GE RX3i系統設計與虛擬對象應用第2講 GE RX3i在機械手分揀裝置虛擬對象中的設計

浙江工商職業技術學院 李方園

1 引言

隨著社會的不斷發展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個生產企業都迫切地需要改進生產技術，提高生產效率，尤其在需要進行物料分揀的企業，以往一直采用人工分揀的方法，致使生產效率低，生產成本高，企業的競爭能力差，物料的自動分揀已成為企業的最佳選擇。

機械手自動分揀裝置是一種高速自動化生產線上的金屬與非金屬自動分揀設備，其工作流程是物料盤負責輸送物料，一旦有物料進入準備狀態，則啟動機械手搬運機構；然后機械手快速定位到物料的正上方，下降抓取物料、提升并釋放至指定位置；待物料被釋放后，傳送裝置聯動，并根據金屬與非金屬的特點進行分揀；機械手則迅速返回，等待下一輪分揀抓取。

如圖1所示為機械手自動分揀裝置，它包括物料盤、機械手、輸送帶、金屬和非金屬通道等。根據工藝流程和控制要求設計該裝置的PLC虛擬對象。

圖1 機械手自動分揀裝置

2 基于GE RX3i的虛擬對象開發

虛擬對象是采用計算機軟件技術在特定設備中模擬實現真實的物體和環境， 用于解決不適合對真實物體或環境進行操作的問題。虛擬對象有著廣泛應用，復雜程度也各不相同。當對象能實現各種功能，且對象內部之間有復雜的互相作用，我們也可稱之為虛擬系統。

在GE 集成開發環境Proficy Machine Edition（簡稱PME）中，可以開發運行于PLC的邏輯程序，運行于PC的邏輯程序，運動控制程序和HMI（人機界面）程序等。HMI 程序運行于GE 的屏設備或通用計算機顯示屏（如圖2所示），因此，我們稱之為View程序，這里研究的就是基于GE View 技術的虛擬對象開發。

圖2 GE View與PAC RX3i的關系

對象由動畫界面、動畫控制程序和數據層組成。GE View提供了大量的通用控件，如按鈕、開關、多邊形等；專業的圖形控件，如各種水管、閥門、鍋爐等。也可根據需要導入自選圖形和視頻，因此，設計的動畫圖形仿真度高，專業性強。而且，其圖形設計方式與各種組態軟件，VB 圖形界面相當類同，有相關軟件使用經驗的可迅速上手，設計對象圖形界面極為方便快捷。

對象的動畫控制程序可以用多種方式來實現，除了圖形控件自帶的屬性變量，也可使用梯形圖（Ladder）、順序功能圖（Sequential Function Block）、結構文本塊（Structured Text Block）、功能塊圖（Function Block diagram）和更為強大的腳本語言。PME提供了兩種Script語言：ViewScript 和VBScript。ViewScript是GE針對PMEView開發的專用腳本語言，語法類似VBScript，相比VBScript，其功能精簡，入門容易，與PME的開發環境結合更好，提供了若干操作PME中控件的專用函數。VBScript作為一種通用的腳本語言，函數多，功能強大，適用性更為廣泛。

數據層通過通訊驅動與控制層進行數據交換。GE考慮到控制系統可能由其它硬件廠商搭建的情況，在虛擬對象中可以選擇相關業內著名自動化公司產品的硬件驅動，這樣，就將控制對象與控制系統相分離，控制對象由GE PME 開發，運行于PC或GE View 顯示屏，控制系統可由其他廠商產品組成。

3 機械手分揀裝置的虛擬對象開發

機械手分揀裝置的虛擬對象界面如圖3所示，表1為GE View中的虛擬對象I/O清單。

圖3 機械手分揀裝置的虛擬對象

表1 GE View中的虛擬對象I/O清單

對于機械手分揀裝置來說，非常重要的是定義流程中的各個限位。如圖4所示為物料上升限位的顏色動畫。

圖4 物料上升限位

物料上升限位的動作腳本如下所示：

4 利用機械手虛擬對象進行程序開發

在虛擬對象的基礎上可以進行機械分揀裝置的程序開發，其工藝流程如下：

（1）按啟動按扭后，啟動送料電機驅動放料盤旋轉，物料由送料槽滑到物料提升位置，物料檢測光電傳感器開始檢測；

（2）送料電機運行一定時間后，如果物料檢測光電傳感器仍未檢測到物料，則說明送料機構已經無物料，這時要停機并報警；

（3）當物料檢測光電傳感器檢測到有物料，將發出信號，上料單向電磁閥驅動上料，機械手臂伸出手爪下降抓物，然后手爪提升臂縮回，手臂向右旋轉到右限位，手臂伸出，手爪下降將物料放到傳送帶上；

（4）傳送帶輸送物料，傳感器則根據物料性質（金屬和非金屬），分別控制相應電磁閥使氣缸動作，對物料進行分揀；

（5）最后機械手返回原位重新開始下一個流程。

在這里引入步序控制字的概念，具體如表2所示。

表2 步序控制字

機械分揀裝置的部分程序如圖5所示。

圖5 機械分揀裝置的部分程序

5 結語

虛擬對象的目的是替代實際物理對象，并且將對象的狀態通過計算機技術表現，因此，它實際完成了物理對象和組態兩者的功能。從數據通信上也可看到，在組態中，控制層從物理對象獲得輸入信號，并輸出信號到組態；而虛擬對象與控制層有雙向的數據交互，虛擬對象模擬實際物理對象產生狀態數據，傳輸給控制層。因此虛擬對象設計的核心問題是如何模擬類似于實際物理對象的狀態信號。

[1] 李方園. 自動化綜合實踐[M]. 北京: 中國電力出版社, 2009.