淺談DVD—R光盤生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張子翌

摘要：本文將介紹采用適用于要求嚴(yán)格實(shí)時(shí)控制的任務(wù)的西門子基于PC的自動(dòng)化軟件PLC產(chǎn)品WinAC RTX；西門子組態(tài)軟件SIMATIC WinCC6.2；三菱Q系列PLC作為驅(qū)動(dòng)裝置的DVD-R光盤生產(chǎn)線新型控制系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】DVD-R光盤 生產(chǎn)線 控制系統(tǒng)

1 光盤生產(chǎn)工藝

DVD-R光盤生產(chǎn)的加工工藝包括：先用注塑機(jī)將原料注塑成形、將注塑機(jī)出來(lái)的碟片冷卻、染料層旋涂、染料層洗邊、干燥、染料層缺陷在線檢測(cè)、反射層濺鍍、保護(hù)層旋涂（CD-R）、粘合層旋涂（DVD±R）、紫外固化、成品光盤在線檢測(cè)、標(biāo)簽層印刷、紫外干燥等。生產(chǎn)工藝的工藝參數(shù)選擇及工藝穩(wěn)定性對(duì)光盤的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)、批量光盤的質(zhì)量穩(wěn)定性及存檔壽命有相當(dāng)大的影響。控制系統(tǒng)的任務(wù)就是要滿足工藝要求的條件下，將整個(gè)系統(tǒng)的速度提高，并且能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

2 控制系統(tǒng)整體方案

2.1 系統(tǒng)組成

整個(gè)生產(chǎn)線包括兩臺(tái)注塑機(jī)，分別從兩個(gè)單元取碟，傳送，冷卻的單元，染料單元，紅外烤爐，打碼機(jī)，檢測(cè)儀，以及后段。整條生產(chǎn)線既可以選擇DVD-R，DVD5以及DVD9模式。

整個(gè)DVD線（DVD-R，DVD5/9）包括西門子控制部分，三菱控制部分，以及進(jìn)口的后段，為了編程，以及控制方便，我們以單元來(lái)劃分。其中西門子部分分為三個(gè)單元，一、二單元分別對(duì)應(yīng)DVD一層碟片的冷卻，傳送，其中DVD-R模式下需要染料，烘干。二單元碟片在DVD-R模式下要經(jīng)過(guò)三菱染料段。三單元也是在DVD-R模式下二單元碟片經(jīng)過(guò)三菱部分后打碼，染料碟片檢測(cè)，烘干，以及將兩層碟片傳到后段。三菱部分進(jìn)行碟片染料。后段對(duì)西門子部分傳送來(lái)的碟片進(jìn)行電鍍，粘合，干燥，最后檢測(cè)等。

主控制系統(tǒng)采用西門子公司開(kāi)發(fā)的基于PC控制的核心組件SIMATIC WinAC；選用適用于要求嚴(yán)格實(shí)時(shí)控制的任務(wù)的WinACRTX。三菱部分采用Q系列PLC完成染料部分的動(dòng)作，同時(shí)控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)所有機(jī)械手臂，傳送帶運(yùn)動(dòng)。上位機(jī)采用西門子組態(tài)軟件SIMATIC WinCC6.2進(jìn)行組態(tài)，完成對(duì)系統(tǒng)的設(shè)置，操作，監(jiān)控，管理。

WinAC RTX（WinAC實(shí)時(shí)型）提供了Windows 2000/XP的實(shí)時(shí)子系統(tǒng)，具有“硬實(shí)時(shí)”和“抗死機(jī)”特性。適應(yīng)于具有高速和精確時(shí)問(wèn)要求的控制任務(wù)的場(chǎng)合，如運(yùn)動(dòng)控制、閉環(huán)控制等。

由于其功能強(qiáng)大的開(kāi)放和靈活的接口，SIMATIC WinAC成為基于PC自動(dòng)化解泱方案的理想平臺(tái)。

（1） WinAC運(yùn)行在基于Windows 2000/XP操作系統(tǒng)下的標(biāo)準(zhǔn)PC平臺(tái)中：

（2）與SIMATIC S7有一致的代碼兼容性，統(tǒng)一的編程環(huán)境，生成的程序也可被SIMATIC S7所使用；

（3）提供了OPC、ActiveX控件、DC，OM接口等方法，與其它PC應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)；

（4）為具有特殊工藝硬件軟件相結(jié)合的控制任務(wù)提供了開(kāi)放的接口。

整個(gè)生產(chǎn)線以ProfiBus-DP做為現(xiàn)場(chǎng)總線，有ProfiBus-DP接口的西門子產(chǎn)品可以很容易的進(jìn)行配置，做為主站，從站，其他廠商的支持DP接口的輸入/輸出，傳感器，執(zhí)行器或其他智能設(shè)備均可以接入ProfiBus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線。WinLC RTX運(yùn)行在西門子工控機(jī)上，通過(guò)CP5613卡作為主站與從站進(jìn)行ProfiBus-DP通信。10個(gè)DP從站包括與三菱，以及后段都是通過(guò)DP Couple進(jìn)行通信：一、二單元的注塑機(jī)；3個(gè)ET200M分布式I/O模塊，1個(gè)ET200S分布式I/O模塊：掃描儀（ETAScanner）；打碼機(jī)（AnyBus）。整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

其中打碼機(jī)需要將DP通過(guò)AnyBus轉(zhuǎn)換成RS232串口通信，圖3昱示了AnyBus在系統(tǒng)中的作用，將主站通過(guò)DP總線發(fā)來(lái)的命令按照預(yù)先設(shè)置好的通信格式，將命令轉(zhuǎn)化成RS232串口通信，將內(nèi)容以ASCII碼格式傳輸?shù)酱虼a機(jī)。

