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基于MPS的自动加工线在线监控系统的设计
导读：基于MPS的自动加工线在线监控系统的设计徐沪萍，以德国Festo公司的MPS模块加工系统为基础,设计了一种基于MPS(内含送料~，测~加工~取件及分拣5个单元D的零件自动加工控制实验系统O系统采用华光PLC作为，加工自动化;MPS;PLC;工业组态;在线监控，各个单元完成不同的工序O送料单元完成送料工作,将工件从料仓送到检测单元,检测单元，工业生产加工自动化系统是制造业领域的重要组成部分,可以基于MPS的自动加工线在线监控系统的设计
徐沪萍105基于MPS的自动加工线在线监控系统的设计徐沪萍(武汉理工大学摘要武汉430063D以德国Festo公司的MPS模块加工系统为基础,设计了一种基于MPS(内含送料~检测~加工~取件及分拣5个单元D的零件自动加工控制实验系统O系统采用华光PLC作为主要控制设备,完成自动控制系统的硬件和软件设计,实现PLC与上位机之间的通信,并且利用工业组态软件完成了监控程序的开发,实现了对该系统的在线监控O关键词加工自动化;MPS;PLC;工业组态;在线监控文献标识码:A中图法分类号:TP277;TP278 引言各个单元完成不同的工序O送料单元完成送料工作,将工件从料仓送到检测单元,检测单元对工件的材质和颜色进行检测,并对工件的尺寸进行测量,以此来判断该工件是否合格,合格工件被送到加工单元,不合格工件作为废品处理,放于废品库O在加工单元,合格工件通过机加工和加工精度测量(如进行钻孔加工,并检测孔的直径和深度等尺寸D来判断加工精度是否合格O取件单元将不合格产品放于废件库,将合格产品送到分拣单元O分拣单元根据产品的颜色~材质进行分拣O这5个单元分别由5台PLC控制,各单元执行元件的动作信息均来自于传感器,用PLC控制这些传感器信号就可以控制各单元的动作O工业生产加工自动化系统是制造业领域的重要组成部分,可以自动实现生产流水线中的送料~加工~输送~检验~分拣送库等环节的自动化控制O其中模块加工系统(modularproductionsystem,MPSD是一套模拟实际工业生产中大量复杂控制过程的教学培训装置,它具有模块化,综合性和易扩充等特点O该装置既可以控制基础操作,也可以控制复杂操作[1-2]O笔者以德国Festo公司的MPS(模块加工系统D为基础,设计MPS(内含配料~检测~加工~取件及分拣5个单元D的自动控制系统,并在工业组态技术的支撑下完成其上位机在线监控系统设计与开发O22.1MPS控制系统设计系统结构1MPS系统的组成及功能MPS整体系统共分为机械系统~控制系统~气动系统O机械系统是以德国Festo公司的MPS自动加工线教学设备的机械机构为主,包括执行元件~机架~传感器件~电路系统等;控制系统主要由下位机PLC~上位机IPC以及控制面板等组成;气动系统包括各种气缸~电磁阀~空气压缩机等OMPS自动加工系统由5个单元组成,各单元安装在方形带槽的模板上,这些单元靠模板依次组装固定在1排,由1台空气压缩机提供动力气源O每个单元有机械结构~传感器件~按钮~执行元件(气动元件~电动元件D和独立的控制设备(PLCD等O收稿日期:;修改稿收到日期:用5台PLC分别控制MPS的5个单元,以其中1台作为主PLC,其余4台作为从PLCO通过读写功能完成主PLC与从PLC之间的通信,使各单元的动作保持协调O用工控机作为上位机,和主PLC相连组成网络系统,负责接收主PLC传送的信息和向主PLC传送信息,对整个网络进行仿真和监控O系统的硬件组成如图1所示O这套MPS在线监控系统5个单元的动作都不复杂,I/0点数不多,选择华光公司生产的小型整体式SH-32型设备4台作为从PLC,1台小型模块式SZ-4作为主PLCO由于检测单元需要检测工件毛坯的尺寸以确定毛坯是否合格,因此需要添加一个模拟量处理模块(选用华光公司的H-6A1型模拟量处理模106交通与计算机2006年第4期第24卷总131期块) 将传感器检测到的模拟量信号转换为PLC可识别的数字量信号O此外 