基于以太網(wǎng)伺服包邊控制與管理系統(tǒng)設(shè)計

曲躍峰

【摘 要】 本文提出的結(jié)合以太網(wǎng)通訊技術(shù)，利用伺服技術(shù)進行包邊控制，不僅能夠完成包邊工藝生產(chǎn)，而且利用生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)信息共享。

【關(guān)鍵詞】 以太網(wǎng) 包邊 PLC 現(xiàn)場總線

在當今的工業(yè)自動化系統(tǒng)中，各個孤立的局部自動化子系統(tǒng)中的現(xiàn)場設(shè)備，類似PDOFIBUS、MODBUS、MECHATROLINK和CONTROLNET等現(xiàn)場總線現(xiàn)場通訊標準共存，各標準之間沒有統(tǒng)一的接口互補兼容，形成我們經(jīng)常稱為信息孤島。將現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、甚至無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成在一起，已經(jīng)成為歐洲和美國廠商的常用做法。與此同時現(xiàn)階段現(xiàn)場設(shè)備自動化和辦公自動化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相互獨立，并未達到良好的融合，實現(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)與設(shè)備系統(tǒng)間，設(shè)備系統(tǒng)與辦公自動化子系統(tǒng)的融合已是所有用戶的愿望。

1 伺服桌式包邊機的簡介

包邊是指把經(jīng)過翻邊的外板折疊到180°，他可以提高零件外觀，保證外表面的光整平滑，沒有壓痕、凹陷、凸包等缺陷，同時增加整體剛度和強度。

國內(nèi)、外在門蓋線生產(chǎn)主要是壓力機模壓包邊、機器人滾邊、液壓桌式包邊機。

主要通過伺服電機進行包邊控制。機設(shè)備比較小、布置靈活，可實現(xiàn)零件自動輸送、桌式包邊機屬于專機，效率較高，可以達到65--75JPH。成本比較低，并且更加節(jié)能、環(huán)保。

2 控制方案

以現(xiàn)場環(huán)境要求與設(shè)計原則為基礎(chǔ)，提出基于以太網(wǎng)的伺服包邊機控制與管理系統(tǒng)的架構(gòu)，然后對主要元器件進行了選型，最終確定了本文所設(shè)計的控制與管理系統(tǒng)方案為：

（1）本課題提出了基于伺服電機驅(qū)動包邊機控制系統(tǒng)，其核心是利用伺服電機通過絲杠連接，推動包邊壓刀機構(gòu)運動，實現(xiàn)對包邊精度的精確控制。

（2）針對伺服控制領(lǐng)域的種類繁多的通訊技術(shù)，提出以太網(wǎng)通訊模式的伺服控制模式；

（3）利用以太網(wǎng)現(xiàn)場IO通訊適配器采集現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備總線協(xié)議與辦公網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議統(tǒng)一。

3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)利用羅克韋爾RSLogix5000系列的PLC通過以太網(wǎng)與羅克韋爾的K300系列的伺服控制器通訊，伺服控制器驅(qū)動伺服電機，然后伺服電機通過絲杠連接推動包邊機構(gòu)包邊，其余現(xiàn)場IO利用1734-AENT模塊系統(tǒng)與PLC通訊。

（1）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

本控制系統(tǒng)主要由兩控制系統(tǒng)構(gòu)成，其分成兩部分一層為數(shù)據(jù)信息層，主要完成設(shè)備的上位監(jiān)視和控制，硬件設(shè)備通過標準的以太網(wǎng)連接上位監(jiān)控計算機和工業(yè)觸摸屏，采用直觀的方式監(jiān)視和控制車身線設(shè)備的運行狀態(tài)。

下一層為設(shè)備的控制層，控制方案采用“集中控制，分布管理”的控制方式，控制系統(tǒng)采用一臺PLC控制方式，現(xiàn)場所有信息和設(shè)備動作的控制，都是由本臺PLC完成，此臺PLC是伺服包邊機控制系統(tǒng)的核心，現(xiàn)場所有信息都采用集中處理的方式；現(xiàn)場設(shè)備的管理和執(zhí)行機構(gòu)，都分布在設(shè)備現(xiàn)場，通過標準的工業(yè)以太網(wǎng)連接到控制系統(tǒng)中。（圖2.4）

（2）系統(tǒng)設(shè)備組成

3.1 數(shù)據(jù)交換機

用于完成數(shù)據(jù)信息接轉(zhuǎn)的通信設(shè)備。通過數(shù)據(jù)交換機可以連通數(shù)據(jù)通信網(wǎng)內(nèi)任意兩個數(shù)據(jù)終端進行通信，以有效地利用網(wǎng)內(nèi)的通信設(shè)備和電話資源。

