基于CANBUS的混合混色注塑生產成型系統設計

摘要：針對某塑膠廠傳統的混合混色注塑生產成型工藝中存在分散的設備占地面積多，生產效率低，機位人手多且生產成本高的問題，設計基于CAN—BUS的混合混色注塑生產成型系統，該系統采用兩套注塑生產設備和專用控制傳送帶，通過CAN—BUS現場總線技術進行高速通信，人機界面進行監視控制，以達到協調生產混合混色注塑產品的自動化生產要求。從應用效果來看，該系統不僅能夠縮短生產周期，減少人力成本和占地面積，而且能夠實現對生產設備和生產狀態的實時監控，進一步提高了對生產設備的現場管理水平。

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關鍵詞：CANBUS； 人機界面； 監視控制

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A

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Design of Mixed Injection Molding Production System Based on CANBUS

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ZHOU Xien1，LUO Fei1，DENG Xiaoyan1，CHE Fengjiao2

（1.Institute of Automation Science and Engineer， South China University of Technology， Guangzhou510641，China；

2. Huiyang Allan plastic electrical industrial Co.LTD， Huizhou516035，China）

Abstract：Due to the problems of the traditional mixed injection molding production，such as the dispersed devices which take up too much area， the low production efficiency， the large number of labors， and the highcosts of the production， we designed a new mixed injection molding production system by using the CANBUS. This system employs two sets of injection molding production equipments and a specialized controlling conveyor. In order to meet the demands of automatic production， this system， adopting the CANBUS， can achieve a highspeed communication and a supervisory control with a Manmachine interface. From the application effect， this system can not only be good at shortening the cycletime of the production， reducing the basic costs and downsizing the area for devices， but also can fulfill the function of realtime monitoring for both of the equipments and status of the production， which will enhance the level of site management for production equipments.

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Key words：CANBUS； humancomputer interface； monitoring control

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1引言

隨著人們生活水平的提高，對塑料產品的需求量越來越大，品種越來越多樣化，特別是對于軟硬混合混色的塑料產品的需求量增大。塑料產品的核心生產裝置是注塑機[1]，注塑機是將熱塑性或熱固性塑料通過塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設備。它能夠一次成型外形復雜、尺寸精度高或帶有金屬嵌件的質地致密的塑料制品，被廣泛應用于國防、機電、汽車、交通運輸、建材、包裝等各個領域[2]。而混合混色塑料產品是指同一產品中，有不同顏色和軟硬不同的塑料組成，這對于塑料產品的生產和裝配工藝要求很高，不僅要多臺注塑機注塑不同顏色和軟硬不同的塑料配件，還要將這些配件迅速組裝成產品。如果采用傳統的生產方法，存在分散的設備占地面積多，生產效率低，機位人手多且生產成本高的問題。也有改進傳統方法進行一體化生產，使用一套設備進行軟硬部件連續注塑，雖然減少了人力，但是也存在設備改造困難，生產過程復雜，容易產生不良產品，而且生產周期較長等問題。

現場總線控制系統既是一個開放通信網絡，又是一種全分布控制系統，它作為智能設備的聯系紐帶，把掛接在總線上、作為網絡節點的智能設備連接為網絡系統，并進一步構成自動化系統，實現基本控制、補償計算、參數修改、報警、顯示、監控、優化、及控管一體化的綜合自動化功能[3]，通過CANBUS現場總線技術能夠很好地實現混合混色塑料產品的自動化生產。

計算技術與自動化2012年9月

第31卷第3期周錫恩等：基于CANBUS的混合混色注塑生產成型系統設計

2系統工作原理

現有傳統的混合混色塑料產品生產工藝中，不同原料生產的軟硬部件分別由兩臺獨立的注塑機進行注塑成型，注塑機之間不存在通信，軟硬部件注塑完成后再通過人工進行裝配，人工成本較高，生產效率和自動化程度較低，已經不適應現代化生產的需要。

