基于组态软件的模块化生产线控制系统

《工业控制计算机）２００８年２１卷第１２期
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基于组态软件的模块化生产线控制系统
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｍｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｌｉｎｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｓｏｆｔｗａｒｅ
方 成 陈富林（南京航空航天大学机电学院，江苏南京２１００１６）
摘要 为了提高模块生产线的装配速度，针时模块的特点，提出了研发以物料传输自动化为主的柔性生产线来适应模块装配 需要。该生产线控制系统主要由工控机与西门子公司的ＰＬＣ２００系列组成。通过组态软件监控界面连接ＰＬＣ来监控各个 工位和运动小车的状态。使用组态软件进行监控画面的编制，实现装配线的实时监控、数据采集与处理。系统结构简单，实 用性好，应用性强。 关键词：组态软件。ＰＬｃ，实时监控，人机界面
豳２变■传输圈
工位状态的扫描由专门的动作负责，触发时间设为１ｓ，也
就是说每秒都要扫描数据控工位状态表。
ｓｔｒｓｑｌ＝＂ｓｅｌｅｃｔ’ｆｒｏｍ Ｇ＿Ｓｔａｔｅ ｗｈｅｒｅ（Ｇ—Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝１）一 Ｓｅｔ ｃａ＝ＣｒｅａｔｅＯｂｊｅｃｔ（＂ＡＤＯＤＢ．Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ”）
ｃａ．ＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＳｔｒｉｎｇ＝ｓｔｒｃｎ
Ｓｅｔ ｓｐｌａｃｅ＝ＨＭＩＲｕｎｔｉｍｅ．Ｔａｇｓ ＰＣ＿ｓｐｌａｃｅ＂）
／／起始位置
Ｓｅｔ ｄｐｌａｃｅ＝ＨＭＩＲｕｎｔｉｍｅ．Ｔａｇｓ（＂Ｃ＿ｄｐｌａｃｅ＂） ∥目标位置
Ｓｅｔ ｃ＿ｍｏｖｅ＝ＨＭＩＲｕｎｔｉｍｅ．Ｔａｇｓ（弋０１１ａｖＥ一 ／／触发变量 Ｓｅｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝ＨＭＩＲｕｎｔｉｍｅ．Ｔａｇｓ（”ｃ＿ｐｏｓｉｔｉｏｎ＂）／／位置变量 Ｓｅｔ ｓｔａｔｅ＝ＨＭＩＲｕｎｔｉｍｅ．Ｔａｇｓ ｒｎ＿ｓｔａｔｅ＂）／／小车状态变量
本项目是通过Ｐｒｏｆｉｂｕｓ—ＤＰ网络采集各个工位的状态，由 ＷｉｎＣＣ Ｖ６收集这些数据，并保存到数据库中。根据模型文件及 生产计划，生成产品状态表。当工位的状态发生改变时，根据产 品的加工状态做出调度。调度的结果保存到送料小车控制表中， 小车根据控制表的变化执行调度命令，最终实现对产品装配的 调度。整个调度程序通过ＷｉｎＣＣ中的ＶＢＳ脚本来实现。 ２．１数据库表的设计
ＴＤ一４００Ｃ（文本显示器），操作人员通过ＴＤ－４∞Ｃ实现与主站
的信息交换。
工位１是物料出人工位，用于工控机进行管理。工控机通过 网卡连接主站，通过ＵＳＢ接口连接条码打印机，通过ＲＳ２３２连 接读码器。此工控机运行“装卸位管理软件”，进行零件的信息编 码、零件信息与操作信息的上传和下载、装卸姿态的指示等操作。 ２控制系统调度的实现
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒ，ＨＩＭ