3.2 主控制器硬件

根據(jù)本文涉設(shè)計方案的的需要。本控制系統(tǒng)比較小，小型機即可滿足需要。但要求其具備以太網(wǎng)通訊接口，有很強I/O擴展能力，能夠和各種人機界面單元、伺服控制單元等工業(yè)控制設(shè)備配套簡便。羅克韋爾CompactLogix控制器是目前比較合適的選擇。CPU：1769-L32E

3.3 觸摸屏部分

HMI是Human Machine Interface的縮寫，人機界面是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。采用以太網(wǎng)通訊相對于傳統(tǒng)串口通訊，不受通訊距離的，可以使HMI更加接近現(xiàn)場。本系統(tǒng)采用AB VersaView 1000彩色觸摸屏。

3.4 遠程IO系統(tǒng)硬件

羅克韋爾POINT I/O系列具有適合于靈活及低成本應(yīng)用場合的模塊化i/O，是實現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計和操作的關(guān)鍵。本系統(tǒng)采用Ethernet/IP適配器AB 1734AENT。

3.5 伺服電機驅(qū)動控制部分

Kinetix300系列

驅(qū)動器簡潔有力，能夠快速、輕松、經(jīng)濟的，其單軸驅(qū)動足以滿足伺服包邊的要求，與此同時其具有以太網(wǎng)通訊模塊，很容易和PLC通訊，便于現(xiàn)場調(diào)試和維護。

參考文獻：

[1]錢曉龍.循序漸進Kinetix集成運動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社第1版.2008-7-1.

[2]Rockwell Automation.具有以太網(wǎng)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)使通訊網(wǎng)絡(luò)暢通無阻[J].北京：現(xiàn)代制造.2010（41）.endprint

【摘 要】 本文提出的結(jié)合以太網(wǎng)通訊技術(shù)，利用伺服技術(shù)進行包邊控制，不僅能夠完成包邊工藝生產(chǎn)，而且利用生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)信息共享。

【關(guān)鍵詞】 以太網(wǎng) 包邊 PLC 現(xiàn)場總線

在當今的工業(yè)自動化系統(tǒng)中，各個孤立的局部自動化子系統(tǒng)中的現(xiàn)場設(shè)備，類似PDOFIBUS、MODBUS、MECHATROLINK和CONTROLNET等現(xiàn)場總線現(xiàn)場通訊標準共存，各標準之間沒有統(tǒng)一的接口互補兼容，形成我們經(jīng)常稱為信息孤島。將現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、甚至無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成在一起，已經(jīng)成為歐洲和美國廠商的常用做法。與此同時現(xiàn)階段現(xiàn)場設(shè)備自動化和辦公自動化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相互獨立，并未達到良好的融合，實現(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)與設(shè)備系統(tǒng)間，設(shè)備系統(tǒng)與辦公自動化子系統(tǒng)的融合已是所有用戶的愿望。

1 伺服桌式包邊機的簡介

包邊是指把經(jīng)過翻邊的外板折疊到180°，他可以提高零件外觀，保證外表面的光整平滑，沒有壓痕、凹陷、凸包等缺陷，同時增加整體剛度和強度。

國內(nèi)、外在門蓋線生產(chǎn)主要是壓力機模壓包邊、機器人滾邊、液壓桌式包邊機。

主要通過伺服電機進行包邊控制。機設(shè)備比較小、布置靈活，可實現(xiàn)零件自動輸送、桌式包邊機屬于專機，效率較高，可以達到65--75JPH。成本比較低，并且更加節(jié)能、環(huán)保。

2 控制方案

以現(xiàn)場環(huán)境要求與設(shè)計原則為基礎(chǔ)，提出基于以太網(wǎng)的伺服包邊機控制與管理系統(tǒng)的架構(gòu)，然后對主要元器件進行了選型，最終確定了本文所設(shè)計的控制與管理系統(tǒng)方案為：

（1）本課題提出了基于伺服電機驅(qū)動包邊機控制系統(tǒng)，其核心是利用伺服電機通過絲杠連接，推動包邊壓刀機構(gòu)運動，實現(xiàn)對包邊精度的精確控制。

（2）針對伺服控制領(lǐng)域的種類繁多的通訊技術(shù)，提出以太網(wǎng)通訊模式的伺服控制模式；

（3）利用以太網(wǎng)現(xiàn)場IO通訊適配器采集現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備總線協(xié)議與辦公網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議統(tǒng)一。

3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)利用羅克韋爾RSLogix5000系列的PLC通過以太網(wǎng)與羅克韋爾的K300系列的伺服控制器通訊，伺服控制器驅(qū)動伺服電機，然后伺服電機通過絲杠連接推動包邊機構(gòu)包邊，其余現(xiàn)場IO利用1734-AENT模塊系統(tǒng)與PLC通訊。

