基于iFIX的生產(chǎn)線上位機(jī)數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)研究

摘 要：介紹了iFIX軟件在金切行業(yè)柔性自動化生產(chǎn)線集成中的應(yīng)用，詳細(xì)分析了采用iFIX軟件開發(fā)某柔性自動化生產(chǎn)線上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的過程。利用OPC技術(shù)，基于iFIX軟件和SQL Server數(shù)據(jù)庫管理軟件，實現(xiàn)了對柔性自動化生產(chǎn)線的運行可視化監(jiān)控、生產(chǎn)過程的信息化管理、質(zhì)量追溯等功能。

關(guān)鍵詞：iFIX軟件;柔性自動化生產(chǎn)線;上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

0? ? 引言

近年來，以機(jī)床配備輥道、機(jī)械手、機(jī)器人等物流系統(tǒng)構(gòu)成生產(chǎn)線單元的形式進(jìn)行加工已成為金切行業(yè)發(fā)展的重要方向，并逐步向無人化、省人化的自動生產(chǎn)模式邁進(jìn)。伴隨著這種應(yīng)用發(fā)展的趨勢，提升生產(chǎn)線自身的管理水平也成為企業(yè)加工應(yīng)用的新需求。因此，對生產(chǎn)線加工單元配套實施數(shù)字化、信息化管理系統(tǒng)將成為提升企業(yè)車間生產(chǎn)管理水平的基礎(chǔ)，也能為企業(yè)將來實現(xiàn)“工業(yè)4.0”探索一條可行之路。

本文所述某柔性自動化生產(chǎn)線單元的上位機(jī)數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)對生產(chǎn)線單元信息的采集、可視化監(jiān)控、生產(chǎn)信息保存及查詢等多種需求應(yīng)用。具體而言，可使用GE公司的iFIX組態(tài)軟件、IGSOPC數(shù)據(jù)采集軟件以及SQL Server關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理軟件等實現(xiàn)本系統(tǒng)的開發(fā)。

iFIX是全球最領(lǐng)先的HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，已有超過300 000套軟件在全球運行。世界上許多成功的制造商都依靠GE Fanuc的iFIX軟件來全面監(jiān)控和分布管理全廠范圍的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在包括冶金、電力、石油化工、制藥、生物技術(shù)、包裝、食品飲料、石油天然氣等各種工業(yè)應(yīng)用中，iFIX集強(qiáng)大功能、安全性、通用性和易用性于一身，從而成為適應(yīng)任意生產(chǎn)環(huán)境的、全面的HMI/SCADA解決方案。

1? ? 項目背景

柔性自動化生產(chǎn)線單元由上料機(jī)構(gòu)（人工上料）、兩臺正倒立車機(jī)床、一個打碼單元（打碼機(jī)）和下料輸送輥道構(gòu)成。生產(chǎn)線示意圖如圖1所示，其中1～8部分屬于物流輥道控制的部分。正倒立車1（MA_01）用于加工負(fù)重輪，正倒立車2（MA_02）用于加工主動輪。

根據(jù)生產(chǎn)實踐，生產(chǎn)線要滿足兩種產(chǎn)品多種不同規(guī)格型號的自動加工需求，并實現(xiàn)自動打碼和質(zhì)量追溯等重要功能，機(jī)床自帶有工件檢測功能。

設(shè)備的硬件構(gòu)成如表1所示。兩臺正倒立車采用西門子高端的840D SL數(shù)控系統(tǒng)，打碼機(jī)和物流輥道采用S7-300 PLC通過以太網(wǎng)搭建通信線路，實現(xiàn)系統(tǒng)所需信息的采集（本系統(tǒng)中，打碼單元作為附屬設(shè)備未作為監(jiān)控對象，對其系統(tǒng)狀態(tài)信號不予采集）。

2? ? 功能與實現(xiàn)

本系統(tǒng)將重點實現(xiàn)對底層設(shè)備管理的功能，結(jié)合生產(chǎn)線上位機(jī)可視化監(jiān)控設(shè)備的實時運行信息，通過計劃訂單編號跟蹤生產(chǎn)訂單、監(jiān)控生產(chǎn)換型等舉措來提高生產(chǎn)線管理和利用的水平。本系統(tǒng)主要功能包括：

（1）監(jiān)控生產(chǎn)線實時運行狀況。可視化顯示生產(chǎn)線工件流轉(zhuǎn)狀況。

（2）設(shè)備監(jiān)控。監(jiān)控生產(chǎn)線設(shè)備運行的狀態(tài)、上下料需求、機(jī)床軸的運行狀況。

（3）換型確認(rèn)。通過換型操作的措施有效監(jiān)控生產(chǎn)線，確保生產(chǎn)線的正確運行。

（4）刀具管理。刀具的管理和監(jiān)控是機(jī)床加工的重要方面，通過對刀具壽命的監(jiān)控，提示操作者及時更換加工刀具，提高機(jī)床加工運行的效率。

（5）生產(chǎn)管理。通過訂單管理跟蹤生產(chǎn)，采集工件加工的質(zhì)量信息、加工信息，形成工件的質(zhì)量追溯表;跟蹤在線訂單的加工，查詢完工記錄等。

（6）輔助功能。完成生產(chǎn)班組的管理、打碼內(nèi)容設(shè)定、生產(chǎn)時間同步等。

2.1? ? 通信網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)硬件通信網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

