1 MES網(wǎng)絡(luò)型柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線

    MES系統(tǒng)是面向車間層的生產(chǎn)管理技術(shù)與實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)。自動(dòng)統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品數(shù)量、次品數(shù)量、產(chǎn)品缺陷�？梢詾橛脩籼峁┮粋�(gè)快速反應(yīng)、有彈性、精細(xì)化的制造業(yè)環(huán)境，幫助企業(yè)降低成本和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，為多品種生產(chǎn)的制造提供良好的生產(chǎn)信息管理。

    柔性自動(dòng)生產(chǎn)線是能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的一種機(jī)器體系，通過(guò)采用一套能自動(dòng)進(jìn)行加工、檢測(cè)，安裝、運(yùn)輸?shù)臋C(jī)器設(shè)備，組成高度連續(xù)的、完全自動(dòng)化的生產(chǎn)線，來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)，從而提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，提高加工質(zhì)量。在各個(gè)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，不同種類的自動(dòng)線的結(jié)構(gòu)不同，大小也不同，功能也不同。他們基本都包括檢測(cè)、機(jī)械本體、CPU信息處理、(輸入輸出)接口部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及通信模塊六部分。

    MES網(wǎng)絡(luò)型柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線是一套集MES系統(tǒng)和柔性生產(chǎn)線優(yōu)點(diǎn)的完全自動(dòng)化的機(jī)器設(shè)備生產(chǎn)線。在提高工作效率、降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，可遠(yuǎn)程獲取設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行的狀況；可實(shí)時(shí)從生產(chǎn)設(shè)備中讀取出生產(chǎn)數(shù)據(jù)等；可遠(yuǎn)程控制設(shè)備的作業(yè)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智能化管理。使過(guò)去的柔性生產(chǎn)線具有生產(chǎn)信息的實(shí)時(shí)傳遞，并通過(guò)觸摸屏軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制設(shè)備的作業(yè)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智能化管理。一個(gè)現(xiàn)代化的具有競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)要具有如圖1所示的生產(chǎn)與管理關(guān)系過(guò)程。

圖1 現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)與管理關(guān)系

    從圖1可看出：MES在企業(yè)信息化層次結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的樞紐作用。它接受上級(jí)發(fā)布的生產(chǎn)計(jì)劃，依據(jù)從車間獲取的實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)管理調(diào)度一級(jí)的管理人員提供大量豐富的生產(chǎn)調(diào)度信息。管理人員掌握了這些信息后，可以對(duì)車間生產(chǎn)層下達(dá)切實(shí)可行的生產(chǎn)指令，對(duì)企業(yè)決策層可以匯報(bào)真實(shí)有據(jù)的生產(chǎn)情況。如果沒(méi)有中間的一個(gè)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，過(guò)程控制層與決策管理層就會(huì)出現(xiàn)信息的斷層，MES網(wǎng)絡(luò)型柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線具有過(guò)程控制層和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，可為企業(yè)的生產(chǎn)的計(jì)劃管理層及時(shí)提供生產(chǎn)信息，為決策管理層快速獲得第一手現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，使企業(yè)能有效地組織生產(chǎn)，從客戶訂單到任務(wù)下達(dá)、產(chǎn)品生產(chǎn)、交貨，周期縮短，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

2 MES網(wǎng)絡(luò)型柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線仿真系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

    MES網(wǎng)絡(luò)型柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是根據(jù)制造現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)，強(qiáng)化各種控制技術(shù)和工程實(shí)踐能力。本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由檢測(cè)、機(jī)械本體、CPU信息處理、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、通信模塊和觸摸屏六部分組成，包括上料檢測(cè)單元、搬運(yùn)單元、加工檢測(cè)單元、橫臂單元、傳送帶單元、安裝單元、安裝搬運(yùn)單元、分類單元、主控單元組成。工作過(guò)程如下：各個(gè)從站復(fù)位后，系統(tǒng)可開始運(yùn)行；料檢測(cè)單元將大工件按順序排好后提升送出；搬運(yùn)站將大工件從上料檢測(cè)單元搬至加工站；；01132站將大工件加工后送出工位；分揀站將加工過(guò)的正常的工件搬運(yùn)到傳送站，如果是廢料，分揀機(jī)械手將工件搬運(yùn)到廢料處理機(jī)構(gòu)；傳輸站將正常的大工件送至尾端，將廢料分揀到廢料槽里；安裝搬運(yùn)站將大工件從傳輸站搬至安裝工位放下。安裝站再將對(duì)應(yīng)的小工件裝入大工件中。而后，安裝搬運(yùn)站再將安裝好的工件送分類站，分類站再將工件送入相應(yīng)的料倉(cāng)。