（1）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

本控制系統(tǒng)主要由兩控制系統(tǒng)構(gòu)成，其分成兩部分一層為數(shù)據(jù)信息層，主要完成設(shè)備的上位監(jiān)視和控制，硬件設(shè)備通過標準的以太網(wǎng)連接上位監(jiān)控計算機和工業(yè)觸摸屏，采用直觀的方式監(jiān)視和控制車身線設(shè)備的運行狀態(tài)。

下一層為設(shè)備的控制層，控制方案采用“集中控制，分布管理”的控制方式，控制系統(tǒng)采用一臺PLC控制方式，現(xiàn)場所有信息和設(shè)備動作的控制，都是由本臺PLC完成，此臺PLC是伺服包邊機控制系統(tǒng)的核心，現(xiàn)場所有信息都采用集中處理的方式；現(xiàn)場設(shè)備的管理和執(zhí)行機構(gòu)，都分布在設(shè)備現(xiàn)場，通過標準的工業(yè)以太網(wǎng)連接到控制系統(tǒng)中。（圖2.4）

（2）系統(tǒng)設(shè)備組成

3.1 數(shù)據(jù)交換機

用于完成數(shù)據(jù)信息接轉(zhuǎn)的通信設(shè)備。通過數(shù)據(jù)交換機可以連通數(shù)據(jù)通信網(wǎng)內(nèi)任意兩個數(shù)據(jù)終端進行通信，以有效地利用網(wǎng)內(nèi)的通信設(shè)備和電話資源。

3.2 主控制器硬件

根據(jù)本文涉設(shè)計方案的的需要。本控制系統(tǒng)比較小，小型機即可滿足需要。但要求其具備以太網(wǎng)通訊接口，有很強I/O擴展能力，能夠和各種人機界面單元、伺服控制單元等工業(yè)控制設(shè)備配套簡便。羅克韋爾CompactLogix控制器是目前比較合適的選擇。CPU：1769-L32E

3.3 觸摸屏部分

HMI是Human Machine Interface的縮寫，人機界面是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。采用以太網(wǎng)通訊相對于傳統(tǒng)串口通訊，不受通訊距離的，可以使HMI更加接近現(xiàn)場。本系統(tǒng)采用AB VersaView 1000彩色觸摸屏。

3.4 遠程IO系統(tǒng)硬件

羅克韋爾POINT I/O系列具有適合于靈活及低成本應(yīng)用場合的模塊化i/O，是實現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計和操作的關(guān)鍵。本系統(tǒng)采用Ethernet/IP適配器AB 1734AENT。

3.5 伺服電機驅(qū)動控制部分

Kinetix300系列

驅(qū)動器簡潔有力，能夠快速、輕松、經(jīng)濟的，其單軸驅(qū)動足以滿足伺服包邊的要求，與此同時其具有以太網(wǎng)通訊模塊，很容易和PLC通訊，便于現(xiàn)場調(diào)試和維護。

參考文獻：

[1]錢曉龍.循序漸進Kinetix集成運動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社第1版.2008-7-1.

[2]Rockwell Automation.具有以太網(wǎng)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)使通訊網(wǎng)絡(luò)暢通無阻[J].北京：現(xiàn)代制造.2010（41）.endprint

【摘 要】 本文提出的結(jié)合以太網(wǎng)通訊技術(shù)，利用伺服技術(shù)進行包邊控制，不僅能夠完成包邊工藝生產(chǎn)，而且利用生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)信息共享。

【關(guān)鍵詞】 以太網(wǎng) 包邊 PLC 現(xiàn)場總線

在當今的工業(yè)自動化系統(tǒng)中，各個孤立的局部自動化子系統(tǒng)中的現(xiàn)場設(shè)備，類似PDOFIBUS、MODBUS、MECHATROLINK和CONTROLNET等現(xiàn)場總線現(xiàn)場通訊標準共存，各標準之間沒有統(tǒng)一的接口互補兼容，形成我們經(jīng)常稱為信息孤島。將現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、甚至無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成在一起，已經(jīng)成為歐洲和美國廠商的常用做法。與此同時現(xiàn)階段現(xiàn)場設(shè)備自動化和辦公自動化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相互獨立，并未達到良好的融合，實現(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)與設(shè)備系統(tǒng)間，設(shè)備系統(tǒng)與辦公自動化子系統(tǒng)的融合已是所有用戶的愿望。

1 伺服桌式包邊機的簡介

包邊是指把經(jīng)過翻邊的外板折疊到180°，他可以提高零件外觀，保證外表面的光整平滑，沒有壓痕、凹陷、凸包等缺陷，同時增加整體剛度和強度。

國內(nèi)、外在門蓋線生產(chǎn)主要是壓力機模壓包邊、機器人滾邊、液壓桌式包邊機。

主要通過伺服電機進行包邊控制。機設(shè)備比較小、布置靈活，可實現(xiàn)零件自動輸送、桌式包邊機屬于專機，效率較高，可以達到65--75JPH。成本比較低，并且更加節(jié)能、環(huán)保。