2.2 程序結(jié)構(gòu)

西門子控制部分運(yùn)用SIMATIC ManagerStep7 V5.4標(biāo)準(zhǔn)版作為編程軟件，標(biāo)準(zhǔn)版包括梯形圖（LAD），功能塊圖（FBD），語(yǔ)句表（STL）三種編程語(yǔ)言，如果需要使用其他編程語(yǔ)言，需要單獨(dú)購(gòu)買安裝包和授權(quán)。由于編程的需要我們選用了順序功能圖語(yǔ)言（S7 Graph）。在S7 Graph中，控制過(guò)程被劃分為許多明確定義了功能范圍的步（Step），用圖形清楚地表明整個(gè)過(guò)程的執(zhí)行情況。可以為每一步指定該步要完成的動(dòng)作，由每一步轉(zhuǎn)向下一步的進(jìn)程通過(guò)轉(zhuǎn)換條件進(jìn)行控制，用梯形圖和功能塊圖語(yǔ)言為轉(zhuǎn)換、互鎖和監(jiān)控等編程。

根據(jù)工藝要求，為了便于對(duì)機(jī)械手臂，傳送帶編程，我們采用順序功能圖語(yǔ)言S7 Graph實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂，傳送帶自動(dòng)功能，考慮到手動(dòng)動(dòng)作，以及示教功能在各個(gè)單元類似，采用多重背景來(lái)編寫，這樣減輕了工作量，提高了編程效率，增加了程序易讀性。

2.3 電機(jī)控制

三菱部分由Q02H PLC控制運(yùn)動(dòng)控制器0173完成所有的機(jī)械手臂，傳送帶動(dòng)作。同時(shí)還要控制染料段的邏輯控制。利用三菱0系列PLC的多CPU功能，Q173CPU （N）系列運(yùn)動(dòng)控制器可以和PLC的CPU安裝在同一基板上，各自發(fā)揮它們的優(yōu)勢(shì)，將順序控制和運(yùn)動(dòng)控制分開(kāi)處理，優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。Q173CPU （N）系列運(yùn)動(dòng)控制器采用高速串行通訊簡(jiǎn)單設(shè)置伺服電機(jī)同步或絕對(duì)系統(tǒng)。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)CPU能夠通過(guò)三菱伺服系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)SSCNET （Servo System Controller Network）與伺服放大器連接，可以在運(yùn)動(dòng)控制器里收集伺服數(shù)據(jù)，修改伺服參數(shù)，試運(yùn)行和監(jiān)控伺服放大器，速度命令輸出最高可達(dá)10MPPS，以實(shí)現(xiàn)高速高精度定位，單個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器可以控制伺服放大器最多32軸，伺服電機(jī)容量從10W到55KW。SSCNET使多軸的同步、插補(bǔ)等高級(jí)定位功能發(fā)揮得淋漓盡致，更改善了系統(tǒng)的可靠性，方便系統(tǒng)維護(hù)。對(duì)Q173CPU采用Motion SFC語(yǔ)言編程。

在控制機(jī)械手臂，傳送帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，WinLC先將運(yùn)動(dòng)命令通過(guò)DP總線通訊告訴三菱PLC（Q02H），Q02H再將命令傳送到運(yùn)動(dòng)控制器Q173，Q173接到命令后再控制伺服放大器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)位置。采用絕對(duì)值編碼器伺服電機(jī)，旋轉(zhuǎn)一圈為360度，由于并不是WinLC直接控制驅(qū)動(dòng)，我們采用示教的方式，先在手動(dòng)情況下，把電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)需要用到的位置記錄下來(lái)，這樣通信時(shí)我們只需通過(guò)DP通信命令三菱伺服電機(jī)走到相應(yīng)位置，電機(jī)走到相應(yīng)位置時(shí)，再將到位信號(hào)通過(guò)DP反饋回來(lái)，同時(shí)我們可以將存儲(chǔ)的示教好的各個(gè)位置用來(lái)判斷電機(jī)所在區(qū)域，這樣就能防止機(jī)械手臂，傳送帶之問(wèn)的相撞問(wèn)題。

2.4 組態(tài)軟件

系統(tǒng)采用西門子SIMATIC WinCC6.2亞洲版來(lái)完成人機(jī)界而的組態(tài)，WinlC使用WinCC提供的通訊通道SIMATIC S7PROTOCOL SUITE，三菱QPLC使用OPC通訊通道。SIMATIC WinCC6.2亞洲版是西門子最新推出的組態(tài)軟件，集成了Microsoft SQLServer 2005數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔。在人機(jī)界而要完成參數(shù)設(shè)置，產(chǎn)品模式選擇，各機(jī)械手臂，傳送帶手動(dòng)操作，自動(dòng)操作，示教，報(bào)警監(jiān)控等功能。圖4是WINCC的主畫(huà)而，圖5是一個(gè)機(jī)械手臂的示教，手動(dòng)畫(huà)而。

3 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)使用了西門子WinLC，WinCC以及三菱QPLC，將各單元以ProfiBus-DP為現(xiàn)場(chǎng)總線有機(jī)的結(jié)合在一起，整機(jī)運(yùn)行情況良好，操作方便，出現(xiàn)故障可以很好的監(jiān)控，解決。整條生產(chǎn)線碟片周期快于2 5秒。

參考文獻(xiàn)

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