Build_Matrix(生产矩阵)在发动机生产线PLC控制中的应用

Build_Matrix(生产矩阵)在发动机生产线PLC控制中的应用李振江;邹修贤;张红
【摘要】通过典型的PLC控制程序的编程实例,阐述了Build Matrix在PLC控制
程序中的应用,分析了利用变址寄存器在线设定和修改参数以实现Build Matrix功能.另外,功能指令的应用使程序结构紧凑、语句简洁,可方便地完成控制要求.
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2016(000)010
【总页数】4页(P229-231,234)
【关键词】PLC;编程;BuildMatrix
【作者】李振江;邹修贤;张红
【作者单位】上汽通用五菱汽车股份有限公司宝骏基地发动机工厂,广西柳州545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司宝骏基地发动机工厂,广西柳州 545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司宝骏基地发动机工厂,广西柳州 545007
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
可编程逻辑控制器（PLC）因抗干扰性好，可靠性高，已被广泛地应用在工业生产中。

随着PLC技术的不断发展进步，PLC通过与RFID读写控制器、服务器等设
备的结合，可以实现比较复杂的工业现场过程控制功能。

本文着重介绍了Build Matrix的功能以及在PLC程序中的应用，该功能块易于描述较为复杂的控制功能，表达直观，查错找漏比较容易。

Build Matrix（生产矩阵）是发动机工艺和质量信息与PLC程序的接口表，用于
指导程序编写，通过统一的模板来实现相关工艺和质量要求。

它主要包含以下生产信息：生产机型、是否符合建造条件（Build/ No-build）、防错设置、拧紧程序号、拧紧螺栓数量等以及相应的地址分配。

PLC检测到发动机到达指定工位后开始调用Build Matrix功能块。

通过功能块程
序检查该发动机机型是否正确、发动机序号是否正确、发动机在前面一个或几个工位的加工结果是否合格、发动机在该工位是否可以进行标准化操作等内容。

所有检查项都合格后发动机才可以执行本工位加工。

2.1 Build Matrix的组成
Build Matrix通常由两部分组成：服务器、PLC程序。

服务器用于存储矩阵信息，并有专门的界面以便于操作人员根据生产情况修改。

PLC程序则是实际执行者。

服务器上所修改的信息必须下载到PLC程序中才能够发挥作用。

因该功能在发动
机装配线程序中大量应用，为保证程序统一性，通常在PLC编程时，将PLC关于Build Matrix部分编写成一个功能块（Function block），这样其它工位就可以
直接方便快捷地调用、导入该工位的程序段中。

如果需要修改或完善该功能块，则只需要修改一个工位里面的功能块即可，其它工位里面的该功能块自动跟着同步变更。

Build Matrix约定了各工位中各类信息起始地址及数据长度。

Build Matrix与PLC进行的数据通讯都是以此地址为基准的。

比如发动机缸盖上线工位，Build Matrix起始地址是“5001”（5001为“Build Matrix设定表格”里面的设定值），如图1图2所示。

PLC使用Build Matrix功能块进行输入或输出，如图3所示。

其中，每个工位PLC中的起始地址都是不一样的，以防读取数据错误；当“PreReqNG”导通时
表示该工位的发动机流过前面的四个工位时至少有一个工位是不合格的；当
“PreReqOK”导通时表示该工位的发动机流过前面四个工位时都是合格的，“PreReqNG”与“PreReqOK”是不会同时导通的。

2.2 BUILD MATRIX功能块的内部程序段
图4中“StartPoint”表示指各工位指定的初始地址变量；“R05000”是存放起
点的起始地址及构建映射的初始地址的地方；“R04998”表示从起点到第654个地址值，在内部使用；ADD是PLC内部的功能指令块，表示IN1与IN2相加之
后把结果值放到Q对应的输出地址里面。

图5 中的“@R04999”表示“DataArray[0]”数据数组中的15个字放入到
R4999地址库，“MOV”是PLC内部的赋值指令，“WORD”表示变量的单位
是“字”，“15”表示赋值的长度。

