王俊美，榮 曄，林 亮

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無(wú)錫機(jī)電分院，江蘇 無(wú)錫 214028）

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，通過(guò)構(gòu)建工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以使生產(chǎn)流程更加精確，更有效地管理生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)[1]。自動(dòng)化包裝生產(chǎn)線覆蓋面大，應(yīng)用范圍廣，設(shè)計(jì)利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和集成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳至監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控物料包裝生產(chǎn)線工作過(guò)程。

1 包裝生產(chǎn)線工藝流程

自動(dòng)化物料包裝生產(chǎn)線通常由自動(dòng)包裝機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助工藝裝置組成，完成物料的給袋、稱重、檢測(cè)、裝袋、封口、裝箱等工藝流程。本文以包裝生產(chǎn)線中負(fù)責(zé)各個(gè)部件之間的輸送和配合的傳動(dòng)系統(tǒng)為例，研究設(shè)計(jì)基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控平臺(tái)。

以物料包裝生產(chǎn)線中的給袋、裝袋、封口工序間傳送為例，包裝袋存放在A 站，運(yùn)行時(shí)，由A站傳送至B 站，物料在B 站完成加料、稱重和裝袋，裝袋后傳送至C 站封口。集成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的皮帶上開有定位孔，傳動(dòng)裝置在A、B、C 三個(gè)站點(diǎn)分別裝有對(duì)射激光光電傳感器，分別為1 號(hào)、2號(hào)、3 號(hào)傳感器。起始位置即定位孔到達(dá)1 號(hào)傳感器的位置，當(dāng)采集到1 號(hào)傳感器的電信號(hào)，即皮帶運(yùn)行至A 站。當(dāng)2 號(hào)或3 號(hào)傳感器發(fā)出到位信號(hào)，即皮帶運(yùn)行至B 站或C 站。皮帶在每站的工作時(shí)間由定時(shí)器設(shè)定。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)有自動(dòng)運(yùn)行模式和手動(dòng)模式。為滿足不同物料和劑量的包裝要求，很多企業(yè)采用柔性包裝生產(chǎn)線。設(shè)計(jì)了勻速傳送、變速傳送和往返傳送三種模式。每種模式都可以根據(jù)物料多少，設(shè)定傳送數(shù)量和速度。手動(dòng)模式設(shè)計(jì)有傳送至指定位置、正向、反向傳送等。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

利用ThingWorx 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和Thing Worx-Industrial Connectivity 軟件與羅克韋爾集成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)即可編程自動(dòng)化控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)帶動(dòng)的同步皮帶系統(tǒng)。通過(guò)組態(tài)、編程和平臺(tái)搭建，實(shí)現(xiàn)物料包裝生產(chǎn)線傳動(dòng)單元的自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

系統(tǒng)中各設(shè)備均以工業(yè)以太網(wǎng)連接通信，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖1，Micro820 采集環(huán)境溫度和3 個(gè)光電傳感器信號(hào)，通過(guò)以太網(wǎng)上傳至Compactlogix 控制器，運(yùn)動(dòng)控制部分由Compactlogix 控制器通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)同步輪帶動(dòng)皮帶運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有PV800 觸摸屏實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)控，同時(shí)利用ThingWorx 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)與ThingWorx-Industrial Connectivity 軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括利用CCW 軟件對(duì)Micro820組態(tài)編程及對(duì)2711R-T7T 工業(yè)觸摸屏進(jìn)行組態(tài)和利用Studio5 000 平臺(tái)對(duì)伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)及編程。在Studio5 000 中配置伺服驅(qū)動(dòng)器K5 500，包括IP 地址、版本號(hào)，電壓、電流等。配置運(yùn)動(dòng)軸，關(guān)聯(lián)驅(qū)動(dòng)器K5 500 模塊。軟件編程時(shí)，根據(jù)工藝流程，通過(guò)判斷光電傳感器信號(hào)和各工作站工作時(shí)間，控制傳送帶的啟停。伺服運(yùn)動(dòng)控制在進(jìn)行伺服定位操作之前，設(shè)計(jì)將運(yùn)動(dòng)軸的回原點(diǎn)即初始化作為子程序。同時(shí)對(duì)啟動(dòng)未回原點(diǎn)、超速、超行程、超溫報(bào)警等，設(shè)計(jì)有專門的報(bào)警處理子程序，由主程序直接調(diào)用。自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)模式作為兩個(gè)并行子程序，由主程序通過(guò)跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)模式之間的轉(zhuǎn)換。

