OMRON PLC工控系統在焊接車間搬送線中的運用

秦美玲廣州市土地房產管理職業學校，廣東廣州 510320

OMRON PLC工控系統在焊接車間搬送線中的運用

秦美玲
廣州市土地房產管理職業學校，廣東廣州 510320

本文主要敘述以OMRON PLC為核心工控系統在焊接車間移栽式搬送線中的應用。系統以GP PROFACE觸摸屏為人機交互界面，MC421為運動控制核心，安川伺服電機為執行元件，基于DEVICE-NET開放式工業網絡，組建以CS1H-CPU66為運算、指揮、調度中心的PLC控制系統。實現設備故障搶修的直觀、快速、精準化。

CS1H；MC421；GP PROFACE；DEVICE-NET

為實現內作成本的下降，同時減輕員工的作業強度，結合現有生產線的空間條件，焊接車間在2007年導入了一套很有創意的懸空安裝的工件搬送系統。但由于成本及工程標準設定的問題，該套設備在導入投產后故障頻繁，已經成為影響焊接車間日生產能力的不穩定的主因。為確保生產能力的達成，該崗位需額外追加4 人/2勤的生產要員去對該工藝流程的品質及生產稼動進行監管，造成過高的設備及人員成本投入。

為徹底解決上述問題，通過全面的比較和分析，認為造成該套設備不穩定的原因主要是搬送設備執行元件的選型設計不合理、人機交互系統不友善導致，這些都可以通過對系統的升級改造來解決。具體可行的辦法是：

1）升級執行元件的配置。變頻電機→伺服電機，變頻器→伺服控制器，實現零件定位的精準化。

2）升級人機交互界面。聲光報警→聲光報警+觸摸屏，實現故障信息顯示的精確化。

3）升級網絡通信的方式。DEVICE NET→DEVICE NET+以太網，實現信息交互的快速化。

1 系統各部件選型依據

1.1 OMRON PLC CS1H的特性及OMRON工控網絡特點

CS1系列PLC的特性：

1）目前OMRON所有PLC中處理速度最快的，容量最大的一個系列。

2）在指令處理速度、數據區容量、程序容量上大大優于C200Hα。

3）有較多可以自由使用的特殊單元，便于控制伺服電機的動作。

1.2 OMRON MC421運動控制模塊的特性

CSIW-MC421是CSI系列的4軸動作控制器，它內置G語言程序，可以實現橫切功能等高度的定位功能。常用的定位控制方式有2種，分別為PTP控制（Point to Point）：單獨定位各軸的控制。中途路線因移動量、速度等變化；CP控制（Continuous Path）：不但控制起始位置和目標位置，還指定這2點間的路徑。有直線插補、圓弧插補、螺旋圓弧插補、橫切等功能。而本項目改造使用的是PTP控制方式。

1.3 OMRON DRM 21通信模塊特性

CSIW-DRM21是OMRON公司生產的支持DeviceNet通信規約特殊通信模塊，任何廠家的設備，只要是符合DeviceNet的標準，就可以通過它接入到PLC系統，它具備遠程開關量和模擬量的控制及信息通信。而且，模塊特性的設置則可以通過Configurator軟件進行簡單而有效設定的。

1.4 GP PROFACE 觸摸屏特性

我們通常講的GP其實是眾多觸摸屏廠家中的一種，是日本DIGITAL公司的產品，其全名是Pro-face GP，常見為GP2000、GP3000系列。GP與PLC的通信方式常見的有串口通信和以太網通信兩種，可根據通信量和通信速度要求進行自由設定。本項目為了便于日后的維護修改以及提供通信的速度，使用的是以太網通信方式。

2 系統改造設計

2.1 方案改造需求說明

2.1.1 工藝流程

崗位員工完成作業內容→按下作業完成按鈕→空中移栽機從待機位置啟動并前進到人工崗位→空中移栽機上的搬運抓手向下動作抓取工件、完成并上升→空中移栽機返回并到達中間位置→空中移栽機上的搬運抓手旋轉90°→空中移栽機再啟動前行并到達放件位置→空中移栽機上的搬運抓手向下動作，將工件放置到下一工位的傳送設備上→空中移栽機放件完成后返回到原待機位置并旋轉90°恢復設備原待機狀態。

