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電子器件生產(chǎn)設備聯(lián)動(dòng)技術(shù)分析論文
1引言
電子器件生產(chǎn)設備聯(lián)動(dòng)的電控技術(shù)最基本的要求是讓設備之間能夠相互通訊，通過(guò)通訊獲得不同設備的運行狀態(tài)和數據信息，對這些狀態(tài)和數據進(jìn)行分析管理，協(xié)調各設備的運行，實(shí)現整條線(xiàn)的自動(dòng)化和智能化生產(chǎn)。簡(jiǎn)單的狀態(tài)和數據分析可以在PLC中完成，比較復雜的則需要上位機分析處理，甚至人工來(lái)操作管理，在這個(gè)過(guò)程中以工控機為代表的上位機起著(zhù)重要作用。工控機可以協(xié)調指揮各個(gè)機臺的運行，傳遞各種參數，優(yōu)化運行流程，可以生成各種報表，讓自動(dòng)線(xiàn)的各種信息分級呈現給操作者和上級領(lǐng)導，每級生產(chǎn)人員也都可以在自己的權限下對設備進(jìn)行操控�？刂凭�(xiàn)路是電子器件生產(chǎn)設備聯(lián)動(dòng)安全可靠生產(chǎn)的重要保證,好的控制線(xiàn)路不但能夠保證人員的人身安全,還能保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩定性和可靠性�？刂瞥绦蚴锹�(lián)動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化、智能化的核心要素，控制程序包括動(dòng)作控制程序和工藝參數管理控制程序。動(dòng)作控制程序是生產(chǎn)線(xiàn)穩定可靠生產(chǎn)的重要條件，要保證聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，設備的每個(gè)動(dòng)作都必須得到精準的控制；工藝參數管理是自動(dòng)線(xiàn)的核心數據管理，不同的產(chǎn)品有不同的生產(chǎn)工藝，在生產(chǎn)設備上體現出不同的生產(chǎn)參數。一條自動(dòng)線(xiàn)上面，同時(shí)可能會(huì )出現多種規格批次的產(chǎn)品，智能識別并按照不同規格的產(chǎn)品調整設備參數是自動(dòng)線(xiàn)智能生產(chǎn)的重要前提。產(chǎn)品的工藝參數一般儲存在自動(dòng)線(xiàn)的數據庫中,由PLC或者工控機統一管理，各個(gè)設備可以相互調用，各種設備的生產(chǎn)數據也能及時(shí)反饋給上位機，便于生產(chǎn)的監控和管理。
2電子器件生產(chǎn)設備的聯(lián)動(dòng)組網(wǎng)方法
2.1單PLC主機加擴展模塊的方法
一些簡(jiǎn)單的設備聯(lián)動(dòng)只需要在設備上加裝新的機構就能實(shí)現聯(lián)動(dòng)功能，或者就可以并入聯(lián)動(dòng)線(xiàn)中，這種聯(lián)動(dòng)線(xiàn)可以采用單PLC主機加擴展模塊的方法。這種方法操作簡(jiǎn)單、成本低廉，只需要購買(mǎi)相應的擴展模塊加裝在PLC主機后面，將新機構上面的線(xiàn)路引入擴展模塊，然后編寫(xiě)新機構的程序，對原機程序做一定的修改便可以完成聯(lián)動(dòng)功能。我司曾經(jīng)開(kāi)發(fā)的第一臺A型元器件自動(dòng)線(xiàn)就是采用單PLC主機加擴展模塊的方法設計。如圖1所示該自動(dòng)線(xiàn)以頭部機構PLC作為主機，將其它所有機構的PLC作為新加機構并入主機中。整機由一個(gè)PLC（PLC型號：FX3U-48MT，擴展單元型號：FX2N-16EX、FX2N-16EYT）總控，各功能單元線(xiàn)路從線(xiàn)槽接入總電控柜。自動(dòng)線(xiàn)的頭部和尾部設置觸摸屏，用于數據的輸入和更改，顯示執行的工藝參數、故障報警信息、運行信息等。單PLC主機加擴展模塊的方法適合用于聯(lián)接一些比較簡(jiǎn)單的設備，這種設備或者長(cháng)度不長(cháng)或者沒(méi)有模擬量和脈沖量的接點(diǎn)，否則這種方式將嚴重影響控制質(zhì)量甚至不能使用。因為線(xiàn)路距離太長(cháng)模擬量和脈沖量容易受到干擾。這種控制方法也加大了接線(xiàn)量，不適合檢修和移動(dòng)搬運。
