OMRON PLC工控系統(tǒng)在焊接車(chē)間搬送線中的運(yùn)用

秦美玲廣州市土地房產(chǎn)管理職業(yè)學(xué)校，廣東廣州 510320

OMRON PLC工控系統(tǒng)在焊接車(chē)間搬送線中的運(yùn)用

秦美玲
廣州市土地房產(chǎn)管理職業(yè)學(xué)校，廣東廣州 510320

本文主要敘述以O(shè)MRON PLC為核心工控系統(tǒng)在焊接車(chē)間移栽式搬送線中的應(yīng)用。系統(tǒng)以GP PROFACE觸摸屏為人機(jī)交互界面，MC421為運(yùn)動(dòng)控制核心，安川伺服電機(jī)為執(zhí)行元件，基于DEVICE-NET開(kāi)放式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，組建以CS1H-CPU66為運(yùn)算、指揮、調(diào)度中心的PLC控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障搶修的直觀、快速、精準(zhǔn)化。

CS1H；MC421；GP PROFACE；DEVICE-NET

為實(shí)現(xiàn)內(nèi)作成本的下降，同時(shí)減輕員工的作業(yè)強(qiáng)度，結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)線的空間條件，焊接車(chē)間在2007年導(dǎo)入了一套很有創(chuàng)意的懸空安裝的工件搬送系統(tǒng)。但由于成本及工程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的問(wèn)題，該套設(shè)備在導(dǎo)入投產(chǎn)后故障頻繁，已經(jīng)成為影響焊接車(chē)間日生產(chǎn)能力的不穩(wěn)定的主因。為確保生產(chǎn)能力的達(dá)成，該崗位需額外追加4 人/2勤的生產(chǎn)要員去對(duì)該工藝流程的品質(zhì)及生產(chǎn)稼動(dòng)進(jìn)行監(jiān)管，造成過(guò)高的設(shè)備及人員成本投入。

為徹底解決上述問(wèn)題，通過(guò)全面的比較和分析，認(rèn)為造成該套設(shè)備不穩(wěn)定的原因主要是搬送設(shè)備執(zhí)行元件的選型設(shè)計(jì)不合理、人機(jī)交互系統(tǒng)不友善導(dǎo)致，這些都可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的升級(jí)改造來(lái)解決。具體可行的辦法是：

1）升級(jí)執(zhí)行元件的配置。變頻電機(jī)→伺服電機(jī)，變頻器→伺服控制器，實(shí)現(xiàn)零件定位的精準(zhǔn)化。

2）升級(jí)人機(jī)交互界面。聲光報(bào)警→聲光報(bào)警+觸摸屏，實(shí)現(xiàn)故障信息顯示的精確化。

3）升級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信的方式。DEVICE NET→DEVICE NET+以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交互的快速化。

1 系統(tǒng)各部件選型依據(jù)

1.1 OMRON PLC CS1H的特性及OMRON工控網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

CS1系列PLC的特性：

1）目前OMRON所有PLC中處理速度最快的，容量最大的一個(gè)系列。

2）在指令處理速度、數(shù)據(jù)區(qū)容量、程序容量上大大優(yōu)于C200Hα。

3）有較多可以自由使用的特殊單元，便于控制伺服電機(jī)的動(dòng)作。

1.2 OMRON MC421運(yùn)動(dòng)控制模塊的特性

CSIW-MC421是CSI系列的4軸動(dòng)作控制器，它內(nèi)置G語(yǔ)言程序，可以實(shí)現(xiàn)橫切功能等高度的定位功能。常用的定位控制方式有2種，分別為PTP控制（Point to Point）：?jiǎn)为?dú)定位各軸的控制。中途路線因移動(dòng)量、速度等變化；CP控制（Continuous Path）：不但控制起始位置和目標(biāo)位置，還指定這2點(diǎn)間的路徑。有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、螺旋圓弧插補(bǔ)、橫切等功能。而本項(xiàng)目改造使用的是PTP控制方式。