选择1台空气压缩机作为气源来控制各个单元的气动部件O3MPS在线监控系统的设计根据实际情况及设计任务 整个系统分为操作员站和现场控制站两级 对设备实现全自动控制O其中 操作员站采用工控机控制 现场控制站由PLC与相应的I/O模块构成O现场数据的采集和就地控制均由PLC实现 选择 力控 组态软件作为上位机组态软件开发平台O图1MPS控制系统结构3.1操作员站操作员站装有全套组态软件 并利用其生成2.2控制系统软件考虑到使用的方便 笔者利用Directsoft软件平台对PLC进行编程和控制 这种软件可以实现以下功能,寄存器数据的传送;PLC存储器清除;串行口设置;运行中程序更改;遥控运行或停止;采样跟踪和端口设置 可读取和显示PLC中的程序 实现文件的发送和接收;可监控和测试PLC中的程序 实现动态监视器~元件监控和显示监控数据的变化值等功能O2.3PLC之间及与上位机的通信方式1)主PLC与从PLC的通信O在MPS自动加工系统实例中 定义配料单元为1号从站 检测单元为2号从站 加工单元为3号从站 取件单元为4号从站 分拣单元为5号从站O设定加工单元PLC为主站 其他4个单元为从站 通过建立主站与4个从站间的通信联系 对主站进行读写操作 实现对各单元从站的动作控制OCCM协议采用华光公司的上位通信协议 通信主站保持通信的主动权 从站只能响应对其的呼叫O按照CCM协议传送数据时 主站(主PLC)和从站(SH系列PLC)之间采用一应一答的方式O每次通信都以主站向从站呼叫开始 然后主站向子站发出传送指令(首标) 子站收到之后 根据此指令和主站进行数据传送 最后由主站发送EOT(endoftransmission)信号结束通信O要实现主从PLC间正确的通信 保证发送与接收信息的正确性 发送与接收必须采用相同的数据格式 同时必须对特殊寄存器作相应的设置O2)主PLC与上位机之间的通信O主PLC与上位机IPC之间的通信也是由CCM协议实现SZ4通用通信口的CCM功能的通信站号 传送方式 奇偶校验方式的设定 可用编程器或用户程序把与所连接的串行通信终端相符的参数写入特殊的参数设定寄存器O控制系统时的人机界面 作为系统的管理站和程序员终端用来开发和下装各种控制算法和数据 实现对生产加工过程的自动控制O操作员站通过组态软件 提供了实时数据通信~系统状态显示~工况图形显示~历史趋势显示~实时控制曲线显示~控制参数修改~参数列表~报警管理~报表打印~操作员操作记录等功能O3.2现场控制站现场控制站均由PLC外加相应的AI~DI~AO和DO模块组成 能自动对现场数据进行采集 控制可以实现下载到PLC的CPU中 实现了分布式控制的功能O现场控制站是整个系统动作执行的直接控制方 通过现场控制站与操作员站的信息交换 可以实现对系统的远程监控O现场PLC控制器将自动加工线的运行情况通过串行通信口传送到工控机中 工控机通过图形画面实时显示自动线的运行状况O操作人员可以在工控机上控制自动线的启动~停止和复位 以及自动/手动方式的转换O为了生产管理的需要 监控软件记录自动加工线上加工过的工件数量~种类和颜色 同时记录自动线运行中出现的故障O3.3监控界面的设计MPS上位机在线监控系统设计 实质上是以工业力控组态软件为平台进行的应用程序的开发O组态软件运行在Windows98/NT/2000/XP操作系统上 它主要由工程管理器~开发系统~界面运行系统~实时数据库~I/O驱动程序~网络通信程序~拨号通信程序及Web服务器程序组成O创建一个MPS系统应用程序的内容,制作工程画面 即用组态软件提供的各种图形化工具绘制图形画面 描绘实际工艺流程 模拟工业现场和工控设备等O1)画出MPS系统的基本界面O首先利用组态软件的图形编辑功能画出MPS系统应用实例基于MPS的自动加工线在线监控系统的设计