图6 中PLC把“@R04998”里面长度为22个字的数据赋值给“DataArrayR”；并把“Matrix Table[0]”数组里面的25个字赋值给“OUT[0]”，然后PLC对该输出数据进行处理。

图7 中PLC把读取到的“BuildTableCommon [06]”的高八位赋值给Build Matrix的内部变量“Pre1-OKNG”，“Pre1-OKNG”的当前值是“0”表示该
工位不检查发动机在第一个工位时的合格信息，是“1”表示该工位检查发动机在第一个工位时的合格信息；“Pre1-OKNG”是检查第一个工位信息，“Pre2-OKNG”是检查第二个工位信息。

图8 中当PLC设定检查前一个工位的合格信息时（即“Pre1-OKNG”的值是“1”），Build Matrix的才会对比前一个工位的合格信息，对比“PreReqResult”的值为“1时发动机在该工位才可以进行标准化操作。

图9 中Build Matrix把读取到的数据“MatrixTable[06].X[8]”赋值给“OP1PF”（即该工位电枪的拧紧程序号），把“MatrixTable[12].X[8]”赋值给“OP1BC”（即该工位电枪需要拧紧的螺栓颗数）。

2.3 Build Matrix设定表格
Build Matrix设定表格的内容包含各工位的起始地址、发动机机型码、防错功能（暂时没有用到）、发动机在预工位的结果状态、电枪需要的拧紧程序号、每个套筒对应需要拧紧的螺栓颗数等信息。

Build Matrix设定表格做好之后的参数需要写入到中心服务器里面的PAS软件（如图10所示）里面并下载到PLC才有效。

图10 中螺栓颗数的1、2、3、4分别对应设定表格里面的Bolt Count里面的OP1、OP2、OP3、OP4，对应设定Build Matrix里面的OP1BC、OP2BC、OP3BC、OP4BC；程序号的1、2、3、4分别对应设定表格里面的Program Field里面的OP1、OP2、OP3、OP4，对应设定Build Matrix里面的OP1PF、OP2PF、OP3PF、OP4PF.
工业生产一般都是流水线作业，每个工位开始作业之前都需要检查上工位流下来的发动机或零件是否为合格的，利用Build Matrix可以方便快捷的检查发动机或零件在前面四个工位是否为合格状态，如果只需要检查发动机在前面一个或两个工位的结果，直接更改PAS软件里面对应的参数设置并下载到PLC程序里即可；电枪的拧紧程序号、所需拧紧螺栓颗数或套筒个数需要更改时，也可直接更改PSA软件里面对应的图10设置参数并下载到PLC程序里即可，无需在修改该工位的PLC程序，比如电枪的拧紧程序号需要由原来的8改成6，则直接在PAS软件里面把程序号里面的8改成6，并保存下载到PLC程序里面即可。

采用Build Matrix功能块进行PLC编程有如下优点：
（1）维护简单。

该功能块采用模块化设计，把梯形图元件封装为一个整体，其它程序段直接调用并更改一下备注名称即可使用该功能块；只需修改一个工位的该功能块，即可使整个生产线的该功能块一起跟着变，无需再一个个工位修改，给将来的程序改进提供了极大的便利。

（2）简单易懂。

该功能块对外以接口的形式供其他PLC编程人员使用，编程人员不需要了解功能块的内部构造即可使用，提高了编程效率[1]。

本文介绍了Build Matrix功能块在PLC程序中的使用方法，基于此方法可以扩展开发PLC的其它功能块，比如RFID读写功能块、设备动作步骤块、电磁阀控制功能块等高级功能块，充分利用强大的硬件和软件资源，实现许多传统硬件难以完成的功能，充分发挥PLC的特点，对PLC的发展具有良好的推动作用[2]。

【相关文献】
[1]肖峰，贺哲荣.PLC编程100例[M].北京：中国电力出版社，2009.
[2]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2008.。