2.2多個(gè)PLC主機相互通訊的方法
對于多臺設備，且設備各自擁有相應的PLC主機和程序，這種設備之間的聯(lián)動(dòng)可以采用PLC主機相互通訊的方法完成。主機間相互通訊有兩種方法，第一種方法采用簡(jiǎn)單的I/O口采集信號進(jìn)行通訊。這種通訊方法的優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，成本低廉。缺點(diǎn)是通訊量太少，無(wú)法采集較多的狀態(tài)信息和工藝參數，形成不了深度聯(lián)動(dòng)控制。第二種方法是采用PLC間的通訊協(xié)議進(jìn)行通訊，每個(gè)品牌的PLC都提供了和其它PLC、智能儀表以及上位機通訊的接口和協(xié)議。只需對相應的接口進(jìn)行連接，按照通訊協(xié)議進(jìn)行編寫(xiě)程序就能做到相互通訊。我司開(kāi)發(fā)第二代A型元器件自動(dòng)線(xiàn)，就是采用三菱PLC間的通訊協(xié)議進(jìn)行通訊的方法設計的。自動(dòng)線(xiàn)各個(gè)機構PLC之間采用RS485的通訊模塊進(jìn)行組網(wǎng)連接形成N:N網(wǎng)絡(luò )。N:N網(wǎng)絡(luò )就是在最多8臺FX可編程控制器之間，通過(guò)RS-485通信連接，進(jìn)行軟元件相互鏈接的功能，如圖2。1）根據要鏈接的點(diǎn)數，有3種模式可以選擇。(FX0N，FX1S可編程控制器除外)。2）數據的鏈接是在最多8臺FX可編程控制器之間自動(dòng)更新。3）總延長(cháng)距離最大可達500m。(僅限于全部由485ADP構成的情況)。關(guān)于N:N網(wǎng)絡(luò )的詳細內容請看三菱通訊手冊，這里不做介紹。通過(guò)N:N網(wǎng)絡(luò )可以在每個(gè)設備的PLC中獲得其它設備的狀態(tài)和參數，有了這些信息就可以相互協(xié)調、深度聯(lián)動(dòng)。在對設備聯(lián)動(dòng)進(jìn)行電控設計時(shí)有兩種方法來(lái)使用N:N網(wǎng)絡(luò )：當聯(lián)動(dòng)的設備是已有的設備且各自擁有程序時(shí)，每個(gè)設備可以將相應的參數放入儲存器中轉站中，這樣每個(gè)設備既可以讀取其它設備的信息，又可以將自己的信息共享給別的設備；當聯(lián)動(dòng)的設備是新開(kāi)發(fā)或者新加的設備時(shí)，可以將新加的PLC只是作為一個(gè)I/O擴展模塊來(lái)用，運行程序寫(xiě)在其他主機，將輸入點(diǎn)的信息放入中轉站，把中轉站的輸出信息發(fā)給輸出點(diǎn)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是把小型PLC變成大型PLC使用，不用做繁瑣接線(xiàn)和通訊，主機程序易于編寫(xiě)，缺點(diǎn)是主站從站之間的通訊速率相對較慢，對控制速度有要求的設備無(wú)法實(shí)現。
2.3多個(gè)PLC主機和工控機連接、工控機統一管理通訊的方法
