組態(tài)仿真控制技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用研究

肖曉彬，羅順景

（韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

組態(tài)仿真控制技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用研究

肖曉彬，羅順景

（韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

摘要：模塊化自動(dòng)生產(chǎn)線是一種將氣動(dòng)技術(shù)和電氣技術(shù)等多種工業(yè)技術(shù)集于一體的結(jié)合，它是由物料運(yùn)輸傳動(dòng)系統(tǒng)和操作系統(tǒng)組成.通過(guò)使用組態(tài)軟件制作和仿真自動(dòng)化生產(chǎn)線，可以通過(guò)畫(huà)面直觀顯示生產(chǎn)流程，還可以在畫(huà)面上模擬操作生產(chǎn)流程控制監(jiān)控.本文主要論述了組態(tài)王KingView軟件的功能和特點(diǎn)及其在模塊化自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中的控制和監(jiān)控作用及實(shí)現(xiàn).該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)，生產(chǎn)線實(shí)際狀況圖像顯示、系統(tǒng)故障報(bào)警和停電等多個(gè)功能.

關(guān)鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)；組態(tài)軟件；自動(dòng)化生產(chǎn)線

自動(dòng)生產(chǎn)線是在生產(chǎn)領(lǐng)域，對(duì)加工處理的原料、原材料運(yùn)輸?shù)慕M裝，和原材料檢驗(yàn)等一系列流程組成的生產(chǎn)線.隨著個(gè)人電腦在控制技術(shù)領(lǐng)域和工業(yè)生產(chǎn)的信息化獲得飛快發(fā)展，大量自動(dòng)生產(chǎn)線已經(jīng)改變了傳統(tǒng)的手動(dòng)控制模式，轉(zhuǎn)向了自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng).組態(tài)軟件［1］是一個(gè)用戶可以快速編輯設(shè)計(jì)自己的人機(jī)界面的軟件工具，它能支持大多數(shù)品牌的工業(yè)控制設(shè)備和多種通信上常用的協(xié)議，并提供了數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能.基于組態(tài)王［2］的生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化有著重要意義，通過(guò)組態(tài)王組態(tài)軟件可以設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線實(shí)況監(jiān)控、系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)故障報(bào)警管理等功能.

1模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)［3］是工廠自動(dòng)化生產(chǎn)線的縮小化模型，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)上料、搬運(yùn)、加工、安裝、分類入庫(kù)等流程.模塊化、綜合性、易擴(kuò)充等是該生產(chǎn)系統(tǒng)具有的特點(diǎn)，因此能創(chuàng)造出一個(gè)具有可操作的、近似真實(shí)工業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境.為了組成大型的加工、裝配生產(chǎn)線，該模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)采用了先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和現(xiàn)代氣動(dòng)技術(shù)［4］.模塊單元包括：上料單元、加工單元、安裝單元、搬運(yùn)單元、分類單元.模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖如圖1.

圖1　模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖

2模塊化自動(dòng)生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

模塊化自動(dòng)生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)是由上位機(jī)、下位機(jī)兩個(gè)部分組成的結(jié)構(gòu)，上位機(jī)是基于組態(tài)王軟件KingView 6.52設(shè)計(jì)的上位機(jī)［5］，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)狀態(tài)、管理數(shù)據(jù)，控制并管理系統(tǒng)的運(yùn)行模式；本文下位機(jī)則是三菱PLC.該系統(tǒng)的基本組成是在每個(gè)站點(diǎn)采用三菱FX2N系列PLC［7］作為控制CPU，通過(guò)傳感器檢測(cè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)與控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行，并接受上位機(jī)的監(jiān)控.圖2是監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.上位機(jī)是在PC端運(yùn)行監(jiān)控，通過(guò)RS485端口跟PLC連接并通信；現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)站點(diǎn)通過(guò)按鈕、電磁閥、傳感器等與PLC進(jìn)行信號(hào)傳遞，并控制電機(jī)等設(shè)備運(yùn)行.

圖2　監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3　自動(dòng)生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的通信設(shè)置

監(jiān)控系統(tǒng)與PLC之間通過(guò)RS485串口連接，具體通信設(shè)置如下：1） 建立FX2N的PLC程序［7］；2）選擇通訊協(xié)議并設(shè)置通訊參數(shù)，站號(hào)根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)置.設(shè)置完，并下載到PLC后需將PLC斷電重啟，以保證設(shè)置生效.如此設(shè)置后，不需要在PLC程序中設(shè)置D8120和D8121，此時(shí)D8120為E080，D8121為相應(yīng)站號(hào)；3）在組態(tài)王中新建設(shè)備，選擇FX2N_485［8］通訊口，選擇端口，填入地址（站號(hào)）；4） 設(shè)置組態(tài)王中串口參數(shù)；5）在組態(tài)王中定義I/O變量.組態(tài)王與PLC的通信設(shè)置完成.

3.2組態(tài)王的工程編輯畫(huà)面

通過(guò)組態(tài)王制作的監(jiān)控主界面有三個(gè)區(qū)域，分別是控制按鈕區(qū)、狀態(tài)顯示區(qū)、仿真區(qū).狀態(tài)顯示區(qū)是標(biāo)題、運(yùn)行狀態(tài)和工件信息；仿真區(qū)是以動(dòng)畫(huà)的形式的顯示生產(chǎn)系統(tǒng)的過(guò)程和狀態(tài)；控制按鈕區(qū)則是由功能按鈕組成，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)運(yùn)行啟動(dòng)、停止、退出等功能.本節(jié)下文將對(duì)各個(gè)站點(diǎn)功能工作說(shuō)明，圖3是各個(gè)站點(diǎn)繪制的監(jiān)控畫(huà)面.圖中左上方是上位機(jī)的首頁(yè)面，通過(guò)按鈕可以切換到其他模塊站的畫(huà)面.其余是各個(gè)模塊功能站的畫(huà)面，各個(gè)畫(huà)面都有對(duì)應(yīng)功能演示動(dòng)畫(huà)和控制系統(tǒng)啟動(dòng)停止的按鈕.