針對傳統混合混色產品生產工藝的不足，對現有的生產線進行設計。如圖1所示，塑料產品含有兩種不同類型和顏色的塑料，需要兩臺注塑機和機械手協調配合工作。當硬膠注塑機完成硬膠部分成型后，由機械手2將其抓取到專用傳送帶上（此時硬膠注塑機繼續做下一個產品）。機械手1得到信息后，去專用傳送帶上取走該未完成產品，并將其放入軟膠注塑機進行軟膠成型，最終產品成型后，由機械手1將其抓取到產品傳送帶上，然后再到達專用傳送帶取下一件未完成產品，如此循環工作，設備之間的高速通信采用CAN總線技術[4—5]，并通過上位機對生產過程進行監控，以實現生產線的自動化生產。

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圖1混合混色塑膠制品自動注塑加工成型生產工藝流程圖

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3硬件配置設計

系統裝置采用兩臺臥式電動注塑機，配以兩臺可以五自由度運動的機械手，機械手通過專用控制器控制，生產的制品通過專用定位控制傳送帶和產品傳送帶傳送，整個裝置設備之間采用CANBUS現場總線技術進行高速通信，使整個裝置能夠自動協調進行注塑加工成型生產。硬件具體配置如下：

注塑機為日本FANUC公司生產的臥式電動注塑機，機械手為WITTMANN公司生產的具有開放式控制結構的可五自由度運動機械手，其控制器為R8控制器，該控制器可提供靈活接口，用于與電腦或注塑機高級通信，增加了用于自動化系統聯系的輸入/ 輸出硬件、CanOpen 實時接口、以太網接口和USB接口。采用伺服電機帶動專用傳送帶，采用三菱可編程控制器（FX2N）控制伺服電機。采用三相異步電動機帶動產品傳送帶。

4基于CANBUS的通信設計

整個生產系統的設備之間以及與上位機的高速通信均通過CANBUS進行，上位機采用PC機設計人機界面對整個系統進行監控，如圖2所示。

由于上位機PC機本身不帶CAN接口[6]，所以采用致遠公司的PCCAN接口卡USBCANII智能CAN接口卡[7]，使PC機可以通過USB總線連接至CAN網絡，該接口卡自帶光電隔離模塊，增強了系統在惡劣環境中使用的可靠性?？刂谱⑺軝C和伺服電機的PLC具有RS—232串行功能[8]，為了實現PLC與CAN總線進行通信，采用致遠公司的CAN232MB智能協議轉換器可以快速將RS232通信設備連接到CANBUS現場總線。

圖2CANBUS通信設計結構框圖

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5人機界面設計

上位機的人機界面是在WINCC V6.0平臺上設計的[9—10]，WINCC集生產自動化和過程自動化于一體，利用組態技術的組態界面實現實時控制、監視，其良好的人機界面實現了對整個生產系統的有效監控。

在界面顯示方面，建立監控系統啟動界面，加料監控界面、注塑機監控界面、機械手監控界面和傳送帶監控界面。每個監控界面都建立相應監控面板，在面板上放置文本框、按鈕、數字框等控件來完成對CAN總線上的數據顯示，從而實現對整個生產系統的監控。界面設計結構框圖如圖3所示：

圖3界面設計結構框圖

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6結語

針對傳統混合混色塑膠制品生產工藝的不足，利用CANBUS現場總線技術將分散的設備進行集中監控，提高了生產的自動化程度，形成混合混色注塑生產成型自動化系統。從實際應用效果來看，每個塑料產品的生產周期至少減少4秒，降低了產品不良率。對于生產該類型的塑料，若實行三班倒，每套生產線節約送料、注塑、裝配人員18人。今后還可以通過優化機械手動作程序等進一步縮短生產周期，為企業節省了大量的勞動力成本，提高了生產效率并提升了對生產車間的管理水平，能夠使企業更好地達到“優質、高效、低耗”目標，可以使企業在注塑行業發展中占據領先地位，在同行業競爭中取得優勢。

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