1.3 OMRON DRM 21通信模塊特性

CSIW-DRM21是OMRON公司生產(chǎn)的支持DeviceNet通信規(guī)約特殊通信模塊，任何廠家的設(shè)備，只要是符合DeviceNet的標(biāo)準(zhǔn)，就可以通過(guò)它接入到PLC系統(tǒng)，它具備遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)量和模擬量的控制及信息通信。而且，模塊特性的設(shè)置則可以通過(guò)Configurator軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單而有效設(shè)定的。

1.4 GP PROFACE 觸摸屏特性

我們通常講的GP其實(shí)是眾多觸摸屏廠家中的一種，是日本DIGITAL公司的產(chǎn)品，其全名是Pro-face GP，常見(jiàn)為GP2000、GP3000系列。GP與PLC的通信方式常見(jiàn)的有串口通信和以太網(wǎng)通信兩種，可根據(jù)通信量和通信速度要求進(jìn)行自由設(shè)定。本項(xiàng)目為了便于日后的維護(hù)修改以及提供通信的速度，使用的是以太網(wǎng)通信方式。

2 系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

2.1 方案改造需求說(shuō)明

2.1.1 工藝流程

崗位員工完成作業(yè)內(nèi)容→按下作業(yè)完成按鈕→空中移栽機(jī)從待機(jī)位置啟動(dòng)并前進(jìn)到人工崗位→空中移栽機(jī)上的搬運(yùn)抓手向下動(dòng)作抓取工件、完成并上升→空中移栽機(jī)返回并到達(dá)中間位置→空中移栽機(jī)上的搬運(yùn)抓手旋轉(zhuǎn)90°→空中移栽機(jī)再啟動(dòng)前行并到達(dá)放件位置→空中移栽機(jī)上的搬運(yùn)抓手向下動(dòng)作，將工件放置到下一工位的傳送設(shè)備上→空中移栽機(jī)放件完成后返回到原待機(jī)位置并旋轉(zhuǎn)90°恢復(fù)設(shè)備原待機(jī)狀態(tài)。

2.1.2 系統(tǒng)功能指標(biāo)

1）搬運(yùn)工件重量：50kg。

2）橫向行走速度：800mm/s，垂直動(dòng)作速度：400mm/s。

3）旋轉(zhuǎn)角度：30°/s。

4）最大行走距離8 000mm，垂直動(dòng)作高度1 500mm

5）工件重復(fù)定位精度：±0.3mm。

2.1.3 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、稼動(dòng)指標(biāo)

1）削減崗位要員4人/2勤。

2）設(shè)備稼動(dòng)率≥90%。

為了有效的防御和減輕氣象災(zāi)害，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，國(guó)家各級(jí)部門(mén)不斷制定各類(lèi)防范措施，取得了一定的效果，對(duì)于社會(huì)發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。但由于影響預(yù)警機(jī)制建立和有效運(yùn)行的因素眾多，因而在實(shí)際的工作中，仍存在一定的問(wèn)題，制約了農(nóng)業(yè)氣象預(yù)警的發(fā)展。

2.2 總體改造方案

本系統(tǒng)采用OMRON公司的CS1系列PLC為控制、運(yùn)算和調(diào)度中心，型號(hào)為CS1H-CPU65H。采用以太網(wǎng)模塊CS1W-ETN01作為與上位機(jī)、觸摸屏通信的信使，并以此構(gòu)建維護(hù)用途（監(jiān)控層）的區(qū)域局域網(wǎng)。以CS1WDRM21作為現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)量輸入設(shè)備的運(yùn)算控制中心，構(gòu)建設(shè)備開(kāi)關(guān)的DEVICE-NET通信網(wǎng)絡(luò)。使用OMRON公司的運(yùn)動(dòng)控制模塊CS1W-MC421作為移栽機(jī)設(shè)備的控制中心，運(yùn)用日本安川公司的伺服驅(qū)動(dòng)器SGDV系列作為執(zhí)行元件（伺服電機(jī)）的驅(qū)動(dòng)單元，采用SGMJV系列伺服電機(jī)作為執(zhí)行元件。使用PROFACE公司的GP4501TW觸摸屏作為人機(jī)交互的界面，見(jiàn)表1、圖1。

