MCGS在柴油機涂裝監控系統中的應用

王明武 陳曼龍 楊明亮

(陜西理工學院機械工程學院，陜西 漢中 723003)

0 引言

涂裝生產線是完成對工件表面噴涂保護層或裝飾層的工業涂裝成套設備。我國的涂裝生產線在生產領域中的應用也越來越廣泛，其技術水平和自動化程度雖有很大的提高，但也存在較多問題，需要不斷改進和完善[1]。由于涂裝系統工藝復雜、設備繁多且分散，易造成調度與生產現場脫節，如不能及時有效地監督和控制生產運行的情況，將會嚴重影響生產的順利進行。為實現企業綜合自動化，需對其實施針對柴油機涂裝生產的先進控制工程，以提高企業的自動化生產率。

1 涂裝系統

本文針對柴油機涂裝車間的實際情況，設計出了基于MCGS組態軟件的涂裝監控系統。

1.1 工藝流程

輸送線采用懸掛式輸送機，完成柴油機的自動化輸送、分檢和傳遞。輸送線上的每輛載荷小車均安裝有載碼體，能始終隨柴油機運行。柴油機車身上粘貼有代表該柴油機特征信息的唯一性編碼——條碼。首先，柴油機從上件工位處上線，條碼/載碼設備掃取條碼信息并寫入載碼體，當讀寫操作完成且放行條件滿足時，停止器打開，進行放行;然后，柴油機依次流經包扎屏蔽、脫脂、熱水、吹水、水烘、強冷、噴漆、流平、漆烘、漆冷工位進行相應的工藝處理[2]。隨著吊具的移動，載碼體由此變成了柴油機隨身攜帶數據信息的“智能工件”[3]。最后，涂裝完畢的柴油機在下件工位下線。

1.2 系統構成

涂裝系統的控制設備較多，包括停止器、氣缸、油泵、電磁閥、變頻器、電機、顯示屏以及射頻識別設備等，且分布較分散。為保障監控信息和交換信息準確的傳遞，實現復雜生產過程的自動化，涂裝控制系統使用Profibus總線連接器把涂裝中央控制器、輸送線中央控制器、工業控制計算機這3個主站，以及分散于涂裝車間的各個從站連接成了一個有機聯系的總線網絡。現場主要工位還設置有控制按鈕站，依據不同工位的工序要求進行功能上的細分，從而實現了集中控制和分散操作的控制方式。系統網絡結構如圖1所示。

圖1 系統網絡結構Fig.1 Structure of the systematic network

1.2.1 上層信息管理網絡

涂裝工藝系統和輸送線系統均采用西門子CPU315-2DP PLC作為主站完成相應的工藝控制，它們和中央控制室的上位機一起構成了上層信息管理系統。上位機采用昆侖通態MCGS6.2組態軟件，開發了圖文并茂的監控界面，通過上位機即可實時監控涂裝系統和輸送線系統的生產狀況，完成柴油機信息數據庫的管理。

1.2.2 底層設備控制網絡

底層網絡包括西門子顯示屏MP277、條碼通信模塊CBOX-300、載碼體通信模塊IC-KP-V15B以及DP/DP耦合器，載碼體通信模塊可以連接4個讀寫頭。輸送線系統與條碼通信模塊、載碼體通信模塊通過程序配合實現車身信息的識別跟蹤，并通過DP/DP耦合器與機器人噴漆系統進行信息交換，從而完成柴油機噴漆連鎖控制。

2 監控系統的軟件設計

監視與控制通用系統(monitoring and control generated system，MCGS)是用于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件。MCGS通過對現場數據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制及報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領域有著廣泛應用[4]。

2.1 監控系統要求

監控系統的具體要求主要包括以下幾個方面。

①控制輸送鏈系統設備運行;

②檢測輸送鏈系統和涂裝系統的運行參數;

③利用上位機動態實時監控輸送鏈系統和涂裝系統的運行狀況，并在設備發生故障時，能夠同步顯示相應的故障報警信息;

④動態采集各設備的運行數據，能夠顯示相應工位柴油機的條碼信息，在道岔工位能夠分離出條碼訂貨號信息，從而判斷出柴油機的流向，并把柴油機的顏色信息和軌跡信息反饋給機器人系統進行噴漆;

⑤將運行數據形成通用的數據庫，可對其進行二次開發，為本地數據通過企業局域網進行數據共享奠定基礎;

⑥系統在正常狀態下運行于“自動狀態”，特殊情況下可從自動或手動狀態進入“應急狀態”，保證系統的可靠運行。

2.2 組態程序設計

系統程序設計包含 PLC控制程序設計和監控系統設計兩方面。全線31個工位的控制原理相同，根據工位的控制特點，設計了FB1工位功能塊和FB2定時功能塊。各個工位只需調用功能塊即可完成相應的控制，因而大大減少了程序編輯量，且程序的移植性與重用性較好。監控程序設計選用 MCGS6.2版本組態軟件。MCGS組態軟件所建立的工程由設備窗口、實時數據庫、用戶窗口、主控窗口和運行策略五部分構成。每一部分分別進行組態操作，完成不同的工作，具有不同的特性[5]。組態程序設計流程如圖2所示。

圖2 組態程序設計流程Fig.2 Flowchart of the configuration program design

監控系統利用上位機中安裝的CP5611網卡和SOFT NET軟件，實現了涂裝主控制器、輸送線主控制器和上位機之間的Profibus總線通信，從而互相進行通信和數據交換。組態設備的步驟是先進入“設備窗口頁”，打開設備工具箱，添加一個Profibus-S7父設備，在父設備下再添加Profibus-S7子設備[6]。子設備的部分參數設置要與COM S7中的配置參數一致。