對于自動(dòng)化、智能化要求較高的設備聯(lián)動(dòng)，可以采用多個(gè)PLC主機和工控機連接，工控機統一管理的通訊方法。這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是在不影響PLC控制的前提下，可以對加入聯(lián)動(dòng)的設備有較高的管控度，比如可以實(shí)時(shí)監控一切想要監控的數據，對數據進(jìn)行大量的分析運算，形成報表、各種分析圖像，并保存歸檔；同時(shí)還可以分級呈現到操作者、中層管理者，甚至可以通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò )遠程呈現給高層管理者，各級操作者也都可以在自己的權限下對設備進(jìn)行操控。這種通訊聯(lián)動(dòng)的方法也是目前工業(yè)領(lǐng)域中德國提出的“工業(yè)4.0”，美國提出的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，以及中國提出的“中國制造2025規劃”的基礎。我司開(kāi)發(fā)的B型元器件自動(dòng)線(xiàn)就是采用8臺三菱PLC和1臺工控機連接、工控機統一管理的通訊方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)設計的，連線(xiàn)圖如圖3。在工控機的RS232串口后面連接一個(gè)RS232轉RS485的通訊卡，或者直接在主板上安裝一張PCI接口的RS485通訊卡，然后每個(gè)PLC上的擴展口上安裝一塊RS485的擴展卡，將各個(gè)通訊端口串連起來(lái)即可，如圖4所示。工控機在工業(yè)控制領(lǐng)域占著(zhù)非常重要的位置，在大型化工廠(chǎng)及各種重工業(yè)領(lǐng)域應用較為廣泛。隨著(zhù)工廠(chǎng)對設備自動(dòng)化、智能化需求的提高，工控機慢慢普及到各種小型工廠(chǎng)，因此熟練掌握工控機的應用，是每個(gè)工控人必備的技能。設備聯(lián)動(dòng)這一塊的技術(shù)對于工控機的要求，主要是要熟悉各種PCI擴展板和組態(tài)軟件的使用。我司開(kāi)發(fā)的B型元器件自動(dòng)線(xiàn)應用的是目前國內較為流行的組態(tài)王軟件，這種軟件的特點(diǎn)功能強大，操作簡(jiǎn)潔.
3電子器件生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)設備的電控技術(shù)
3.1聯(lián)動(dòng)設備一次線(xiàn)路的設計
不論是新設計開(kāi)發(fā)的聯(lián)動(dòng)設備還是將現有設備進(jìn)行聯(lián)動(dòng),都要設計一些電氣線(xiàn)路,機臺內部的線(xiàn)路可以按照相關(guān)標準設計,這里主要介紹聯(lián)動(dòng)設備的總進(jìn)線(xiàn)的設計及控制問(wèn)題。一般小型聯(lián)動(dòng)設備的電源可以集中成一條總進(jìn)線(xiàn)，然后由接觸器分到各設備進(jìn)行控制，我司開(kāi)發(fā)的A型元器件自動(dòng)線(xiàn)就是這種控制方式。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是線(xiàn)路設計簡(jiǎn)單，控制程序比較容易編寫(xiě)。對于功率比較大或者聯(lián)動(dòng)較長(cháng)的設備，由于功率大或者走線(xiàn)太長(cháng)，不適合用這種方式。采用這種線(xiàn)路設計的設備一般可以采用2.1節和2.2節介紹的設備聯(lián)網(wǎng)方法進(jìn)行連線(xiàn)。對這種總進(jìn)線(xiàn)的控制一般采用硬件控制和軟件控制的雙控方法控制。對于大型聯(lián)動(dòng)設備，一般聯(lián)動(dòng)中的設備要么功率比較大，要么整條線(xiàn)比較長(cháng)。對于這種設備的電源控制，最好采用分開(kāi)獨立控制。設備間采用2.3介紹的聯(lián)網(wǎng)方式進(jìn)行通信，因此這種設備的電源控制在緊急情況下既可以單獨關(guān)斷，也可以使用上位機關(guān)斷，能夠很好的保證整個(gè)聯(lián)動(dòng)設備的安全性。