    控制系統(tǒng)選用三菱FX2N一48MR的PLC進(jìn)行控制，具有較好的柔性，即每單元各有一套PLC控制系統(tǒng)獨(dú)立控制，在基本單元模塊培訓(xùn)完成以后，又可以將相鄰的兩個(gè)單元、三個(gè)單元、八個(gè)單元使用cc-Link總線進(jìn)行通訊，cc-Link將各站的PLC連接在一起保證系統(tǒng)中各站能聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，使獨(dú)立的各站間能交換信息，加工過(guò)程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如工件顏色、裝配信息等，向下站傳送，處理控制和信息數(shù)據(jù)，以保證工作正確(如分類正確、安裝正確等)。本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)FX2NPLC控制器采用cc-Link通信，實(shí)現(xiàn)八個(gè)單元與主站之間的網(wǎng)絡(luò)控制方案，如圖2所示。通過(guò)三菱QPLC主機(jī)采集并處理各站的相應(yīng)信息，完成八個(gè)單元間的聯(lián)動(dòng)控制。將cc-Link聯(lián)線首端出線的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接器接到三菱QPLC主機(jī)的通信口上，其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接器依次接到八個(gè)單元的cc-Link模塊通信口上，將聯(lián)線末端網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接器上的終端電阻開關(guān)打到“ON”位置，其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接器上的終端電阻開關(guān)全部打到“OFF”位置。

    組網(wǎng)后，系統(tǒng)從站主要用于控制與驅(qū)動(dòng)設(shè)備層，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)反饋的信號(hào)進(jìn)行采集，主站采集各從站數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)各站運(yùn)行，并為上位機(jī)的監(jiān)控程序提供數(shù)據(jù)，同時(shí)系統(tǒng)采用彩色工業(yè)觸摸屏完成系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)的集成。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制設(shè)備的作業(yè)動(dòng)作，生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品信息自動(dòng)統(tǒng)計(jì)后通過(guò)觸摸屏軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智能化管理。

圖2 計(jì)算機(jī)與主站、主站與從站組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及信息傳輸示意圖

3 生產(chǎn)線典型分站的設(shè)計(jì)

3.1 上料單元

    上料單元是柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線不可或缺的單元，本仿真系統(tǒng)上料單元的主要功能是將工件從回轉(zhuǎn)上料臺(tái)依次送到檢測(cè)工位，提升裝置將工件提升并檢測(cè)工件顏色，并把到料信息提供給搬運(yùn)單元、顏色信息傳遞給安裝單元、分揀單元。這個(gè)單元的主要零部件有回轉(zhuǎn)臺(tái)、工件滑道、光電傳感器、可編程序控制器、直流減速電機(jī)、電磁閥及氣缸等。

    上料站系統(tǒng)框圖如圖3所示。上料單元需要完成直流減速電機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，其工作流程為：上料檢測(cè)單元運(yùn)行，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，工件從轉(zhuǎn)盤經(jīng)過(guò)滑道送人貨臺(tái)上，當(dāng)檢測(cè)工件光電傳感器檢測(cè)到物料時(shí)，氣缸驅(qū)動(dòng)提升機(jī)構(gòu)升至到等待位置，如果工件在30s內(nèi)沒(méi)有送到物料臺(tái)時(shí)警示黃燈亮，物料臺(tái)卡住時(shí)(3s內(nèi)氣缸沒(méi)有運(yùn)行到上限位)警示紅燈亮。顏色檢測(cè)光電傳感器檢測(cè)工件顏色，并把顏色信息傳遞給后續(xù)的其它從站單元，當(dāng)磁性傳感器檢測(cè)到提升機(jī)構(gòu)倒位時(shí)，在PLC網(wǎng)絡(luò)中給出網(wǎng)路完成信號(hào)，下一站開始動(dòng)作。

圖3 上料站系統(tǒng)框圖

    每一單元都有上電信號(hào)(按鈕)、開始按鈕、復(fù)位按鈕、調(diào)試按鈕和停止按鈕五個(gè)按鈕關(guān)開，手動(dòng)／自動(dòng)、單機(jī)／聯(lián)機(jī)兩個(gè)選擇開關(guān)通過(guò)一塊控制面板把信號(hào)送到PLC，使每個(gè)單元按要求進(jìn)行工作；貨臺(tái)上限傳感器、貨臺(tái)下限傳感器、顏色檢測(cè)傳感器和到料檢測(cè)傳感器四個(gè)傳感器通過(guò)另一塊控制面板把信號(hào)送給PLC，PLC把料盤電機(jī)和氣缸的控制信號(hào)通過(guò)此面板送給料盤電機(jī)電磁閥和氣缸電控閥，PLC主機(jī)、空氣開關(guān)、開關(guān)電源、I／0接口板、各種接線端子等安裝在電氣網(wǎng)孔板上。把各個(gè)部分按設(shè)計(jì)電路圖連接起來(lái)即構(gòu)成上料站單元模塊。