3 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)有現(xiàn)場(chǎng)操作終端和物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)兩種形式?，F(xiàn)場(chǎng)操作終端即常用的工業(yè)觸摸屏，直接安裝在生產(chǎn)線上，作為人機(jī)交互平臺(tái)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行控制以及參數(shù)、狀態(tài)顯示等。物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)報(bào)警，故障統(tǒng)計(jì)等多種功能[2]。

3.1 觸摸屏監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中PV800 觸摸屏直接和CompactLogix 控制器通過(guò)以太網(wǎng)通信，監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)為主界面、連續(xù)運(yùn)行和往返傳送2 個(gè)單元畫面以及報(bào)警信息畫面，如圖2 所示。主界面包含“上電”“掉電”“急?！薄白詣?dòng)運(yùn)行”“手動(dòng)模式”等命令按鍵以及“行程顯示”“當(dāng)前位置”“當(dāng)前速度”“工作溫度”等參數(shù)顯示。

圖2 觸摸屏監(jiān)控畫面

連續(xù)運(yùn)行模式畫面設(shè)計(jì)，連續(xù)運(yùn)行分勻速和變速兩種情況，按照傳送單元中A、B、C 三站的位置和工作時(shí)間，用數(shù)字輸入的形式設(shè)定包裝傳送數(shù)量和轉(zhuǎn)速，利用光電傳感器信號(hào)控制皮帶運(yùn)行到位。往返運(yùn)行模式，可以設(shè)定包裝傳送數(shù)量和轉(zhuǎn)速，讓皮帶在A、B 兩站往返運(yùn)行。同時(shí)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式下的“正轉(zhuǎn)”“反轉(zhuǎn)”“傳送至指定位置”等。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)的搭建，本系統(tǒng)利用Thing Worx Industrial Connectivity 軟件連接CompactLogix控制器，監(jiān)測(cè)控制器的各類數(shù)據(jù)標(biāo)簽值。與ThingWorx 平臺(tái)無(wú)縫集成，快速實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的搭建[3]。建立系統(tǒng)工業(yè)連接，通過(guò)新建通道、添加設(shè)備、標(biāo)記和設(shè)置ThingWorx 屬性幾個(gè)環(huán)節(jié)完成。連接成功后，點(diǎn)擊“QC”，可查看控制器中的標(biāo)簽值。利用ThingWorx 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)監(jiān)測(cè)集成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)施過(guò)程及操作要點(diǎn)如表1 所示。

表1 搭建工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)流程

Mashup 監(jiān)控界面同樣可以分為主界面和單元界面，根據(jù)監(jiān)控需求可以選擇傳送模式、設(shè)置傳送數(shù)量和速度等，控制系統(tǒng)即按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行傳送。另外平臺(tái)還設(shè)計(jì)了4 種郵件報(bào)警，分別是超速、超限位、超溫和未回原點(diǎn)報(bào)警。經(jīng)測(cè)試，通過(guò)訂閱報(bào)警，設(shè)置報(bào)警源，啟用郵件報(bào)警，當(dāng)參數(shù)超過(guò)設(shè)定值，設(shè)定郵箱會(huì)收到用戶報(bào)警郵件，以便做相應(yīng)處置。

4 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)采用的ThingWorx 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)軟件，可以連接不同的設(shè)備和應(yīng)用系統(tǒng)，從多個(gè)數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)行預(yù)測(cè)和給出優(yōu)化建議[4]。在工廠智改數(shù)轉(zhuǎn)進(jìn)程中，遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)測(cè)維護(hù)是重要內(nèi)容，如引入機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等，需要做進(jìn)一步的研究。