2 控制方案

以現(xiàn)場環(huán)境要求與設(shè)計原則為基礎(chǔ)，提出基于以太網(wǎng)的伺服包邊機控制與管理系統(tǒng)的架構(gòu)，然后對主要元器件進行了選型，最終確定了本文所設(shè)計的控制與管理系統(tǒng)方案為：

（1）本課題提出了基于伺服電機驅(qū)動包邊機控制系統(tǒng)，其核心是利用伺服電機通過絲杠連接，推動包邊壓刀機構(gòu)運動，實現(xiàn)對包邊精度的精確控制。

（2）針對伺服控制領(lǐng)域的種類繁多的通訊技術(shù)，提出以太網(wǎng)通訊模式的伺服控制模式；

（3）利用以太網(wǎng)現(xiàn)場IO通訊適配器采集現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備總線協(xié)議與辦公網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議統(tǒng)一。

3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)利用羅克韋爾RSLogix5000系列的PLC通過以太網(wǎng)與羅克韋爾的K300系列的伺服控制器通訊，伺服控制器驅(qū)動伺服電機，然后伺服電機通過絲杠連接推動包邊機構(gòu)包邊，其余現(xiàn)場IO利用1734-AENT模塊系統(tǒng)與PLC通訊。

（1）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

本控制系統(tǒng)主要由兩控制系統(tǒng)構(gòu)成，其分成兩部分一層為數(shù)據(jù)信息層，主要完成設(shè)備的上位監(jiān)視和控制，硬件設(shè)備通過標準的以太網(wǎng)連接上位監(jiān)控計算機和工業(yè)觸摸屏，采用直觀的方式監(jiān)視和控制車身線設(shè)備的運行狀態(tài)。

下一層為設(shè)備的控制層，控制方案采用“集中控制，分布管理”的控制方式，控制系統(tǒng)采用一臺PLC控制方式，現(xiàn)場所有信息和設(shè)備動作的控制，都是由本臺PLC完成，此臺PLC是伺服包邊機控制系統(tǒng)的核心，現(xiàn)場所有信息都采用集中處理的方式；現(xiàn)場設(shè)備的管理和執(zhí)行機構(gòu)，都分布在設(shè)備現(xiàn)場，通過標準的工業(yè)以太網(wǎng)連接到控制系統(tǒng)中。（圖2.4）

（2）系統(tǒng)設(shè)備組成

3.1 數(shù)據(jù)交換機

用于完成數(shù)據(jù)信息接轉(zhuǎn)的通信設(shè)備。通過數(shù)據(jù)交換機可以連通數(shù)據(jù)通信網(wǎng)內(nèi)任意兩個數(shù)據(jù)終端進行通信，以有效地利用網(wǎng)內(nèi)的通信設(shè)備和電話資源。

3.2 主控制器硬件

根據(jù)本文涉設(shè)計方案的的需要。本控制系統(tǒng)比較小，小型機即可滿足需要。但要求其具備以太網(wǎng)通訊接口，有很強I/O擴展能力，能夠和各種人機界面單元、伺服控制單元等工業(yè)控制設(shè)備配套簡便。羅克韋爾CompactLogix控制器是目前比較合適的選擇。CPU：1769-L32E

3.3 觸摸屏部分

HMI是Human Machine Interface的縮寫，人機界面是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。采用以太網(wǎng)通訊相對于傳統(tǒng)串口通訊，不受通訊距離的，可以使HMI更加接近現(xiàn)場。本系統(tǒng)采用AB VersaView 1000彩色觸摸屏。

3.4 遠程IO系統(tǒng)硬件

羅克韋爾POINT I/O系列具有適合于靈活及低成本應(yīng)用場合的模塊化i/O，是實現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計和操作的關(guān)鍵。本系統(tǒng)采用Ethernet/IP適配器AB 1734AENT。

3.5 伺服電機驅(qū)動控制部分

Kinetix300系列

驅(qū)動器簡潔有力，能夠快速、輕松、經(jīng)濟的，其單軸驅(qū)動足以滿足伺服包邊的要求，與此同時其具有以太網(wǎng)通訊模塊，很容易和PLC通訊，便于現(xiàn)場調(diào)試和維護。

參考文獻：

[1]錢曉龍.循序漸進Kinetix集成運動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社第1版.2008-7-1.

[2]Rockwell Automation.具有以太網(wǎng)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)使通訊網(wǎng)絡(luò)暢通無阻[J].北京：現(xiàn)代制造.2010（41）.endprint