基于組態(tài)王的自動(dòng)裝配機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

林豐 何用輝

（福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

1 引言

在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，自動(dòng)裝配已成為現(xiàn)代工廠生產(chǎn)、物流過(guò)程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)之一。組態(tài)王（KingView）是北京亞控科技發(fā)展有限公司融合人機(jī)界面系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工控組態(tài)軟件。基于組態(tài)王的自動(dòng)裝配機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)意義顯著，通過(guò)組態(tài)王軟件平臺(tái)可有效設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配機(jī)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警管理、報(bào)表查詢輸出等功能[1]。

2 自動(dòng)裝配機(jī)組成結(jié)構(gòu)與功能

自動(dòng)裝配機(jī)主要用于將半成品與其它零件配合裝配，形成成品，主要結(jié)構(gòu)分為輸送模塊、提取裝配模塊、配件送料槽及固定支架四部分，如圖1所示。整個(gè)自動(dòng)裝配機(jī)通過(guò) PLC實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制運(yùn)行；輸送模塊通過(guò)MM430變頻器驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行工作，為傳送帶輸送裝配物件提供動(dòng)力；提取裝配模塊通過(guò)氣缸、真空吸盤協(xié)調(diào)配合從配件料槽中吸取裝配配件，有序執(zhí)行待裝配物件的裝配工作。

圖1 自動(dòng)裝配機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3 自動(dòng)裝配機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 為自動(dòng)裝配機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。自動(dòng)裝配機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用上、下位機(jī)的組織結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)分為上位機(jī)監(jiān)控層和 PLC現(xiàn)場(chǎng)控制層兩部分。上位機(jī)監(jiān)控層基于組態(tài)王軟件KingView 6.52運(yùn)行于上位監(jiān)控機(jī)，通過(guò)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、管理數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制與遠(yuǎn)程管理的運(yùn)行模式。PLC現(xiàn)場(chǎng)控制層采用西門子S7-200系列的PLC作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，直接檢測(cè)與控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（按鈕、傳感器、MM430變頻器、電磁閥等）的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)采集過(guò)程數(shù)據(jù)，接受上位監(jiān)控機(jī)的監(jiān)控，通過(guò)西門子PC/PPI電纜實(shí)現(xiàn)與上位監(jiān)控機(jī)互換數(shù)據(jù)信息。PLC將自動(dòng)裝配機(jī)系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)采集到組態(tài)王對(duì)應(yīng)變量中，由組態(tài)王進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理；同時(shí)根據(jù)上位機(jī)指令和程序設(shè)置控制現(xiàn)場(chǎng)工作設(shè)備執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作[2]。

圖2 自動(dòng)裝配機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

4 自動(dòng)裝配機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本自動(dòng)裝配機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)采用KingView 6.52工控組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，其設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)包括自動(dòng)裝配機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信設(shè)置、構(gòu)建過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)、組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)與編程等方面內(nèi)容。

4.1 自動(dòng)裝配機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信設(shè)置

自動(dòng)裝配機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)組態(tài)王 KingView 6.52與下位機(jī)的PLC之間采用PPI協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信，PLC與上位機(jī)通過(guò)西門子PC/PPI電纜物理連接，利用STEP 7 –Micro/WIN 4.0編程軟件和組態(tài)王軟件進(jìn)行通信配置即可。

1)在STEP 7 –Micro/WIN 4.0編程軟件“系統(tǒng)塊”的“通信端口”中設(shè)置端口1的PLC地址為2，波特率為9600b/s；同時(shí)完成自動(dòng)裝配機(jī)控制程序的編制，完成后下載到PLC中，使更改的參數(shù)生效。

2)雙擊組態(tài)王工程瀏覽器目錄中“設(shè)備”項(xiàng)目下的 COM1，在串口設(shè)置界面中設(shè)置波特率為9600b/s；設(shè)置奇偶校驗(yàn)為“偶校驗(yàn)”；設(shè)置數(shù)據(jù)位為“8”；設(shè)置停止位為“1”；設(shè)置通信方式為“RS232”，以完成對(duì) COM1的通信設(shè)置。選擇組態(tài)王工程瀏覽器 “設(shè)備”項(xiàng)目中的COM1，雙擊其右側(cè)的“新建…”圖標(biāo)，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А保来芜x擇PLC、西門子、S7-200系列、PPI；將設(shè)備邏輯命名為 S7-200；選擇串口號(hào)COM1；設(shè)備地址設(shè)置指南中設(shè)置PLC地址2；默認(rèn)通信參數(shù)。完成設(shè)備配置后，右鍵單擊工作區(qū)顯示的“S7-200” 圖標(biāo)，選擇“測(cè)試 S7-200”，測(cè)試組態(tài)王軟件與PLC是否能正常通信[3]。

4.2 構(gòu)建過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)

組態(tài)王軟件需預(yù)先構(gòu)建過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)方可實(shí)時(shí)采集自動(dòng)裝配機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，組態(tài)王工程瀏覽器“數(shù)據(jù)庫(kù)”的“數(shù)據(jù)詞典”直接構(gòu)建過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)工作區(qū)的“新建…”圖標(biāo)進(jìn)行定義變量，命名變量名，相應(yīng)選擇定義變量類型、連接設(shè)備、寄存器、數(shù)據(jù)類型；設(shè)置采集頻率；設(shè)置讀寫屬性；可在定義變量的描述文本中輸入對(duì)該變量的描述內(nèi)容。使用同樣的方法靈活組態(tài)自動(dòng)裝配機(jī)系統(tǒng)中的其它變量，表1和表2分別為本系統(tǒng)中組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典中定義的內(nèi)存變量和結(jié)構(gòu)變量。

