基于PLC通信的模塊化生產(chǎn)線(xiàn)控制系統

　　一.系統設計背景及發(fā)展

　　近幾年，隨著(zhù)PLC制造工藝水平的不斷提高和CPU技術(shù)的發(fā)展使其穩定性和性?xún)r(jià)比有了進(jìn)一步的提高，產(chǎn)品的類(lèi)型和擴展功能也更加豐富.在硬件性能迅速發(fā)展的同時(shí)軟件方面也加快了更新速度，尤其是在網(wǎng)絡(luò )通信方面得到了很大的發(fā)展，出現了各種不同的網(wǎng)絡(luò )連接方式，并且加強與計算機系統的兼容性.

　　生產(chǎn)線(xiàn)的發(fā)展主要體現在以下幾個(gè)方面：

　?。?）現代化的生產(chǎn)線(xiàn)控制設備是生產(chǎn)線(xiàn)控制現代化的基礎，首先是要采用快速.高效.自動(dòng)化的生產(chǎn)線(xiàn)控制設備.（2）計算機管理可以對生產(chǎn)線(xiàn)控制系統進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理與優(yōu)化.同時(shí)，通過(guò)計算機與其他系統實(shí)時(shí)聯(lián)機，發(fā)送和接收信息，使生產(chǎn)線(xiàn)控制系統于生產(chǎn)制造.銷(xiāo)售等系統有機地聯(lián)系，可以提高生產(chǎn)線(xiàn)控制系統的效益.（3）系統化與集成化生產(chǎn)線(xiàn)控制系統的結構特點(diǎn)是：點(diǎn)多.線(xiàn)長(cháng).面寬.規模大.生產(chǎn)線(xiàn)控制系統是把生產(chǎn)線(xiàn)控制系統有機地聯(lián)系起來(lái)，看成一個(gè)整體，從系統化.集成化的概念出發(fā)去設計.分析.研究和改進(jìn)生產(chǎn)線(xiàn)控制系統，不追求系統內個(gè)別部分的高效和優(yōu)化，而是力求整體系統的優(yōu)化和高效.

　　二.系統設計目的

　　由于現代生產(chǎn)制造業(yè)的快速發(fā)展和信息技術(shù)的廣泛應用，目前的生產(chǎn)線(xiàn)控制系統都采用了不同的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)提高生產(chǎn)線(xiàn)控制系統的效率和效益.在生產(chǎn)線(xiàn)控制系統中，貨料的裝配.搬運.運輸必須協(xié)調完成，否則會(huì )出現貨料堆積和貨料不夠搬運的現象.為了使貨料快速.準確.安全入庫，我們必須把各個(gè)系統連接起來(lái)，組成一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò )控制系統.

　　三.系統設計方法

　　應用松下F PΣ系列P L C聯(lián)網(wǎng)通信功能和PC-LINK網(wǎng)絡(luò )控制系統，可以把16臺PLC通過(guò)鏈接單元連接起來(lái)組成PC-LINK網(wǎng)絡(luò )系統，使之組成多點(diǎn)結構（1:N）的PLC網(wǎng)絡(luò )，即組成一種平等式總線(xiàn)型結構的工業(yè)局域網(wǎng).系統采用這種結構可以提高可靠性，強化系統應用的靈活性及便于系統的維修和技術(shù)更新.通過(guò)模塊化的生產(chǎn)線(xiàn)控制系統模型來(lái)模擬現實(shí)生活中生產(chǎn)線(xiàn)控制生產(chǎn)的全部過(guò)程，其原理不僅具有一致性，更可以在技術(shù)上采用實(shí)際生產(chǎn)線(xiàn)控制系統尚未采用的理論和技術(shù).

　　1.控制系統結構設計

　　生產(chǎn)線(xiàn)控制系統主要由管理層.控制層和執行層三大部分組成.其中管理層是一個(gè)計算機生產(chǎn)線(xiàn)控制管理軟件系統，是生產(chǎn)線(xiàn)控制系統的中樞.它主要完成以下工作：接收上級系統的指令（如月.日生產(chǎn)計劃）并將此計劃下發(fā)；調度運輸作業(yè)；管理立體倉庫庫存；統計分析系統運行情況；生產(chǎn)線(xiàn)控制系統信息處理.執行層一般包括：自動(dòng)存儲/提取系統；輸送車(chē)輛；各種緩沖站.根據管理層.控制層和執行層的不同分工，生產(chǎn)線(xiàn)控制系統對各個(gè)層次的要求是不同的.對管理層要求具有較高的智能；對控制層要求具有較高的實(shí)時(shí)性；對執行層則要求較高的可靠性.