3.2聯(lián)動(dòng)設備的程序設計
3.2.1單PLC主機加擴展模塊聯(lián)動(dòng)設備的程序設計這種聯(lián)動(dòng)設備的程序編寫(xiě)主要是在原有程序上進(jìn)行修改,不涉及到通訊等問(wèn)題，也不涉及到工藝參數管理。它的主要難點(diǎn)是有時(shí)要改變原有機臺的動(dòng)作時(shí)序和程序流程，一般編寫(xiě)合理的程序都有一個(gè)清晰的框架，修改這種程序最好不要更改它的框架，只需要在原程序后面添加所需程序，對需要的狀態(tài)信息只做引用，越少更改原程序越合理。在更改的地方最好是不刪除只添加，最大限度的保證原程序的原貌，這樣做有益以后的更改和找錯。進(jìn)行程序設計時(shí)，先要對原程序的動(dòng)作時(shí)序和結構框架有一個(gè)清晰的認識，最好畫(huà)出動(dòng)作時(shí)序圖和程序流程圖，先對動(dòng)作時(shí)序圖和程序流程圖做添加修改，然后編寫(xiě)程序，調試程序時(shí)，先更改作時(shí)序圖和程序流程圖然后更改程序。程序編寫(xiě)時(shí)每步都要寫(xiě)注解，編寫(xiě)完成后要寫(xiě)詳細的設計筆記。這樣有益于下次的更改、少做重復的試錯，能夠花較少時(shí)間想起以前的設計思路，找出其中的問(wèn)題。3.2.2多個(gè)PLC主機相互通訊聯(lián)動(dòng)設備的程序設計對于多個(gè)PLC主機的程序設計，不但要考慮每個(gè)主機的程序編寫(xiě)，還要考慮到它們之間相互通信和參數管理方面的問(wèn)題。每個(gè)PLC主機控制的設備，其控制程序相對比較獨立，多個(gè)設備聯(lián)動(dòng)時(shí)，動(dòng)作需要相互協(xié)調配合的地方主要在設備的入口處和出口處。工藝參數相互交互的地方一般在此處也較為常見(jiàn)。設備入口和出口處的程序最好做成標準接口。標準接口使得程序結構清晰，有利于程序的再利用和調試找錯。以我司B型元器件自動(dòng)線(xiàn)中烘箱間的出入口程序為例。如圖5所示，每個(gè)烘箱的出口和入口都有一個(gè)標準的接口，每個(gè)接口都有5個(gè)信號和一個(gè)工藝參數信息。當烘箱出口處需要出盤(pán)時(shí)發(fā)出出盤(pán)請求信號，接收到出盤(pán)允許信號時(shí)執行出盤(pán)動(dòng)作，動(dòng)作完成時(shí)，將參數信息發(fā)送到中轉站，并發(fā)出出盤(pán)完成信號，當接收到出盤(pán)異常時(shí)報警，接收到出盤(pán)正常信號時(shí)，整個(gè)出盤(pán)動(dòng)作完成。在下一個(gè)烘箱入口處，當接收到進(jìn)盤(pán)請求信號時(shí)，判斷條件是否成熟，當條件成熟時(shí)發(fā)出允許進(jìn)盤(pán)信號，接收到進(jìn)盤(pán)完成信號時(shí)，判斷進(jìn)盤(pán)是否正常，如果異常發(fā)出異常信號，如果正常發(fā)出正常信號并讀取工藝參數。多個(gè)PLC主機相互通信，一般通信量有限，而且通信量越大占用的掃描時(shí)間就越長(cháng)，因此如果能在主機中完成的控制任務(wù)就不要選擇用從機完成而加大通信量通信量。若是避免不了通信的話(huà)，也可以采用少量多分批次通信的方法，對于需要高速處理的程序不能采用通信的方法完成。對于工藝參數的管理，可以分段存儲在不同的PLC主機中，利用多個(gè)觸摸屏分別和PLC通信，或者單個(gè)觸摸屏運用RS485通信協(xié)議和多個(gè)PLC通信的方式進(jìn)行工藝參數管理。3.2.3多個(gè)PLC主機和工控機連接、工控機統一管理通訊的程序設計這種控制方式的程序設計同樣要考慮每個(gè)主機的程序編寫(xiě)，以及它們之間相互通信和參數管理方面的問(wèn)題。