圖3　各個(gè)站點(diǎn)的監(jiān)控畫(huà)面

（1）供料站的監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì).供料站是有料倉(cāng)、運(yùn)料機(jī)械手和推料氣缸三部分組成.料倉(cāng)里面裝有工件原料，在料倉(cāng)底部裝有傳感器，該傳感器是用來(lái)檢測(cè)料倉(cāng)是否有原料.當(dāng)料倉(cāng)里面有料時(shí)，推料氣缸將工件原料退出料倉(cāng)，然后運(yùn)料機(jī)械手將原料搬運(yùn)到下一站進(jìn)行下一步的加工工作.

（2）搬運(yùn)站的監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì).搬運(yùn)站是一水平運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手.當(dāng)上料監(jiān)測(cè)站上料完畢就會(huì)通過(guò)串口通訊，將工作完畢的信號(hào)發(fā)給搬運(yùn)站，搬運(yùn)站在接到信號(hào)之后，機(jī)械手將原料搬運(yùn)到下一站進(jìn)行下一步工序.

（3）加工站的監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì).在上一個(gè)站工作完畢之后，原料就進(jìn)入了加工站.原料都被運(yùn)至一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)上，轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)旋轉(zhuǎn)，依次對(duì)每個(gè)原料進(jìn)行加工.

（4）安裝站監(jiān)控的設(shè)計(jì).安裝站就是機(jī)械手用吸盤(pán)將小型工件吸起來(lái)，然后安裝到已經(jīng)加工好的大型工件上.安裝成功后產(chǎn)品就被運(yùn)走.

（5）分類存儲(chǔ)站.分類站，就是通過(guò)坐標(biāo)定位倉(cāng)庫(kù)，然后用汽缸把產(chǎn)品推入倉(cāng)庫(kù).

（6）生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)組態(tài)畫(huà)面.在生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)中，能清楚看到各類產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，以及各個(gè)站的數(shù)量也能顯示出來(lái).

4監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行

通信連接設(shè)置和畫(huà)面制作完成后，將控制核心PLC轉(zhuǎn)換到運(yùn)行狀態(tài)，然后在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上打開(kāi)運(yùn)行組態(tài)王KingView 6.52軟件，找到并打開(kāi)先前已經(jīng)制作好的監(jiān)控畫(huà)面，并點(diǎn)擊切換到運(yùn)行系統(tǒng).進(jìn)入監(jiān)控界面后，要對(duì)監(jiān)控畫(huà)面的動(dòng)畫(huà)顯示進(jìn)行觀察，觀察其狀態(tài)是否與自動(dòng)化生產(chǎn)線的現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備是同步運(yùn)行的，檢查監(jiān)控畫(huà)面上的動(dòng)畫(huà)連接、變量連接和動(dòng)畫(huà)功能是否正常正確.在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，可以返回到組態(tài)王編輯畫(huà)面中修改，如此循環(huán)調(diào)試直至監(jiān)控系統(tǒng)能正確無(wú)誤運(yùn)行.

5結(jié)語(yǔ)

本自動(dòng)化生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)將三菱FX2N系列PLC和組態(tài)王KingView 6.52組態(tài)軟件結(jié)合到一起，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)仿真監(jiān)控和運(yùn)行管理設(shè)置，在畫(huà)面中提供顯示了系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì).系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好；系統(tǒng)界面顯示友好，能直觀演示系統(tǒng)運(yùn)行流程，雖然目前只是用于仿真監(jiān)控，如果加以改進(jìn)用到實(shí)際項(xiàng)目，實(shí)用性將會(huì)大大增加.

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：李婉）

中圖分類號(hào)：TP29

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1007-5348（2016）04-0028-04

［收稿日期］2016-03-27 ［基金項(xiàng)目］2014年度廣東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（201410576039）.

［作者簡(jiǎn)介］肖曉彬（1992-），男，廣東揭陽(yáng)人，韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院學(xué)生；研究方向：自動(dòng)控制.

Application Configuration Simulation Control Technology in Automatic Production Lines

XIAOXiao-bin，LUOShun-jing
（InstituteofPhysics,Mechanical andElectrical Engineering，ShaoguanUniversity，Shaoguan512005，Guangdong，China）

Abstract:Modular automatic production line is a pneumatic technology and electrical technology and other industrial technologiescombinedinoneset，whichismade material handlingequipmenttransmissionandoperating system.By using the configuration software to create and simulate automated production lines，the production process can be visually displayed through the screen，it can also simulate the operation of the production process control monitor onthescreen.This articlediscusses theKingviewsoftwarefeatures and functions,and its roleinthe control and monitoring of modular automated production systems and implementation.The monitoring systemis to achieve the current production status monitoring system，the actual situation of the production line of the image display，apluralityoffunctional systemfailurealarm,andpowerfailures.

Key words:monitoringsystem；configurationsoftware；automatedproductionli