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《電氣自動化雜志》2014年第三期

1控制系統組成及功能

控制系統首要保證了整個涂裝工藝流程的正常、高效和可靠運轉，同時還實現了上位系統對整條生產線所有設備的聯網和集中控制:監控設備運行狀況，修改、記錄和保存工藝參數;滿足輸送系統內部各層次間的信息傳遞:如輸送系統與噴漆機器人、自動拋丸系統之間的信號交換;實時顯示噴漆產品、型號、數量、油漆品牌等管理信息等。由于工件種類較多，外形和尺寸大相徑庭，生產批次靈活安排，要求3個噴涂機器人能隨機應變，自動、快速地調用相應的噴漆程序，因此準確、及時將工件信息傳遞給機器人成為控制的重要內容。設計采用rfid識別技術，積放鏈每輛小車上裝有存儲信息的載碼體，從進入線體開始就記載所帶工件的產品信息(規格、油漆、批次、用途，狀態等)，并在特定工位進行信息修正和讀取操作。

1．1識別系統圖2數據信息處理流程識別系統主要采用TURCK產品，包括載碼體、讀寫器、電子底板、網關等;全線約180輛輸送小車各自裝有一塊載碼體，記錄所承載工件的信息;設有6個讀寫器分布在現場不同關鍵工位，負責PLC和載碼體之間交換數據。布置3個網關，位于現場控制箱內。通過網關模塊自帶的DP接口接入DP網絡。每個網關可帶多個電子底板(考慮到線纜長度因素，本系統只帶一塊電子底板)，每塊電子底板可裝2個讀寫器［3］。上件工位和檢查工位共設置2臺觸摸屏，用于人機信息交換。數據信息處理流程如圖2所示。上件時人工向觸摸屏輸入工件信息，讀寫器將信息寫入載碼體，然后工件進入下一工位;同時信息經中央PLC系統處理后存儲于數據庫中;工件到達檢查工位，此處的讀寫器將工件信息讀取，人工在該工位的觸摸屏核對信息并檢查是否合格，對不正確的信息進行更正，將不合格的工件輸入特定代碼，標示為次品。每個噴漆室入口設有一個讀寫器，讀取進入噴漆室的工件信息，經中央PLC進行分析、判斷后通知機器人，對不合格件則不進行噴涂，合格件則由機器人根據工件信息選擇相應的噴涂程序。工件信息在關鍵工位進行無線讀、寫和刷新，并存儲于中央系統中，自始至終跟隨該工件走完整條生產線，系統隨時可以調用、顯示、記錄和統計。

1．2通訊協議本系統采用Profibus-DP協議組網通訊。Profibus作為德國國家標準DIN19245和歐洲標準prEN50170的現場總線，由Profi-bus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA組成。本系統主要采用DP類型－用于分散外設間的高速傳輸，支持主－從系統、純主站系統、多主多從混合系統等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權，可主動發送信息。對多主站系統來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息。Profibus的傳輸速率為9．6K～12Mbps。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點［4］。

1．3硬件組態硬件組態在SiemensSTEP7V5．5中進行，無論是RFID識別產品還是機器人通訊板卡都有相應的GSD文件。正常安裝GSD文件后，STEP7的硬件目錄里會有相應的模塊。組態前先按常規項目組態好西門子其余模塊，組態DP總線，設置總線通訊速率(由于總線長度的關系本系統選擇187．5kbps)，設置PLC的DP地址，具體組態方法不再敘述［5］。(1)RFID組態打開目錄下的turck文件夾，選擇產品類別BL20或BL67(本處選BL20)，打開BL20選擇網關模塊(本處選BL20－GW－DPV1)，拖動該模塊到組態好的總線上，自動彈出設置對話框，設置網關的DP地址，同時也要將硬件上的地址旋鈕選擇相同的地址;然后為網關添加相應的電子底板，用于連接讀寫器，至此一個網關就組態好了，接下來如上組態其余兩個網關模塊，整個RFID產品組態完畢。(2)機器人組態在STEP7里進行組態:硬件目錄general下選擇ANYBUS－SPDP川崎的板卡模塊，拖動到總線上彈出設置對話框，設置DP地址，根據交換數據量選擇合適的IN/OUT數據量模塊。依次組態三臺機器人。機器人在實際硬件里設置時步驟較多，主要有如下幾大步［6］:①準備現場總線接口板，設置終止器的狀態(打開或關閉)和板卡的DP網絡地址(范圍為0－99)，板卡在聯網后會自動選擇通訊波特率。②控制器上電，設置現場總線接口配置，信號分配設置。③設置外部I/O信號數。④設置物理I/O接口和主/從端口間的關聯，信號排列順序的設定。⑤控制器斷電再上電。⑥設置信號分配數據。⑦設置主/從端口信號命令。至此，硬件組態完畢，系統包含RFID、拋丸、機器人噴涂、積放鏈等共約14個站點地址。

2控制功能的程序實現

本系統采用的功能塊主要有FB140"PIB_002KB"(讀寫載碼體數據)、SFC21"FILL"(初始化存儲區)、FC84"ATT"(將DATA添加到表格)和FC85"FIFO"(先進/先出取出表格數據)。第一步，系統啟動后首先調用系統功能SFC21。根據每個工位存放的工件數各自創建一個相對應的數據存儲區，用來存儲該工位每一個輸送小車位的工件信息，為工件的全線跟蹤定位做準備。如圖3。第二步，讀寫器初始化成功后，調用FB140功能塊，將觸摸屏輸入的數據寫入載碼體或將載碼體攜帶的數據讀入中央PLC系統，通過觸摸屏操作和程序條件選擇給FB140傳遞不同的調用參數，調用參數的不同決定了讀寫器是執行數據寫入還是數據讀出。如圖4。第三步，通過調用功能FC84將工件信息數據寫入SFC21創建的存儲區內;最后根據每個工位的占位、滿位開關的情況和發車信號調用功能FC85，將數據從前一個工位的存儲區讀出，同時調用功能FC84將FC85讀出的數據添加到下一工位的存儲區內，實現數據和工件的同步。如圖5。第四步，執行功能FC85讀出數據后，需要將存儲單元內數據清零。第五步，工件信息進入中央PLC系統后，經過處理存儲在定數據塊內等待傳送給機器人;由于機器人本身單次接收數據量的限制，交互信號和工件信息的傳遞要多次調用下面的程序段，進行PLC和機器人的數據通訊。如圖6。

3上位監控軟件和遠程

上位組態軟件采用組態王6．53版本，根據工程需要設計了22個畫面，全面而直觀地展示出整個工程整體和局部設備的面貌和動態。各個設備的運轉命令、動作狀況、實時曲線和歷史參數、報警信息以及所有工件在線信息均在上位監控畫面中實現。如圖7。該畫面還可至遠程計算機供管理層監控［7］。在圖7中，畫面上能實時顯示整條線每個工位小車的狀態，進而查詢該工位工件的所有信息，直觀而生動地反映出整條線的工作狀況。這些都歸功于RFID技術和上位組態系統強大的數據庫管理功能。

4結束語

由RFID、S7系列PLC、組態軟件和機器人在Profibus網絡內構建的自動識別與噴涂系統已在重慶某涂裝項目中投入使用，經過一段時間的正常運行，證明該系統設計合理，應用簡單，能可靠地對工件進行識別跟蹤和自動噴涂，優質完成了工程設計要求。將RFID技術引入常規涂裝線是一次成功的探索，推動了常規涂裝生產線向自動化、智能化的高水平發展。

作者：唐耘高永強商倩蔣濤單位：天津七所高科技有限公司