　　設計舉例：立體倉庫的管理控制：庫存管理，根據立體倉庫原庫存情況和來(lái)自底層的出/入庫完成信息，管理立體倉庫庫存信息.（1）入庫管理：決定各種入庫申請的響應順序，根據控制層發(fā)來(lái)的入庫申請或入庫條形碼信息為待入庫物料分配貨位，形成入庫任務(wù).（2）出庫管理：根據緩沖站（加工緩沖站和工位緩沖站）發(fā)來(lái)的需料申請，結合當前庫存情況，形成出庫任務(wù).也可根據日滾動(dòng)生產(chǎn)計劃確定初始發(fā)料或為次日生產(chǎn)的出庫安排形成出庫任務(wù).（3）出/入庫協(xié)調：對出庫任務(wù)與入庫任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化組合，把滿(mǎn)足條件的出庫任務(wù)和入庫任務(wù)組合成出/入庫聯(lián)合作業(yè)任務(wù).根據運輸任務(wù)的緊急程度和調度原則，決定運輸任務(wù)的優(yōu)先級別（從眾多的物料需求申請中決定響應順序），根據當前運輸任務(wù)的執行情況形成運輸命令和最佳運輸路線(xiàn).

　　生產(chǎn)線(xiàn)控制系統狀態(tài)的監控：（1）生產(chǎn)線(xiàn)控制系統狀態(tài)信息的采集：接收控制層發(fā)回的狀態(tài)報告，運輸命令的完成，取消和修改報告.（2）生產(chǎn)線(xiàn)控制系統狀態(tài)的監測：對控制層發(fā)回的報告進(jìn)行分類(lèi)整理，在屏幕上用圖形顯示各個(gè)緩沖站的狀態(tài)，立庫狀態(tài)和設備運輸狀況等.（3）異常情況的處理：檢查判別生產(chǎn)線(xiàn)控制系統狀態(tài)中的不正常信息，根據不同情況提出處理方案.（4）人機交互：提供管理人員查詢(xún)當前系統狀態(tài)數據，直接干預系統運行.

　　2.系統硬件設計

　　為使生產(chǎn)線(xiàn)控制系統能夠正常的運行，要求生產(chǎn)線(xiàn)控制系統具有以下功能：（1）氣動(dòng)機械手上升，下降限位控制.（2）氣動(dòng)機械手旋轉限位控制.（3）底盤(pán)機械旋轉角度的控制.

　?。?）根據貨料顏色進(jìn)行識別控制.（5）貨物轉向系統旋轉角度的控制.（6）巷道起重機精確存取貨物控制.（7）實(shí)現每臺PLC之間的點(diǎn)對點(diǎn)通信.（8）彩色監控系統實(shí)現了人機對話(huà)，實(shí)時(shí)顯示等功能.（9）輸送帶變頻調速控制.（10）檢測功能，檢測的正確與否，是生產(chǎn)線(xiàn)正常工作的保證.

　　PC-LINK網(wǎng)絡(luò )組成的網(wǎng)絡(luò )控制系統可以不占用PLC的I/O口單元，只是占用內部繼電器和數據寄存器，并且未使用的鏈接繼電器和鏈接寄存器仍可以作為內部繼電器和寄存器使用.

　　這樣就減少了在選擇PLC時(shí)對于I/O口的估計，提高所選擇PLC的性?xún)r(jià)比.實(shí)際選擇的PLC中也能夠減少I(mǎi)/O口單元的使用數量從而降低了PLC的價(jià)格，進(jìn)而降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò )控制系統的使用成本，提高了系統的性?xún)r(jià)比.網(wǎng)絡(luò )采用總線(xiàn)型結構，令牌傳遞信息的通信方式保證了信息的可靠傳遞，并且能夠方便的增加PLC的連接數量，有利于生產(chǎn)線(xiàn)的升級改造.此外，在出現故障時(shí)也易于及時(shí)檢修，使系統運行更加穩定，提高了系統的使用效率.

　　根據上述的分析，結合實(shí)際情況，本系統應采用的是由松下PLC構成的分散式PC-LINK網(wǎng)絡(luò )控制系統（如圖1所示）.

　　3.系統軟件設計

　　主機單元使用工具口（RS232C）能夠與觸摸屏或計算機實(shí)現通信.此外，我們還可選擇帶有RS232C和RS485接口的通信卡實(shí)現通信功能.全方位通訊功能意味著(zhù)不僅能實(shí)現1:N通訊，而且通過(guò)PC-LINK網(wǎng)絡(luò )能實(shí)現PLC最多達16站的鏈接繼電器與鏈接寄存器的鏈接功能操作.

　　根據計算機所發(fā)出的命令來(lái)監測，控制正在運行的PLC,并且PLC能夠將運行的信息返回給計算機，在兩者之間實(shí)現會(huì )話(huà)層.計算機發(fā)送指令給PLC,PLC響應（發(fā)送響應信息）接收到的命令.PLC響應來(lái)自計算機的命令并自動(dòng)返回響應信息，因此PLC可以不用編寫(xiě)通信程序.