某模块品种较多，批量较小，设计变化快，交货期短。根据模 块特点和生产情况，决定研发以物料传输自动化为主的柔性生 产线，来适应模块装配需要。该生产线由可转位的自动化物料仓 库、自动化送料小车、以及１１个操作工位组成。
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当调度程序生成小车命令时将触发模拟小车运动动作：
Ｃａｒ＿ｍｏｖｅ．ｂａｃ。
以下为脚本变量与ＷｊｎＣＣ变量的连接：
Ｓｅｔ ｐｒｏｄｕｃｔ＿ｎａｍｅ＝ＨＭＩＲｕｎｔｉｒｎｅ．Ｔａｇｓ（＂Ｃ＿ｐｒｏｄｕｃＬｎａｍ的，／产品名称
ｃｎ．Ｏｐｅｎ Ｓｅｔ ｒｓ＝ＣｒｅａｔｅＯｂｊｅｃｔ（＂ＡＤＯＤＢ．Ｒｅｃｏｒｄｓｅｔ＂）
ＦＳ．ｏｐｅｎ ｓｔｒｓｑｌ，ｃｎ．３，３ ｙ１ １＝ｒｓ（『，Ｒｅｑ”） Ｇ１一ｒｅｑ．Ｖａｌｕｅ＝ｙ１ １ Ｇ１－ｒｅｑ．Ｗｒｉｔｅ
／／数据库工位状态表打开 ／／读人相应数据
／／数值存人ｖ＼ｆｉｎＣＣ内部变量
首先在画面中画出一个小车的模型（我们简单地以一个矩 形代表物料输送小车），在其几何属性中，“位置Ｘ”和变量 “Ｃ—ｐｏｓｉｔｉｏｎ”建立连接。也就是说小车的模型Ｘ座标将根据变 量“Ｃ—ｐｏｓｉｔｉｏｎ”的变化而变化。如图４所示。
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ｙｌ ２＝ｒｓ（”Ｆｉｎ”、
Ｇ１ｊｉｎ．Ｖａｌｕｅ＝ｙ１２ Ｇ１ｊｉｎ．Ｗｒｉｔｅ
ｃｒｌ．ｃｌｏｓｅ
／／关闭连接
调度动作介绍：除个别通用动作外，每个工位对应独自的触
发动作，以工位２为例，主要动作有：
万方数据
田３工位１的完成漉程田 ３小车运动的监控
为了在监控画面中仿真小车执行调度命令，动画演示是必 不可少的。利用ＷｉｎＣＣ的图形编辑器和脚本编辑器，就可以实 现小车运动的监控。
万方数据
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Ｉｄｌｅ：工位空闲，可以申请加工，也可以继续空闲； Ｗｏｒｋ＿ｔｉｍｅ：此工位总加工时间，是调度信息之一，如工位２ 和工位４的加工内容相同，而工位２的总加工时间大于工位４ 的总加工时间，调度系统优先给工位４分配工件； Ｔｉｍｅｓ：总加工次数，表示在次工位加工过的零件总数，同样 在加工内容相同的情况下，加工次数小的优先分配工件。 （２）小车任务表（Ｔ＿ＤＯ＿ＬＩＳＴ） 小车任务表是调度系统和自动化小车之间的通信表，是小 车执行调度结果的根据。正确发送命令小车才能正常运行。 Ｃ＿ＴＡＳＫＩＤ：任务号，主键，小车执行任务的编号； Ｃ＿ＭＡＴＥＲＩＡＬ：物料号，小车运送产品标号； ｃ－ＳＰＬＡＣＥ：小车运送产品的源位置； ｃ－ＤＰＬＡＣＥ：小车运送产品的目标位置； Ｄ－ＤＡＴＥＴｌＭＥ：Ｅｌ期时间； Ｎ＿ＥＲＲＯＲ：设备故障，Ｏ为正常，１为出现故障； Ｎ—ＳＴＡＴＥ：运行状态位。当为１时小车可以执行次命令；当 为２是小车正在执行命令，小车任务表禁止更新；当为６时表示 任务表可以更新，此时可以写入调度命令；写入新的命令时同时 更新次标志位为１。 除以上数据表外还有产品加工状态表、产品工序表、产品列 表、工作时间表、用户表等不一一介绍。 ２－２调度规则 本文设计的调度程序可以随时添加新的加工任务，调度程 序循环扫描工位状态，根据工位状态和未加工零件情况生成调 度命令。 ２．３调度程序流程介绍 根据前面的调度规则，使用ＷｉｎＣＣ中的脚本编辑器编写调 度程序。因为ＶＢＳ脚本不断扫描各个动作的是否满足触发条 件，所以各个动作并非顺序执行，和ＰＬｃ程序的执行相仿。 每个工位的状态通过ＰＬＣ传给ＷｉｎＣＣ外部变量，当其发 生变化时触发相应的动作，其状态就会写入数据库。编写专门的 动作扫描数据库中的工位状态表，在通过内部变量传送给各个 工位的响应动作。调度命令的触发过如图２所示。