表1 系統(tǒng)設(shè)備清單

2.3 具體實(shí)施方案

2.3.1 供電回路、控制回路

按照強(qiáng)、弱電隔離的思路，對(duì)電氣回路的供電、控制回路進(jìn)行升級(jí)改造。

2.3.2 觸摸屏設(shè)置

觸摸屏要和PLC建立通信，就需要進(jìn)行必要的設(shè)置。

其次，對(duì)觸摸屏自身的控制數(shù)據(jù)以及PLC通信數(shù)據(jù)地址進(jìn)行設(shè)定。具體為設(shè)定觸摸屏開(kāi)機(jī)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)畫(huà)面為20號(hào)畫(huà)面（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定畫(huà)面），與PLC的數(shù)據(jù)通信地址設(shè)定為L(zhǎng)S10～20對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)部的D5000～D5010。

2.3.3 CX-MOTION設(shè)置

使用OMRON公司的CX-MOTION軟件對(duì)MC421運(yùn)動(dòng)模塊的參數(shù)及動(dòng)作軌跡進(jìn)行設(shè)置。首先編寫(xiě)G語(yǔ)言程序，詳細(xì)描述運(yùn)動(dòng)電機(jī)的控制邏輯順序。其次，對(duì)模塊的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置、設(shè)備的移動(dòng)距離等。

2.3.4 PLC程序

根據(jù)啟、保、停的原則重新編寫(xiě)PLC的所有梯形圖程序。包括系統(tǒng)總的調(diào)度、運(yùn)算程序以及移栽機(jī)的邏輯動(dòng)作程序。

2.4 系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果

1）工藝流程：100%實(shí)現(xiàn)。

2）功能指標(biāo)：100%實(shí)現(xiàn)，其中空中移栽機(jī)行走速度：高于目標(biāo)800mm/s，實(shí)績(jī)?yōu)? 000mm/s；垂直動(dòng)作速度高于目標(biāo)400mm/s，實(shí)績(jī)?yōu)?00mm/s。

3）經(jīng)濟(jì)、稼動(dòng)指標(biāo)：削減崗位要員4人/2勤，稼動(dòng)率實(shí)現(xiàn)93%。

3 結(jié)論

出于削減生產(chǎn)小停，員工作業(yè)減荷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的快速發(fā)現(xiàn)的目的，而對(duì)該零件搬送系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。雖然沿用原有設(shè)備的機(jī)械主體結(jié)構(gòu)，但通過(guò)采用OMRON公司的成熟工控產(chǎn)品系列，同時(shí)考慮到生產(chǎn)技術(shù)的穩(wěn)定性而采用技術(shù)更成熟的GP PROFACE公司的觸摸屏產(chǎn)品，使整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及信息交互性得到了極大的提高，為日后設(shè)備維護(hù)奠定了良好的基礎(chǔ)。總的來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)成功的升級(jí)改造案例。

［1］廖常初.可編程序控制器編程方法與工程應(yīng)用［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，2001.

［2］陳忠平.歐姆龍CP1H系列：PLC完全自學(xué)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013，7.

［3］張敏.基于均衡生產(chǎn)的汽車(chē)焊裝車(chē)間作業(yè)計(jì)劃改善研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2007.

［4］于建國(guó).持續(xù)改善理論在一汽—大眾焊裝車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)管理的應(yīng)用研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2011.

［5］鄭圣德.觸摸屏的類(lèi)型用途及工藝流程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

TG4

A

1674-6708（2016）168-0175-02

秦美玲，廣州市土地房產(chǎn)管理職業(yè)學(xué)校。