2.1.2 系統功能指標

1）搬運工件重量：50kg。

2）橫向行走速度：800mm/s，垂直動作速度：400mm/s。

3）旋轉角度：30°/s。

4）最大行走距離8 000mm，垂直動作高度1 500mm

5）工件重復定位精度：±0.3mm。

2.1.3 系統經濟、稼動指標

1）削減崗位要員4人/2勤。

2）設備稼動率≥90%。

為了有效的防御和減輕氣象災害，保障人民生命財產安全，國家各級部門不斷制定各類防范措施，取得了一定的效果，對于社會發展起到一定的推動作用。但由于影響預警機制建立和有效運行的因素眾多，因而在實際的工作中，仍存在一定的問題，制約了農業氣象預警的發展。

2.2 總體改造方案

本系統采用OMRON公司的CS1系列PLC為控制、運算和調度中心，型號為CS1H-CPU65H。采用以太網模塊CS1W-ETN01作為與上位機、觸摸屏通信的信使，并以此構建維護用途（監控層）的區域局域網。以CS1WDRM21作為現場開關量輸入設備的運算控制中心，構建設備開關的DEVICE-NET通信網絡。使用OMRON公司的運動控制模塊CS1W-MC421作為移栽機設備的控制中心，運用日本安川公司的伺服驅動器SGDV系列作為執行元件（伺服電機）的驅動單元，采用SGMJV系列伺服電機作為執行元件。使用PROFACE公司的GP4501TW觸摸屏作為人機交互的界面，見表1、圖1。

表1 系統設備清單

2.3 具體實施方案

2.3.1 供電回路、控制回路

按照強、弱電隔離的思路，對電氣回路的供電、控制回路進行升級改造。

2.3.2 觸摸屏設置

觸摸屏要和PLC建立通信，就需要進行必要的設置。

其次，對觸摸屏自身的控制數據以及PLC通信數據地址進行設定。具體為設定觸摸屏開機自動跳轉畫面為20號畫面（標準設定畫面），與PLC的數據通信地址設定為LS10～20對應PLC內部的D5000～D5010。

2.3.3 CX-MOTION設置

使用OMRON公司的CX-MOTION軟件對MC421運動模塊的參數及動作軌跡進行設置。首先編寫G語言程序，詳細描述運動電機的控制邏輯順序。其次，對模塊的運動參數進行設置，如數據存儲位置、設備的移動距離等。

2.3.4 PLC程序

根據啟、保、停的原則重新編寫PLC的所有梯形圖程序。包括系統總的調度、運算程序以及移栽機的邏輯動作程序。

2.4 系統運行的結果

1）工藝流程：100%實現。

2）功能指標：100%實現，其中空中移栽機行走速度：高于目標800mm/s，實績為1 000mm/s；垂直動作速度高于目標400mm/s，實績為500mm/s。

3）經濟、稼動指標：削減崗位要員4人/2勤，稼動率實現93%。

3 結論

出于削減生產小停，員工作業減荷，同時實現故障點的快速發現的目的，而對該零件搬送系統進行升級改造。雖然沿用原有設備的機械主體結構，但通過采用OMRON公司的成熟工控產品系列，同時考慮到生產技術的穩定性而采用技術更成熟的GP PROFACE公司的觸摸屏產品，使整個系統的穩定性及信息交互性得到了極大的提高，為日后設備維護奠定了良好的基礎。總的來說，這是一個成功的升級改造案例。

［1］廖常初.可編程序控制器編程方法與工程應用［M］.重慶：重慶大學出版社，2001.

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［3］張敏.基于均衡生產的汽車焊裝車間作業計劃改善研究［D］.長春：吉林大學，2007.

［4］于建國.持續改善理論在一汽—大眾焊裝車間現場管理的應用研究［D］.長春：吉林大學，2011.

［5］鄭圣德.觸摸屏的類型用途及工藝流程［M］.北京：電子工業出版社，2005.

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1674-6708（2016）168-0175-02

秦美玲，廣州市土地房產管理職業學校。