基于组态软件的模块化生产线控制系统

工位 1 是物料出入工位，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
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
图 1 控制系统硬件结构图 工 位 2 ～11 的 控 制 器 （PLC） 通 过 EM277 通 信 模 块 与 Profibus－DP 线 相 连 ， 并 且 通 过 RS485 接 口 连 接 显 示 操 作 屏 TD－400C（文 本 显 示 器 ），操 作 人 员 通 过 TD－400C 实 现 与 主 站 的信息交换。
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 1～11 工位，可作为工位状态表的 主键； Product＿name：产品名，如 A10005； Set＿num：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，Num＝3； Req：请 求 上 料 位 标 志 位 ，当 Req＝1 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；
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。
在本系统中， 利用组态软件构成监控画面。 通过串行口与 PLC 进行通信， 这样可实现对各种信号的监测及现场数据的采 集与处理。 1 系统配置
该系统采用两级递阶控制结构。 上层用工控微机，下层采用 PLC（装 卸 位 采 用 工 控 微 机 ），控 制 网 络 采 用 工 业 成 熟 的 工 控 总 线 网络 Profibus。 上层采用工控微机实现对整个生产线的监控和调 度。 下层 PLC 实现对生产线的控制，送料小车的控制，存储仓库 的控制，各个工位的控制。 控制系统硬件结构如图 1 所示。
cn．ConnectionString＝strcn
cn．Open
Set rs＝CreateObject(″ADODB．Recordset″)
rs．open strsql,cn,3,3
／ ／ 数据库工位状态表打开
y11＝rs(″Req″)
／ ／ 读入相应数据
G1＿req．Value＝y11
G1＿req．Write
摘要 为了提高模块生产线的装配速度，针对模块的特点，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
基于组态软件的模块化生产线控制系统
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＿move1．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 11）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～工位 11）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 觹 from G＿State where(G＿Position＝1)″
Set cn＝CreateObject(″ADODB．Connection″)
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。
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。
《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）
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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＿DATETIME：日 期 时 间 ； N＿ERROR：设备故障，0 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。