徐沪萍1O7的基本界面9图Z为加工单元画面G和杂项9动画连接对话框如图3所示G图3图Z加工单元画面动画连接对话框由于从PLC传来的信号为数字信号9即开关量9如用其直接控制界面中图形的运动9那么运行的结果是只能显示各动作元件的状态9而不能显示其运动过程G因此在每一单元中都设置了一些中间变量9靠PLC送来的信号控制它们有规律地变化9并用这些变量直接驱动界面中图形的运动GZ)创建数据库点G图形画面制作好以后9需要创建点G由于点的创建比较简单9这里不赘述9而只说明点的命名规则G根据MPS上驱动相应动作元件的信号来命名各点9并在其前面用阿拉伯数字表示所在的单元G例如91IZ~Z0Z~50Z等G3)数据连接G创建了点以后9就需要进行数据连接G在设计中9采用DDE标准进行数据连接G两个同时运行的程序之间通过DDE方式交换数据时是符合Client/Server关系的9当Server中的数据发生变化后就会马上通知ClientG通过这种方式9只需定义话题名和服务名就可以方便的实现DDE通信定义G启动数据库管理器DbManager9将设置好的数字I/0点全部连接到新建的DDE设备9即MPS上对应的寄存器和继电器G如此组态软件数据库就可以动态反映控制系统主PLC内部寄存器~继电器的状态9从而实现MPS系统的在线监控功能G4)动画连接G动画连接内容包括鼠标相关动作~颜色相关动作~尺寸旋转移动~数值输入显示4结束语笔者以德国Festo公司的MPS模块加工系统为基础9完成了零件自动化加工流程的自动控制系统的硬件和软件设计9实现了PLC之间及与上位机的通信9并且利用力控组态软件完成了监控程序的开发9实现了对该系统的上位机在线监控G该实验系统对学习和掌握加工自动化控制与监控系统的设计方法具有较好的实际应用价值G参考文献11]1Z]江永富9廖晓梅.PLC上位机监控软件的开发.橡塑技术与装备9ZOO3(Z9):45-47郭禾9罗文华.基于PLC教学仿真系统的设计与实现.系统仿真学报9ZOO3915(Z):ZO5-ZO7Designofa0nlineMonitorSystemofautomaticProductLinebasedonModularProductionSystemXUHuping(
43OO639CAbstract:Thepaperdesignedanautomaticprocessingcontrolsystemthatcontaindistributionunit9testingunit9processingunit9handingunit9andsortingunit9basedontheModularProductionSystemoftheFestoCo.9LTDinGermany.ThepaperusedPLCasthemaincontroleguipmentsofsystem9anddesignedhardwareandsoftwareofautomaticcontrolsystem9andrealizedcommunicationamongallkindsofPLCanduppercomputer.atlast9thepaperdevelopedamonitorprogrambyusinganindustryconfiguresoftware9andrealizedonlinemonitorofthesystem.K 3W r s:processautomationGmodularproductionsystemGPLCGindustryconfigurationGonlinemonitor基于MPS的自动加工线在线监控系统的设计作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：徐沪萍， XU Huping武汉理工大学,武汉,430063交通与计算机COMPUTER AND COMMUNICATIONS) 1.郭禾;罗文华 基于PLC教学仿真系统的设计与实现[期刊论文]-系统仿真学报 .江永富;廖晓梅 PLC上位机监控软件的开发[期刊论文]-橡塑技术与装备 2003(2) 本文链接：http://d..cn/Periodical_jtyjsj.aspx包含总结汇报、经管营销、高中教育、行业论文、旅游景点、农林牧渔、教学研究、求职职场以及基于MPS的自动加工线在线监控系统的设计等内容。
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