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更新時間:2019-07-24 10:40:24瀏覽次數(shù):133
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湖南亞貝納自動化設(shè)備有限公司
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西門子6ES7322-5HF00-0AB0
本著“以人為本、科技先導(dǎo)、顧客滿意、持續(xù)改進”的工作方針,致力于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)、工程配套和系統(tǒng)集成,擁有豐富的自動化產(chǎn)品的應(yīng)用和實踐經(jīng)驗以及雄厚的技術(shù)力量,尤其以PLC復(fù)雜控制系統(tǒng)、傳動技術(shù)應(yīng)用、伺服控制系統(tǒng)、數(shù)控備品備件、人機界面及網(wǎng)絡(luò)/軟件應(yīng)用為公司的技術(shù)特長,幾年來,公司在與德國 SIEMENS公司自動化與驅(qū)動部門的*緊密合作過程中,建立了良好的相互協(xié)作關(guān)系,在可編程控制器、交直流傳動裝置方面的業(yè)務(wù)逐年成倍增長,為廣大用戶提供了SIEMENS的新技術(shù)及自動控制的解決方案。
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功能薄膜制備和材料加工工程中被廣泛應(yīng)用。為了保證熔射皮膜成形性與成形質(zhì)量,必須在數(shù)字圖像處理、過程控制、人工智能等方法基礎(chǔ)上進行系統(tǒng)集成控制與工藝優(yōu)化。當(dāng)前上幾大熱噴涂設(shè)備和材料生產(chǎn)廠家,如英國metallisation公司、瑞士Sulzer-Metco公司和美國Praxair公司等,已推出基于PC+PLC+現(xiàn)場檢測+過程控制的等離子熔射系統(tǒng)。但是由于上相關(guān)熔射設(shè)備價格昂貴,不能引進到國內(nèi)每一個加工車間或者科研院所,因此需要自主開發(fā)適用于特定工藝的熔射過程檢測與控制系統(tǒng)。目前國內(nèi)已有基于單片機、微機、PLC等進行熔射控制系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)研究和報道,然而如何集成PC機優(yōu)勢以及基于PC+PLC等離子熔射控制系統(tǒng)設(shè)計仍需更加深入的研究。
本文基于PC+PLC開發(fā)等離子熔射控制系統(tǒng),采用開放式OPC協(xié)議實現(xiàn)二者之間通訊,并在PC中執(zhí)行機器人路徑規(guī)劃、在線監(jiān)控與熔射過程數(shù)據(jù)管理等。結(jié)合PLC現(xiàn)場控制穩(wěn)定性和計算機過程運算與數(shù)據(jù)存儲能力,來保證熔射過程穩(wěn)定性與過程控制實時性,進而保證等離子熔射在表面改性、快速模具制造等方面高質(zhì)量應(yīng)用。
2 等離子熔射自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.1 系統(tǒng)組成和工作原理
基于PC+PLC等離子熔射控制系統(tǒng)組成原理如圖1所示。PC主要完成對實體進行三維造型、切片、后生成機器人能夠識別的機器人路徑代碼,并根據(jù)現(xiàn)場反饋信息進行路徑調(diào)整,同時也對整個熔射過程進行監(jiān)控,采樣主要工藝參數(shù)并保存到加工過程文檔中。PLC實現(xiàn)對數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺和整個等離子弧發(fā)生子系統(tǒng)實時控制,對現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)進行初步處理后傳送到上位機PC中。
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圖 1 基于PC+PLC等離子熔射控制系統(tǒng)組成原理圖
2.2 PC與PLC功能分配
在等離子熔射過程中,環(huán)境惡劣,噪音等污染嚴重,干擾強,系統(tǒng)工作周期長。因此現(xiàn)場設(shè)備控制核心采用西門子S7-300型PLC,充分利用該型PLC可靠性和良好的抗*力來保證系統(tǒng)可靠性。并配備了A/D、D/A模塊和CP5611通訊卡,可以實現(xiàn)模擬量采樣與輸出和與上位機之間通訊。同時PLC系統(tǒng)還配備了西門子穩(wěn)壓電源,保證了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性,避免與整個系統(tǒng)共用電源產(chǎn)生干擾。
由于PLC無法進行監(jiān)控圖表顯示、圖像處理和復(fù)雜算法設(shè)計,操作人員也不能直觀了解現(xiàn)場狀況。為了彌補以上不足,系統(tǒng)增加PC進行現(xiàn)場監(jiān)控與數(shù)據(jù)運算,其主要任務(wù)是獲取機器人狀態(tài)信息和皮膜溫度采樣信息,根據(jù)設(shè)定工藝優(yōu)化算法執(zhí)行結(jié)果進行實時熔射路徑調(diào)節(jié);對等離子射流檢測圖像進行處理,反饋調(diào)節(jié)信息至PLC實現(xiàn)對等離子射流發(fā)生裝置調(diào)控;同時能對系統(tǒng)故障做出及時報警,并能采取相應(yīng)應(yīng)急處理措施和加工現(xiàn)場斷點保護等。
