組態仿真控制技術在自動化生產線的應用研究

肖曉彬，羅順景

（韶關學院物理與機電工程學院，廣東韶關512005）

組態仿真控制技術在自動化生產線的應用研究

肖曉彬，羅順景

（韶關學院物理與機電工程學院，廣東韶關512005）

摘要：模塊化自動生產線是一種將氣動技術和電氣技術等多種工業技術集于一體的結合，它是由物料運輸傳動系統和操作系統組成.通過使用組態軟件制作和仿真自動化生產線，可以通過畫面直觀顯示生產流程，還可以在畫面上模擬操作生產流程控制監控.本文主要論述了組態王KingView軟件的功能和特點及其在模塊化自動化生產系統中的控制和監控作用及實現.該系統實現了監控系統當前生產狀態，生產線實際狀況圖像顯示、系統故障報警和停電等多個功能.

關鍵詞：監控系統；組態軟件；自動化生產線

自動生產線是在生產領域，對加工處理的原料、原材料運輸的組裝，和原材料檢驗等一系列流程組成的生產線.隨著個人電腦在控制技術領域和工業生產的信息化獲得飛快發展，大量自動生產線已經改變了傳統的手動控制模式，轉向了自動監測系統.組態軟件［1］是一個用戶可以快速編輯設計自己的人機界面的軟件工具，它能支持大多數品牌的工業控制設備和多種通信上常用的協議，并提供了數據管理和網絡功能.基于組態王［2］的生產線監控系統對實現生產的自動化有著重要意義，通過組態王組態軟件可以設計并實現生產線實況監控、系統數據處理、實時故障報警管理等功能.

1模塊化生產系統的簡介

模塊化生產系統［3］是工廠自動化生產線的縮小化模型，該系統能實現上料、搬運、加工、安裝、分類入庫等流程.模塊化、綜合性、易擴充等是該生產系統具有的特點，因此能創造出一個具有可操作的、近似真實工業的生產環境.為了組成大型的加工、裝配生產線，該模塊化生產加工系統采用了先進計算機控制技術和現代氣動技術［4］.模塊單元包括：上料單元、加工單元、安裝單元、搬運單元、分類單元.模塊化生產系統基本結構圖如圖1.

圖1　模塊化生產系統基本結構圖

2模塊化自動生產線監控系統結構

模塊化自動生產線監控系統是由上位機、下位機兩個部分組成的結構，上位機是基于組態王軟件KingView 6.52設計的上位機［5］，實時監控生產系統的生產狀態、管理數據，控制并管理系統的運行模式；本文下位機則是三菱PLC.該系統的基本組成是在每個站點采用三菱FX2N系列PLC［7］作為控制CPU，通過傳感器檢測信號，實現檢測與控制現場設備的運行，并接受上位機的監控.圖2是監控系統結構圖.上位機是在PC端運行監控，通過RS485端口跟PLC連接并通信；現場的各個站點通過按鈕、電磁閥、傳感器等與PLC進行信號傳遞，并控制電機等設備運行.

圖2　監控系統結構圖

3　自動生產線監控系統的設計

3.1生產線監控系統的通信設置

監控系統與PLC之間通過RS485串口連接，具體通信設置如下：1） 建立FX2N的PLC程序［7］；2）選擇通訊協議并設置通訊參數，站號根據系統要求設置.設置完，并下載到PLC后需將PLC斷電重啟，以保證設置生效.如此設置后，不需要在PLC程序中設置D8120和D8121，此時D8120為E080，D8121為相應站號；3）在組態王中新建設備，選擇FX2N_485［8］通訊口，選擇端口，填入地址（站號）；4） 設置組態王中串口參數；5）在組態王中定義I/O變量.組態王與PLC的通信設置完成.

3.2組態王的工程編輯畫面

通過組態王制作的監控主界面有三個區域，分別是控制按鈕區、狀態顯示區、仿真區.狀態顯示區是標題、運行狀態和工件信息；仿真區是以動畫的形式的顯示生產系統的過程和狀態；控制按鈕區則是由功能按鈕組成，實現控制系統運行啟動、停止、退出等功能.本節下文將對各個站點功能工作說明，圖3是各個站點繪制的監控畫面.圖中左上方是上位機的首頁面，通過按鈕可以切換到其他模塊站的畫面.其余是各個模塊功能站的畫面，各個畫面都有對應功能演示動畫和控制系統啟動停止的按鈕.