表1 組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典中定義的內(nèi)存變量

表2 組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典中定義的部分結(jié)構(gòu)變量

4.3 組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)與編程

考慮到自動(dòng)裝配機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控的過(guò)程變量和實(shí)際功能，設(shè)計(jì)了監(jiān)控主界面、報(bào)警界面、生產(chǎn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)等界面，其中自動(dòng)裝配機(jī)監(jiān)控主界面如圖3 所示。

圖3 自動(dòng)裝配機(jī)監(jiān)控主界面

監(jiān)控主界面主要由標(biāo)題顯示區(qū)、狀態(tài)顯示區(qū)、動(dòng)畫仿真區(qū)3個(gè)區(qū)域組成，動(dòng)態(tài)仿真自動(dòng)裝配機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況。在主界面上側(cè)的標(biāo)題顯示區(qū)中標(biāo)注有監(jiān)控界面標(biāo)題及顯示日期時(shí)間；在其右側(cè)的狀態(tài)顯示區(qū)主要顯示主機(jī)狀態(tài)、當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)、物件顯示狀態(tài)以及各操作指示元件；動(dòng)畫仿真區(qū)直觀形象的顯示實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)自動(dòng)裝配機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程。在監(jiān)控界面上添加“生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)”和“退出”兩個(gè)按鈕控件，分別用于界面切換和監(jiān)控界面退出。

完成監(jiān)控界面制作后，進(jìn)行界面上控件的動(dòng)畫連接設(shè)置。比如進(jìn)行“退出”按鈕控件動(dòng)畫連接時(shí)，在命令語(yǔ)言連接中勾選“按下時(shí)”選項(xiàng)，通過(guò)“事件命令語(yǔ)言”對(duì)話框的“發(fā)生時(shí)”欄里相應(yīng)輸入“close picture（“監(jiān)控界面”）”，完成該事件命令語(yǔ)言的編寫[4]。其它控件的動(dòng)畫連接方式也是類似的。

完成各個(gè)控件的動(dòng)畫連接設(shè)置后，還需編寫整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用程序命令語(yǔ)言。選擇組態(tài)王工程瀏覽器左側(cè)命令語(yǔ)言目錄的“應(yīng)用程序命令語(yǔ)言”選項(xiàng)，雙擊其則出現(xiàn)“應(yīng)用程序命令語(yǔ)言”對(duì)話框，在此對(duì)話框中編寫自動(dòng)裝配機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用程序命令語(yǔ)言腳本程序，在“運(yùn)行時(shí)”欄里輸入以下程序：

If （\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——M31= =1）

\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——橫臂伸出量=\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——橫臂伸出量+1；

If （\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——M41= =1||\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——M35= =1||\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——M36= =1|| \本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——M37= =1）

\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——橫臂伸出量=\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——橫臂伸出量-1；

If （\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——M36= =1）

{

If（\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——物件移動(dòng)量1>=20）

\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——物件移動(dòng)量 1=\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——物件移動(dòng)量1+1;

If （\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——物件移動(dòng)量2>=20）

{\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——物件移動(dòng)量2=\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——物件移動(dòng)量2+1;

\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——物件移動(dòng)量3=\本站點(diǎn)自動(dòng)裝配站——物件移動(dòng)量3+1;

}

}

5 監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行

系統(tǒng)連接設(shè)置和程序檢查無(wú)誤后，將自動(dòng)裝配機(jī)的控制程序下載到 PLC中并運(yùn)行，然后在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上啟動(dòng)組態(tài)王KingView 6.52軟件，并打開(kāi)已經(jīng)制作完成的自動(dòng)裝配機(jī)的組態(tài)工程項(xiàng)目，將其切換到組態(tài)運(yùn)行系統(tǒng)，進(jìn)入監(jiān)控界面。觀察監(jiān)控界面的動(dòng)態(tài)仿真顯示與自動(dòng)裝配機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是否同步運(yùn)行，檢查監(jiān)控界面動(dòng)畫連接控件顯示正確與否。若出現(xiàn)錯(cuò)誤，可以退回到開(kāi)發(fā)系統(tǒng)界面中更改，調(diào)試直至監(jiān)控程序運(yùn)行正常為止。

6 總結(jié)

本自動(dòng)裝配機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合S7-200系列PLC和KingView 6.52組態(tài)軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)裝配機(jī)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作情況實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，也可控制整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，并提供數(shù)據(jù)信息查詢。本系統(tǒng)運(yùn)行軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好；系統(tǒng)界面友好，能逼真觀察系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程，實(shí)用性較強(qiáng)；可滿足系統(tǒng)自動(dòng)控制與管理的要求，具有一定實(shí)用價(jià)值。

[1]何用輝.自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[2]靳雷,王建躍.基于組態(tài)王和PLC在機(jī)械手臂控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].化工自動(dòng)化及儀表,2010,37(3):103-106.

[3]覃貴禮.組態(tài)軟件控制技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2007.

[4]李勝多.基于PLC和組態(tài)王搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2010,11(11):141-145.