其程序設計和3.2.2節基本相同。和3.2.2節不同的是PLC主機通信的對象由PLC變成工控機，進(jìn)行工藝參數管理的也是工控機。工控機在這個(gè)控制中起到管理者和協(xié)調者的角色，因此工控機的程序設計是比較重要的一個(gè)環(huán)節。工控機的程序設計一般都是對各種組態(tài)軟件的二次開(kāi)發(fā)，現在市面上用得比較多的組態(tài)軟件有：InTouch、WinCC、Movicon、組態(tài)王KingView等。工控機可以做動(dòng)作控制，但它并不擅長(cháng)做動(dòng)作控制，這主要是因為它的穩定性、反應速度和成本都比不上PLC。所以涉及到動(dòng)作控制最好由PLC完成。工控機的最大優(yōu)勢在于它的數據采集和處理能力，以及其強大的網(wǎng)絡(luò )通信能力�，F在的自動(dòng)化、智能化設備越來(lái)越注重產(chǎn)品的數據采集與儲存、分析處理，以及網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)共享能力。對工控機的程序設計也主要從這幾個(gè)方面著(zhù)手。數據采集與儲存就是工控機通過(guò)網(wǎng)絡(luò )和各個(gè)PLC主機通信，建立變量后將需要的變量實(shí)時(shí)的采集到工控機儲存，或者通過(guò)數據采集卡直接對數據進(jìn)行采集并且儲存。采集數據最重要的一點(diǎn)就是采集的頻率問(wèn)題，如果通過(guò)通信的方式采集數據，掃描頻率一般在50毫秒以上。若需要更高的采集頻率可以用專(zhuān)用的采集卡直接對數據進(jìn)行采集。數據的分析處理可以使用多種方式，簡(jiǎn)單的處理可以直接通過(guò)組態(tài)軟件自帶的功能完成，形成各種報表，趨勢圖等分析圖表，通過(guò)一定的編輯設置還可以形成報警信息并反饋回PLC，讓PLC做出相應的處理。比較復雜的數據處理可以借助第三方軟件來(lái)完成，一般這種軟件都支持OPC接口或者DDE接口，它們和組態(tài)軟件可以相互通信，通過(guò)第三方軟件的開(kāi)發(fā)和組態(tài)軟件的二次開(kāi)發(fā)，完成各種各樣的強大功能。網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)共享是指各個(gè)設備的PLC通過(guò)和組態(tài)軟件連接后，底層執行機構、各個(gè)PLC主機、觸摸屏，各個(gè)工控機都能實(shí)時(shí)將數據共享，甚至很多組態(tài)軟件（如組態(tài)王）通過(guò)二次開(kāi)發(fā)可以直接連接Internet，做到遠程控制和管理。
4結語(yǔ)
我司自主開(kāi)發(fā)的A型元器件自動(dòng)線(xiàn)和B型元器件自動(dòng)線(xiàn)，我主要負責電控線(xiàn)路的設計和程序軟件開(kāi)發(fā)。這兩條自動(dòng)線(xiàn)通過(guò)自動(dòng)化手段將各個(gè)工序零散的設備連接起來(lái)，減少了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量的一致性也得到了提高。設備的電控技術(shù)是一門(mén)多學(xué)科綜合性很強的技術(shù)，涉及到自動(dòng)化、計算機、傳感器、通信、機械等多種知識，這種技術(shù)只有在長(cháng)期的學(xué)習和實(shí)踐中才能慢慢積累和提高。
參考文獻
[1]《FX3U編程手冊》日本三菱公司編寫(xiě).
[2]《松下A5系列伺服電機選型手冊》日本松下電器公司編寫(xiě).
[3]《三菱觸摸屏選型手冊》日本三菱公司編寫(xiě).
[4]程子華.PLC原理與編程實(shí)例分析[M].國防工業(yè)出版社,2007.
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