圖3　各個站點的監控畫面

（1）供料站的監控畫面設計.供料站是有料倉、運料機械手和推料氣缸三部分組成.料倉里面裝有工件原料，在料倉底部裝有傳感器，該傳感器是用來檢測料倉是否有原料.當料倉里面有料時，推料氣缸將工件原料退出料倉，然后運料機械手將原料搬運到下一站進行下一步的加工工作.

（2）搬運站的監控畫面設計.搬運站是一水平運動的機械手.當上料監測站上料完畢就會通過串口通訊，將工作完畢的信號發給搬運站，搬運站在接到信號之后，機械手將原料搬運到下一站進行下一步工序.

（3）加工站的監控畫面設計.在上一個站工作完畢之后，原料就進入了加工站.原料都被運至一個轉盤上，轉盤通過旋轉，依次對每個原料進行加工.

（4）安裝站監控的設計.安裝站就是機械手用吸盤將小型工件吸起來，然后安裝到已經加工好的大型工件上.安裝成功后產品就被運走.

（5）分類存儲站.分類站，就是通過坐標定位倉庫，然后用汽缸把產品推入倉庫.

（6）生產統計組態畫面.在生產統計中，能清楚看到各類產品生產數量的統計，以及各個站的數量也能顯示出來.

4監控系統調試運行

通信連接設置和畫面制作完成后，將控制核心PLC轉換到運行狀態，然后在監控計算機上打開運行組態王KingView 6.52軟件，找到并打開先前已經制作好的監控畫面，并點擊切換到運行系統.進入監控界面后，要對監控畫面的動畫顯示進行觀察，觀察其狀態是否與自動化生產線的現場電氣設備是同步運行的，檢查監控畫面上的動畫連接、變量連接和動畫功能是否正常正確.在調試過程中出現錯誤，可以返回到組態王編輯畫面中修改，如此循環調試直至監控系統能正確無誤運行.

5結語

本自動化生產線監控系統將三菱FX2N系列PLC和組態王KingView 6.52組態軟件結合到一起，基本實現了對自動化生產線的實時仿真監控和運行管理設置，在畫面中提供顯示了系統數據統計.系統的設計結構簡單、實時性好；系統界面顯示友好，能直觀演示系統運行流程，雖然目前只是用于仿真監控，如果加以改進用到實際項目，實用性將會大大增加.

參考文獻：

［1］靳雷，王建躍.基于組態王和PLC在機械手臂控制系統的應用［J］.化工自動化及儀表，2010（3）:103-106.

［2］林豐.基于組態王的自動裝配機監控系統設計［J］.自動化與信息工程，2012，33（1）:16-19.

［3］方成，陳富林.基于組態軟件的模塊化生產線控制系統［J］.工業控制計算機，2008，21（12）:15-17.

［4］何用輝.自動化生產線安裝與調試［M］.北京：機械工業出版社，2011.

［5］穆亞輝.組態王軟件實用技術［M］.鄭州：黃河水利出版社，2012:86-121

［6］龔仲華.三菱FX系列PLC應用技術［M］.北京：人民郵電出版社，2010.

［7］殷慶縱.可編程控制器原理與實踐（FX2N系列）［M］.北京：清華大學出版社，2010:200.

［8］吳啟紅.可編程序控制系統設計技術（FX系列）［M］.北京：機械工業出版社，2005:288.

（責任編輯：李婉）

中圖分類號：TP29

文獻標識碼：A

文章編號：1007-5348（2016）04-0028-04

［收稿日期］2016-03-27 ［基金項目］2014年度廣東省大學生創新創業訓練項目（201410576039）.

［作者簡介］肖曉彬（1992-），男，廣東揭陽人，韶關學院物理與機電工程學院學生；研究方向：自動控制.

Application Configuration Simulation Control Technology in Automatic Production Lines

XIAOXiao-bin，LUOShun-jing
（InstituteofPhysics,Mechanical andElectrical Engineering，ShaoguanUniversity，Shaoguan512005，Guangdong，China）

Abstract:Modular automatic production line is a pneumatic technology and electrical technology and other industrial technologiescombinedinoneset，whichismade material handlingequipmenttransmissionandoperating system.By using the configuration software to create and simulate automated production lines，the production process can be visually displayed through the screen，it can also simulate the operation of the production process control monitor onthescreen.This articlediscusses theKingviewsoftwarefeatures and functions,and its roleinthe control and monitoring of modular automated production systems and implementation.The monitoring systemis to achieve the current production status monitoring system，the actual situation of the production line of the image display，apluralityoffunctional systemfailurealarm,andpowerfailures.

Key words:monitoringsystem；configurationsoftware；automatedproductionli