3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1 控制軟件設(shè)計
控制軟件系統(tǒng)主要功能包括:參數(shù)設(shè)定、過程監(jiān)控、工藝優(yōu)化、故障信息處理與報表系統(tǒng)等。這些部分相互結(jié)合,實現(xiàn)對整個等離子熔射過程狀態(tài)和實時現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)控、系統(tǒng)故障報警和相應(yīng)處理、熔射主要工藝參數(shù)記錄和報表打印輸出功能等。
3.2 OPC客戶端程序設(shè)計
OPC規(guī)范定義了一個工業(yè)標準接口,這個標準使得COM技術(shù)適用于過程控制和制造自動化等應(yīng)用領(lǐng)域。OPC是以O(shè)LE/COM機制作為應(yīng)用程序的通訊標準。OLE/COM是一種客戶/服務(wù)器模式,具有語言無關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點。OPC規(guī)范了接口函數(shù),不管現(xiàn)場設(shè)備以何種形式存在,客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問,從而保證軟件對客戶的透明性,使得用戶*從低層開發(fā)中脫離出來。
OPC客戶端軟件設(shè)計流程如圖2所示,其客戶端程序開發(fā)目的是基于OPC協(xié)議實現(xiàn)計算機與PLC之間通訊,通過PC機直接讀寫PLC中變量,提高數(shù)據(jù)訪問速度,保證熔射工藝優(yōu)化算法的運算結(jié)果及時傳送到PLC現(xiàn)場控制設(shè)備中,實現(xiàn)整個系統(tǒng)實時控制,從而能夠充分地利用計算機數(shù)據(jù)處理能力和豐富的軟件資源。
圖2 OPC客戶端程序設(shè)計流程圖
3.3 PLC運行程序設(shè)計
等離子熔射系統(tǒng)由西門子S7-300型PLC作為現(xiàn)場設(shè)備控制核心,實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備控制,整個工藝過程動作控制和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采樣。PLC內(nèi)部程序分為手動控制和自動運行兩個部分,可分別響應(yīng)控制面板上按鈕動作和上位機發(fā)來的控制指令。
PLC程序采用Step7進行設(shè)計,主要過程包括:首先在Step7中建立一個新工程SprayControl,然后插入SIMATIC 300 Station,根據(jù)PLC硬件配置及模板物理安裝位置進行硬件組態(tài)。其次插入Simatic PC Station,在其中插入OPC Server和CP5611。在OPC Server的Connections中基于MPI網(wǎng)絡(luò)建立PC Station與Simatic 300 Station之間網(wǎng)絡(luò)連接。MPI網(wǎng)絡(luò)建立成功后,可以在OPC Server中Symbols列表中看到PLC中CPU單元內(nèi)設(shè)計的所有的數(shù)字量、模擬量和數(shù)據(jù)塊等各種變量?;贛PI方式進行組網(wǎng)后的網(wǎng)絡(luò)連接圖如圖3所示。后基于SimaticNet軟件建立名稱Spray的OPC服務(wù)器,這樣就可以通過OPC客戶端程序訪問PLC中變量。
圖3 基于MPI方式組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接圖
PLC中運行程序集中在S7 Program中Blocks里,主要模塊包括系統(tǒng)主控模塊OB1,負責(zé)調(diào)用其他功能塊等。然后分別設(shè)計針對送粉器控制、工作轉(zhuǎn)臺控制、機器人故障處理、系統(tǒng)故障處理等功能塊,供主控塊調(diào)用。為了確保PLC程序安全執(zhí)行,必須增加對象塊OB80、OB82、OB85分別實現(xiàn)對模板診斷錯誤和超時錯誤處理,OB121和OB122響應(yīng)同步錯誤。設(shè)計過程中可以按照變量分類或者針對某一功能塊設(shè)計數(shù)據(jù)塊,將控制系統(tǒng)中的變量統(tǒng)一分組管理。
4 結(jié)束語
本文開發(fā)了一套基于PC+PLC等離子熔射自動控制系統(tǒng)。經(jīng)過實驗驗證,系統(tǒng)具有良好的抗*力,能夠適應(yīng)等離子熔射工藝需求,為該工藝由技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力奠定了一定基礎(chǔ)。同時PC作為上位機提供了良好的人機界面與有效的系統(tǒng)監(jiān)控和管理,PLC作為下位機執(zhí)行可靠現(xiàn)場控制,保證了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。該控制系統(tǒng)可以方便地與機器人、其他執(zhí)行機構(gòu)或者生產(chǎn)線等配套組成等離子熔射系統(tǒng)。
本文作者創(chuàng)新點:本文結(jié)合PC+PLC進行等離子熔射控制系統(tǒng)設(shè)計,集成了PLC在惡劣的熔射環(huán)境下性能穩(wěn)定的特點和PC能夠進行圖像處理與復(fù)雜算法運算的優(yōu)勢,基于OPC協(xié)議實現(xiàn)PC與PLC之間的通訊,保證了過程控制中多變量信息采集、傳輸和處理的實時性。該自動控制系統(tǒng)為提高等離子熔射皮膜成形性和成形質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。