系統使用的變量總計587個，其中包括285個開關量、214個數值量、86個字符量以及2個組對象。監控系統共設計有封面、生產流程圖、生產布局圖、閥門強制操作、信號屏蔽操作、小車初始設定、數據庫系統、涂裝工藝顯示、輸送控制系統報警及涂裝控制系統報警等10余個用戶窗口。

循環策略是利用策略工具箱中的腳本程序構件。它以類似C語言的命令語言編寫系統的控制算法、控制流程和操作處理程序，并設置策略行的條件屬性[7]。監控系統使用了啟動策略、退出策略和循環策略，并在循環策略下面調用了9個用戶策略腳本，以完成特定的程序運行控制和算法處理。

3 監控系統功能

3.1 監控和顯示

系統以圖文并茂的人機界面形式顯示了涂裝工藝系統和輸送線控制系統的運行狀態和各種生產信息，把所需要的狀態數據、執行數據及其他相關控制系統的參數在工控機上一一顯示。

3.2 控制操作

中央控制室對全系統被控設備進行在線實時控制，如啟停某一設備、PLC控制方式的切換以及對現場PLC參數設定值的修改等，并依據控制對象重要性進行不同等級的密碼保護。在初始值設定界面中，操作人員能夠人為地對各個工位小車初始值、輸送線上小車總數、數據庫參數、生產線節拍時間等進行逐一設定，并參與控制、調整有關生產和工藝參數的操作內容，使得柴油機涂裝生產始終處于正常狀態。

3.3 報警功能

監控系統定義了輸送鏈系統報警組和涂裝系統報警組兩個報警組，具有完善的報警功能。輸送鏈系統報警主要包括電源故障、變頻器接觸器故障、張緊驅動裝置故障、空氣壓力故障、積放數設置故障、舌板故障、傳感器故障和急停故障等信息。涂裝系統報警主要包括各種風幕故障、排風機故障、送風機故障、泵故障、超溫故障和設備故障等信息，通過上位機即可迅速地得到相關信息，從而幫助用戶迅速地排除故障，提高了系統的可靠性和可維修性。所有的報警信息均被記錄在報警數據庫中，便于以后事故分析使用。

3.4 信息管理

信息管理主要包括兩個方面，一是能夠從PLC中把柴油機條碼信息讀出并在上位機上顯示，便于操作人員進行車身跟蹤信息管理;二是道岔工位處能夠分離出柴油機的訂貨號信息，從而控制柴油機的流向，決定該部柴油機流向直道還是彎道。如果柴油機流向直道，需要通過DP/DP耦合器把顏色信息、軌跡信息反饋給機器人系統進行噴漆。

整機條碼包含了整機出廠編號和產品定貨號信息，例如條碼為_1409K015210DHP12K0032*01，其中_1409K015210為出廠編號(長度固定為12位)，DHP12為產品型號，DHP12K0032*01為產品訂貨號。因為柴油機型號眾多，產品訂貨號長度不一，所以通過判斷*的固定位置就能夠準確地分離出柴油機的訂貨號，即訂貨號截取的范圍為條碼第13位——“*”位置的后兩位。下面給出部分腳本程序，以供參考。

道岔處分離出訂貨號信息后，訂貨號信息將在條碼數據庫中進行查詢。數據庫是基于VB高級語言開發的。如果該訂貨號與數據庫任何一條記錄相符，執行下列腳本，

此時，存盤數據瀏覽構件刷新，從而返回相應的顏色信息與軌跡信息兩個字段數值，并分別存放在輸送線系統PLC的QW10和QW12(對應于機器人系統PLC相應的輸入緩沖區單元)中。通過PLC程序控制和DP/DP耦合器傳送給機器人系統進行噴漆聯鎖控制。

3.5 信息化集成

中央控制室的上位機通過工廠局域網和采用OPC(OLE for process control)技術實現了信息化集成。MCGS運行時，其本身就是OPC SERVER。這樣，上位機一方面實現對車間的生產進行實時監控，另一方面用作工廠管理網絡和輸送線系統的信息交換站。系統不僅能夠向工廠管理網絡傳送柴油機在相應工位處的條碼、生產線的產量和運行狀態等信息，而且還可以讀取工廠管理網絡下達到車間生產線的工作任務和要求。

4 結束語

本項目利用研華工控機和MCGS組態軟件，開發了柴油機涂裝監控系統。系統不僅完成了涂裝工藝過程和輸送線的實時監控、輸送線與機器人的信息交換等功能，而且集成到了工廠管理網，實現了企業內部的監控系統與管理系統相結合的信息化。

經過一年的生產實踐表明，該系統具有操作簡便、可靠性高等特點，能夠及時了解各生產設備運行狀況，發現和處理設備故障，從而保證涂裝車間能夠連續、可靠、正常地進行自動化大批量生產，使企業收到了良好的社會效益與經濟效益。

[1]王慧忠.涂裝生產線的設備及常見問題[J].輕工機械，2008，26(4)：99 －103.

[2]黃奏美.發動機涂裝生產線設計[J].涂料工業，2005，35(10)：37－41.

[3]沈明，余和清.基于Profibus現場總線的汽車涂裝線網絡自動控制系統[J].自動化技術與應用，2008，27(8)：131 －134.

[4]鄒偉，楊平，徐德.基于MCGS組態軟件的上位機控制系統設計[J].制造業自動化，2008，30(12)：103 －108.

[5]王朝紅.輸送線網絡監控系統的設計與實現[J].長沙航空職業技術學院學報，2006，6(3)：43 －47.

[6]穆偉然，嚴曉農.基于MCGS和S7200的數據采集系統[J].科技創新導報，2008(14)：17 －18.

[7]李訓杰.MCGS組態軟件在供水自動化監控系統中的應用[J].工業控制計算機，2005，18(2)：67 －68.