2.2? ? 系統(tǒng)開發(fā)框架

本文基于OPC技術(shù)，采用IGS軟件建立設(shè)備OPC服務(wù)器，通過iFIX軟件中集成的OPC客戶端采集設(shè)備的PLC信號進(jìn)行組態(tài)監(jiān)控，結(jié)合iFIX軟件的VBA腳本實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫表的操作，實現(xiàn)信息的顯示與存儲。實際開發(fā)框架如圖3所示。

2.3? ? 系統(tǒng)開發(fā)要點

PLC系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫表單是本系統(tǒng)開發(fā)的重要構(gòu)件，通過采集生產(chǎn)線各部分的PLC信號，結(jié)合iFIX中VBA腳本對數(shù)據(jù)庫表單的相應(yīng)操作，利用iFIX軟件的組態(tài)功能即可實現(xiàn)所需的系統(tǒng)功能。

2.3.1? ? PLC信號采集

PLC信號是該可視化監(jiān)控系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，通過采集PLC信號直接組態(tài)或計算得到其他組態(tài)信號進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)系統(tǒng)的需求，可將所采集的信號分為以下幾部分：

（1）設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制信號：設(shè)備運行狀態(tài)信號，如設(shè)備手動模式、自動模式、故障信號、維修信號、換型啟動以及缺料堵料狀態(tài)信號等;設(shè)備遠(yuǎn)程控制信號，如模式切換、遠(yuǎn)程啟動、遠(yuǎn)程停止等。

（2）設(shè)備加工時運行信號：軸數(shù)據(jù)、刀具數(shù)據(jù)。

（3）生產(chǎn)信息：設(shè)備的生產(chǎn)型號、質(zhì)量測量數(shù)據(jù)。

（4）輔助管理信號：系統(tǒng)時間同步。

2.3.2? ? 工作流

本系統(tǒng)實現(xiàn)的生產(chǎn)線工作流可簡要表示如圖4所示。通過圖4所示的一系列PLC信號觸發(fā)，完成工件信息的插入、更新等。輔助管理的功能和對工件記錄的查詢、報表生成、打印等可在建立和操作數(shù)據(jù)庫表的基礎(chǔ)上完成。

2.3.3? ? 開發(fā)要點

本系統(tǒng)開發(fā)的主界面如圖5所示。本生產(chǎn)線的兩臺機(jī)床加工的是不同種類的工件，因此其實際相當(dāng)于兩條生產(chǎn)線。綜合考慮柔性生產(chǎn)線的實際應(yīng)用情況，需要考慮諸多生產(chǎn)因素，如生產(chǎn)換型、不合格品返修、工件的實時跟蹤、兩種工件的打碼、不同型號產(chǎn)品質(zhì)量判定標(biāo)準(zhǔn)不同等情形。

（1）生產(chǎn)型號管理。為了實現(xiàn)產(chǎn)品追溯，結(jié)合柔性自動化生產(chǎn)線的換型特點，機(jī)床需要能夠在換型后設(shè)置加工型號等信息。為此，針對每種產(chǎn)品分別設(shè)置8種工件型號，1～8表示主動輪，101～108表示負(fù)重輪。

（2）不合格品返修。不合格件的加工，屬于二次加工，一般不再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，為此系統(tǒng)需要設(shè)置信息采集關(guān)閉的功能。

（3）工件ID。為了實現(xiàn)對工件的跟蹤追溯，通過生成不可重復(fù)的工件ID對應(yīng)每個工件，再根據(jù)工件的流動在物流輥道PLC中進(jìn)行傳遞，實現(xiàn)實時跟蹤的功能。

（4）工件打碼。生產(chǎn)線需要打碼兩種不同的工件，為此需要在物流控制系統(tǒng)中跟蹤傳遞正確的工件ID號，通過工件ID號讀取對應(yīng)工件的打碼內(nèi)容，實現(xiàn)正確打碼。

（5）質(zhì)量判定。在本生產(chǎn)線中，同種工件不同型號產(chǎn)品的檢測內(nèi)容可能不同，不易在機(jī)床側(cè)設(shè)置，為此在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置檢測維護(hù)基準(zhǔn)，根據(jù)不同的型號，設(shè)置啟用不同的檢測標(biāo)準(zhǔn)值，用于判定工件質(zhì)量。

3? ? 結(jié)語

本文以柔性自動化生產(chǎn)線為對象，結(jié)合生產(chǎn)線自身控制特點，基于iFIX軟件和SQL Server數(shù)據(jù)庫，組態(tài)實現(xiàn)了對柔性自動化生產(chǎn)線設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)控、生產(chǎn)計劃下發(fā)、生產(chǎn)信息采集存儲、加工工件實時跟蹤、質(zhì)量合格判定、報表打印以及對班組管理、時鐘同步等輔助管理的功能，得到了良好的應(yīng)用，為企業(yè)的實際生產(chǎn)加工信息化管理創(chuàng)造了便利，具有一定的實用價值。但基于OPC通信技術(shù)，其在系統(tǒng)信號延遲方面還有待改善。

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收稿日期：2021-03-23

作者簡介：劉井義（1982—），男，黑龍江綏化人，電氣工程師，主要從事機(jī)床電氣設(shè)計與調(diào)試工作。