基于CANBUS的混合混色注塑生產(chǎn)成型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)某塑膠廠傳統(tǒng)的混合混色注塑生產(chǎn)成型工藝中存在分散的設(shè)備占地面積多，生產(chǎn)效率低，機(jī)位人手多且生產(chǎn)成本高的問題，設(shè)計(jì)基于CAN—BUS的混合混色注塑生產(chǎn)成型系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用兩套注塑生產(chǎn)設(shè)備和專用控制傳送帶，通過CAN—BUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行高速通信，人機(jī)界面進(jìn)行監(jiān)視控制，以達(dá)到協(xié)調(diào)生產(chǎn)混合混色注塑產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)要求。從應(yīng)用效果來看，該系統(tǒng)不僅能夠縮短生產(chǎn)周期，減少人力成本和占地面積，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)一步提高了對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)管理水平。

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關(guān)鍵詞：CANBUS； 人機(jī)界面； 監(jiān)視控制

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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Design of Mixed Injection Molding Production System Based on CANBUS

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ZHOU Xien1，LUO Fei1，DENG Xiaoyan1，CHE Fengjiao2

（1.Institute of Automation Science and Engineer， South China University of Technology， Guangzhou510641，China；

2. Huiyang Allan plastic electrical industrial Co.LTD， Huizhou516035，China）

Abstract：Due to the problems of the traditional mixed injection molding production，such as the dispersed devices which take up too much area， the low production efficiency， the large number of labors， and the highcosts of the production， we designed a new mixed injection molding production system by using the CANBUS. This system employs two sets of injection molding production equipments and a specialized controlling conveyor. In order to meet the demands of automatic production， this system， adopting the CANBUS， can achieve a highspeed communication and a supervisory control with a Manmachine interface. From the application effect， this system can not only be good at shortening the cycletime of the production， reducing the basic costs and downsizing the area for devices， but also can fulfill the function of realtime monitoring for both of the equipments and status of the production， which will enhance the level of site management for production equipments.

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Key words：CANBUS； humancomputer interface； monitoring control

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1引言

隨著人們生活水平的提高，對(duì)塑料產(chǎn)品的需求量越來越大，品種越來越多樣化，特別是對(duì)于軟硬混合混色的塑料產(chǎn)品的需求量增大。塑料產(chǎn)品的核心生產(chǎn)裝置是注塑機(jī)[1]，注塑機(jī)是將熱塑性或熱固性塑料通過塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設(shè)備。它能夠一次成型外形復(fù)雜、尺寸精度高或帶有金屬嵌件的質(zhì)地致密的塑料制品，被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、機(jī)電、汽車、交通運(yùn)輸、建材、包裝等各個(gè)領(lǐng)域[2]。而混合混色塑料產(chǎn)品是指同一產(chǎn)品中，有不同顏色和軟硬不同的塑料組成，這對(duì)于塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)和裝配工藝要求很高，不僅要多臺(tái)注塑機(jī)注塑不同顏色和軟硬不同的塑料配件，還要將這些配件迅速組裝成產(chǎn)品。如果采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，存在分散的設(shè)備占地面積多，生產(chǎn)效率低，機(jī)位人手多且生產(chǎn)成本高的問題。也有改進(jìn)傳統(tǒng)方法進(jìn)行一體化生產(chǎn)，使用一套設(shè)備進(jìn)行軟硬部件連續(xù)注塑，雖然減少了人力，但是也存在設(shè)備改造困難，生產(chǎn)過程復(fù)雜，容易產(chǎn)生不良產(chǎn)品，而且生產(chǎn)周期較長(zhǎng)等問題。

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)既是一個(gè)開放通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布控制系統(tǒng)，它作為智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶，把掛接在總線上、作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基本控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、報(bào)警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化、及控管一體化的綜合自動(dòng)化功能[3]，通過CANBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)能夠很好地實(shí)現(xiàn)混合混色塑料產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)。

計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化2012年9月

第31卷第3期周錫恩等：基于CANBUS的混合混色注塑生產(chǎn)成型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2系統(tǒng)工作原理

現(xiàn)有傳統(tǒng)的混合混色塑料產(chǎn)品生產(chǎn)工藝中，不同原料生產(chǎn)的軟硬部件分別由兩臺(tái)獨(dú)立的注塑機(jī)進(jìn)行注塑成型，注塑機(jī)之間不存在通信，軟硬部件注塑完成后再通過人工進(jìn)行裝配，人工成本較高，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度較低，已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。

