhí)行配方運(yùn)行程序,通過(guò)通信將當(dāng)前工序的步數(shù)、類(lèi)型、工序內(nèi)容等參數(shù)傳遞給工序觸摸屏,如圖7所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者針對(duì)新能源電控裝配線,設(shè)計(jì)配方系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了工序的參數(shù)化運(yùn)行。在非標(biāo)自動(dòng)化領(lǐng)域,傳統(tǒng)的設(shè)備開(kāi)發(fā)方法為當(dāng)需要增加工序或設(shè)備時(shí),總是由工程師進(jìn)行程序修改和調(diào)試,這樣需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力,設(shè)備也無(wú)法快速投入生產(chǎn)。通過(guò)應(yīng)用配方技術(shù),采用配方化運(yùn)行方式,可以大大提高設(shè)備的投入效率,維護(hù)也更為方便。