叫
Ｇ２＿ｒｅｑ．ｂａｃ：负责触发工位请求命令； Ｇ２－ｆｉｎ．ｂａｃ：负责触发工位完成命令； Ｇ２＿ｓｅｔ＿ｐｒｅ＿ｓｔａｔｅ．ｂａｃ：负责触发工位完成后对一些状态 的设置； Ｇ２＿ｍｏｖｅｌ．ｂａｃ：负责触发工序优先级相同的工序没有完 全加工完的情况下。生成物料小车运动命令； Ｇ２＿ｍｏｖｅ２．ｂａｃ：负责触发工序优先级相同的工序完全加 工完的情况下，生成物料小车运动命令； Ｇ２＿ｔｉｍｅ．ｂａｃ：负责统计工位２工作时间； Ｇ２＿ｗｏｒｋ＿ｔｉｍｅｓ．ｂａｃ：负责统计工位２工作次数。 ２．３．１对通用工位（工位２－工位１ １）上料请求的响应流程 请求动作程序的工作流程如下：程序不断扫描工位状态，当 有工位提出上料申请时，触发上料申请动作（例如：工位２提出 上料申请，触发工位２上料动作Ｇ２＿ｒｅｑ．ｂａｃ）。然后搜索产品加 工状态表，查看是否有工件需要申请上料的工位进行加工。如果 没有继续扫描，如果有选取优先级最高的工件，并判断此前的工 序是否加工完成，如果以上条件满足，判断小车状态是否可用， 如果不可用，继续扫描等待；如果可用，进行一些参数设置后生 成小车运动指令。 ２．３．２对通用工位（工位２一工位”）加工完成触发的流程 完成动作触发流程：扫描工位状态，如果某工位发出完成信 号，为了调度工件到下个加工工位或回库，首先判断小车是否空 闲，如果小车不可用，则工件在次工位等待，此工位不能申请上料； 如果小车可用，判断加工工件的下个工序所用的工位是否申请。如 果没有申请。则工件回库。如果申请工件直接到下个加工工位。 ２．３．３工位１的请求流程图 工位１负责上料下料和翻转，与其他工位有所不同，流程如 图３所示。系统运行时，可以根据需要添加产品。添加的产品名 称可能与正在加工的产品名称相同，这就要求我们为每个产品 生成唯一的信息。与其他上料申请有所不同的是，这个工位负责 工件的上下料和翻转，所以对申请命令要加以判断。 工位１的完成触发命令与通用工位类似，这里不一一介绍。
现场数据是调度的依据，数据的变化需要实时存储到数据 库中。在系统重新运行后也要求系统能够恢复到原来的状态，所 以中间数据也要存储到数据库中，数据库表的设计显得尤为重 要。本系统主要包括以下几个表：
（１）工位状态表（Ｇ＿Ｓｔａｔｅ） 工位状态表是用来存储各个工位的状态信息，包括请求、完 成信息，工位使用的次数。工位使用的时间，以及正在加工的产 品名、产品所属套的套号和件号。 各个属性的含义如下： Ｇ—Ｐｏｓｉｔｉｏｎ：工位号，对应１—１ １工位，可作为工位状态表的 主键； Ｐｒｏｄｕｃｔ＿ｎａｍｅ：产品名，如Ａ１０００５； ＳｅＬｎｕｍ：加工零件所属套的套号。如属于第二套； Ｎｕｍ：加工零件所属套中对应的件号，如第２套共有５件， 正在加工的是第２套的第３件，则Ｓｅｔ＿＿ｎｕｍ＝２，Ｎｕｒｎ＝３； Ｒｅｑ：请求上料位标志位，当Ｒｅｑ＝ｌ时表示此工位请求上 料，调度程序可以为次工位分配零件，当调度程序为其分配任务 后置０； Ｆｉｎ：加工完成标志位，当产品装配完成后，通知调度系统， 产品等待下到工序，或由小车送回存储库；
位置运算数据流图如图５所示。
ｓｐｌａｃｅ：为小车的起点位置；ｄｐｌａｃｅ．／｜、车目标位置；ｐｏｓｉｔｉｏｎ：
为了实现对装配线的合理调度，必须选择合适的控制技术。 以本研究课题为例。装配线包括１１个装配工位。１个输送小车， １个自动回转库，２台工控机，只有采用适当的传输控制技术，才 能组成一个完整的控制体系，才能正确执行调度命令，从而实现 装配的自动化。