針對(duì)傳統(tǒng)混合混色產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的不足，對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖1所示，塑料產(chǎn)品含有兩種不同類型和顏色的塑料，需要兩臺(tái)注塑機(jī)和機(jī)械手協(xié)調(diào)配合工作。當(dāng)硬膠注塑機(jī)完成硬膠部分成型后，由機(jī)械手2將其抓取到專用傳送帶上（此時(shí)硬膠注塑機(jī)繼續(xù)做下一個(gè)產(chǎn)品）。機(jī)械手1得到信息后，去專用傳送帶上取走該未完成產(chǎn)品，并將其放入軟膠注塑機(jī)進(jìn)行軟膠成型，最終產(chǎn)品成型后，由機(jī)械手1將其抓取到產(chǎn)品傳送帶上，然后再到達(dá)專用傳送帶取下一件未完成產(chǎn)品，如此循環(huán)工作，設(shè)備之間的高速通信采用CAN總線技術(shù)[4—5]，并通過上位機(jī)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)化生產(chǎn)。

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圖1混合混色塑膠制品自動(dòng)注塑加工成型生產(chǎn)工藝流程圖

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3硬件配置設(shè)計(jì)

系統(tǒng)裝置采用兩臺(tái)臥式電動(dòng)注塑機(jī)，配以兩臺(tái)可以五自由度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，機(jī)械手通過專用控制器控制，生產(chǎn)的制品通過專用定位控制傳送帶和產(chǎn)品傳送帶傳送，整個(gè)裝置設(shè)備之間采用CANBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行高速通信，使整個(gè)裝置能夠自動(dòng)協(xié)調(diào)進(jìn)行注塑加工成型生產(chǎn)。硬件具體配置如下：

注塑機(jī)為日本FANUC公司生產(chǎn)的臥式電動(dòng)注塑機(jī)，機(jī)械手為WITTMANN公司生產(chǎn)的具有開放式控制結(jié)構(gòu)的可五自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手，其控制器為R8控制器，該控制器可提供靈活接口，用于與電腦或注塑機(jī)高級(jí)通信，增加了用于自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)系的輸入/ 輸出硬件、CanOpen 實(shí)時(shí)接口、以太網(wǎng)接口和USB接口。采用伺服電機(jī)帶動(dòng)專用傳送帶，采用三菱可編程控制器（FX2N）控制伺服電機(jī)。采用三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)產(chǎn)品傳送帶。

4基于CANBUS的通信設(shè)計(jì)

整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)備之間以及與上位機(jī)的高速通信均通過CANBUS進(jìn)行，上位機(jī)采用PC機(jī)設(shè)計(jì)人機(jī)界面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，如圖2所示。

由于上位機(jī)PC機(jī)本身不帶CAN接口[6]，所以采用致遠(yuǎn)公司的PCCAN接口卡USBCANII智能CAN接口卡[7]，使PC機(jī)可以通過USB總線連接至CAN網(wǎng)絡(luò)，該接口卡自帶光電隔離模塊，增強(qiáng)了系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可靠性。控制注塑機(jī)和伺服電機(jī)的PLC具有RS—232串行功能[8]，為了實(shí)現(xiàn)PLC與CAN總線進(jìn)行通信，采用致遠(yuǎn)公司的CAN232MB智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器可以快速將RS232通信設(shè)備連接到CANBUS現(xiàn)場(chǎng)總線。

圖2CANBUS通信設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖

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5人機(jī)界面設(shè)計(jì)

上位機(jī)的人機(jī)界面是在WINCC V6.0平臺(tái)上設(shè)計(jì)的[9—10]，WINCC集生產(chǎn)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化于一體，利用組態(tài)技術(shù)的組態(tài)界面實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制、監(jiān)視，其良好的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的有效監(jiān)控。

在界面顯示方面，建立監(jiān)控系統(tǒng)啟動(dòng)界面，加料監(jiān)控界面、注塑機(jī)監(jiān)控界面、機(jī)械手監(jiān)控界面和傳送帶監(jiān)控界面。每個(gè)監(jiān)控界面都建立相應(yīng)監(jiān)控面板，在面板上放置文本框、按鈕、數(shù)字框等控件來完成對(duì)CAN總線上的數(shù)據(jù)顯示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的監(jiān)控。界面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示：

圖3界面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖

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6結(jié)語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)混合混色塑膠制品生產(chǎn)工藝的不足，利用CANBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將分散的設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控，提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，形成混合混色注塑生產(chǎn)成型自動(dòng)化系統(tǒng)。從實(shí)際應(yīng)用效果來看，每個(gè)塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)周期至少減少4秒，降低了產(chǎn)品不良率。對(duì)于生產(chǎn)該類型的塑料，若實(shí)行三班倒，每套生產(chǎn)線節(jié)約送料、注塑、裝配人員18人。今后還可以通過優(yōu)化機(jī)械手動(dòng)作程序等進(jìn)一步縮短生產(chǎn)周期，為企業(yè)節(jié)省了大量的勞動(dòng)力成本，提高了生產(chǎn)效率并提升了對(duì)生產(chǎn)車間的管理水平，能夠使企業(yè)更好地達(dá)到“優(yōu)質(zhì)、高效、低耗”目標(biāo)，可以使企業(yè)在注塑行業(yè)發(fā)展中占據(jù)領(lǐng)先地位，在同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)。

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