    本單元的PLC控制器中，傳感器信號(hào)占用4個(gè)輸入點(diǎn)，上電信號(hào)、開始按鈕、復(fù)位按鈕、調(diào)試按鈕、手動(dòng)／自動(dòng)、單機(jī)／聯(lián)機(jī)和停止按鈕各占一個(gè)輸入點(diǎn)。輸入信號(hào)占用11個(gè)輸入點(diǎn)；料盤電機(jī)、貨臺(tái)電磁閥、報(bào)警綠燈、報(bào)警黃燈、報(bào)警紅燈、開始燈和復(fù)位燈需要七個(gè)輸出信號(hào)，占用七個(gè)輸出點(diǎn)。本單元主機(jī)采用三菱FX2N一48MR系列PLC和FX2N一32CCL的CC—LINK通信模塊。其PLC控制原理圖如圖4所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)好以后，按系統(tǒng)工作流程和控制要求，即可在上位機(jī)中編寫PLC程序并下載到本站PLC中，使系統(tǒng)按控制要求進(jìn)行工作。

圖4 上料站PLC控制原理圖

3.2 主控單元設(shè)計(jì)

    本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)采用一臺(tái)Q系列的PLC(Q01CPU)作為主站，連接8個(gè)FX2N遠(yuǎn)程設(shè)備站，各站之間使用CC—Link總線進(jìn)行通訊。從站主要用于控制與驅(qū)動(dòng)設(shè)備層，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)反饋的信號(hào)進(jìn)行采集，主站采集各從站數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)各站運(yùn)行，并為上位機(jī)的監(jiān)控程序提供數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還配有10.4英寸彩色工業(yè)觸摸屏，可以完成系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)的集成。

    該單元的停止信號(hào)、啟動(dòng)信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、單杌／聯(lián)機(jī)信號(hào)、停止信號(hào)均從觸摸屏發(fā)出(同時(shí)，可操作控制按鈕板上相對(duì)應(yīng)的按鈕)，經(jīng)主站Q PLC采集處理后，向各從站發(fā)送控制要求，以實(shí)現(xiàn)各單元的復(fù)位、開始、停止等操作。

    各從站在運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)信號(hào)，應(yīng)存儲(chǔ)到該單元PLC規(guī)劃好的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。

    在本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的上位機(jī)上裝有GX Developer編程軟件8.86和EV5000-V1.6組態(tài)軟件，在上位機(jī)中根據(jù)控制要求編寫各從站程序并下載到各站PLC、編寫主站和網(wǎng)絡(luò)控制程序并下載到主站PLC中，在上位機(jī)上用EV5000-V1.6組態(tài)軟件創(chuàng)建觸摸屏工程并下載到觸摸屏，主站采集各從站數(shù)據(jù)，觸摸屏與主站實(shí)現(xiàn)通訊后，當(dāng)設(shè)備工作時(shí)，10.4英寸彩色工業(yè)觸摸屏即顯示工件加工總量、廢品量等信息，本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的典型特點(diǎn)就是具有實(shí)時(shí)從生產(chǎn)設(shè)備中讀取出生產(chǎn)數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程獲取設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行的狀況，可遠(yuǎn)程控制設(shè)備的作業(yè)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智能化管理。

3.3 實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)生產(chǎn)線的調(diào)試

    為了確保自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)平臺(tái)符合設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)仿真系統(tǒng)作整體調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試可分為硬件電路的連接與調(diào)試、PLC程序功能的調(diào)試、生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)功能的連接與數(shù)據(jù)傳輸調(diào)試等�，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)需要對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行分析及診斷，在調(diào)試過(guò)程中曾出現(xiàn)了觸摸屏無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與實(shí)時(shí)監(jiān)控，原因可能是CC-Link通訊出現(xiàn)故障，對(duì)聯(lián)線進(jìn)行檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中一個(gè)站的通訊聯(lián)線沒(méi)連接好，進(jìn)行檢修后恢復(fù)正常。對(duì)故障進(jìn)行分析很關(guān)鍵，對(duì)外圍線路或系統(tǒng)進(jìn)行正常檢測(cè)，確定故障的有無(wú)，同時(shí)對(duì)故障定位，找到故障具體位置進(jìn)行修正，使得系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

4 結(jié)論

    本仿真系統(tǒng)吸收了近10年來(lái)在國(guó)際上迅速發(fā)展的MES系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用氣動(dòng)應(yīng)用技術(shù)、PLC、傳感器自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、組態(tài)技術(shù)和信息通信技術(shù)相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與生產(chǎn)控制。本仿真系統(tǒng)在接近工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)上，針對(duì)教學(xué)進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)，強(qiáng)化了各種控制技術(shù)和工程實(shí)踐能力。根據(jù)每個(gè)工作單元課程需要設(shè)計(jì)不同的工作方式，保證初學(xué)者容易入門并有足夠的學(xué)習(xí)空間，工作單元之間通信后也可設(shè)計(jì)不同的工作過(guò)程，學(xué)習(xí)復(fù)雜系統(tǒng)的控制、編程、裝配和調(diào)試技術(shù)。為學(xué)員提供一個(gè)復(fù)雜和大型控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)平臺(tái)。教師可以在教學(xué)中根據(jù)需要設(shè)置故障，具有很好的柔性，應(yīng)用到教學(xué)上也非常直觀，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)可有效地結(jié)合教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了整個(gè)設(shè)計(jì)方案的可行性。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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