OMRON PLC工控系統(tǒng)在焊接車間搬送線中的運用

秦美玲廣州市土地房產(chǎn)管理職業(yè)學(xué)校，廣東廣州 510320

OMRON PLC工控系統(tǒng)在焊接車間搬送線中的運用

秦美玲
廣州市土地房產(chǎn)管理職業(yè)學(xué)校，廣東廣州 510320

本文主要敘述以O(shè)MRON PLC為核心工控系統(tǒng)在焊接車間移栽式搬送線中的應(yīng)用。系統(tǒng)以GP PROFACE觸摸屏為人機(jī)交互界面，MC421為運動控制核心，安川伺服電機(jī)為執(zhí)行元件，基于DEVICE-NET開放式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，組建以CS1H-CPU66為運算、指揮、調(diào)度中心的PLC控制系統(tǒng)。實現(xiàn)設(shè)備故障搶修的直觀、快速、精準(zhǔn)化。

CS1H；MC421；GP PROFACE；DEVICE-NET

為實現(xiàn)內(nèi)作成本的下降，同時減輕員工的作業(yè)強(qiáng)度，結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)線的空間條件，焊接車間在2007年導(dǎo)入了一套很有創(chuàng)意的懸空安裝的工件搬送系統(tǒng)。但由于成本及工程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的問題，該套設(shè)備在導(dǎo)入投產(chǎn)后故障頻繁，已經(jīng)成為影響焊接車間日生產(chǎn)能力的不穩(wěn)定的主因。為確保生產(chǎn)能力的達(dá)成，該崗位需額外追加4 人/2勤的生產(chǎn)要員去對該工藝流程的品質(zhì)及生產(chǎn)稼動進(jìn)行監(jiān)管，造成過高的設(shè)備及人員成本投入。

為徹底解決上述問題，通過全面的比較和分析，認(rèn)為造成該套設(shè)備不穩(wěn)定的原因主要是搬送設(shè)備執(zhí)行元件的選型設(shè)計不合理、人機(jī)交互系統(tǒng)不友善導(dǎo)致，這些都可以通過對系統(tǒng)的升級改造來解決。具體可行的辦法是：

1）升級執(zhí)行元件的配置。變頻電機(jī)→伺服電機(jī)，變頻器→伺服控制器，實現(xiàn)零件定位的精準(zhǔn)化。

2）升級人機(jī)交互界面。聲光報警→聲光報警+觸摸屏，實現(xiàn)故障信息顯示的精確化。

3）升級網(wǎng)絡(luò)通信的方式。DEVICE NET→DEVICE NET+以太網(wǎng)，實現(xiàn)信息交互的快速化。

1 系統(tǒng)各部件選型依據(jù)

1.1 OMRON PLC CS1H的特性及OMRON工控網(wǎng)絡(luò)特點

CS1系列PLC的特性：

1）目前OMRON所有PLC中處理速度最快的，容量最大的一個系列。

2）在指令處理速度、數(shù)據(jù)區(qū)容量、程序容量上大大優(yōu)于C200Hα。

3）有較多可以自由使用的特殊單元，便于控制伺服電機(jī)的動作。

1.2 OMRON MC421運動控制模塊的特性

CSIW-MC421是CSI系列的4軸動作控制器，它內(nèi)置G語言程序，可以實現(xiàn)橫切功能等高度的定位功能。常用的定位控制方式有2種，分別為PTP控制（Point to Point）：單獨定位各軸的控制。中途路線因移動量、速度等變化；CP控制（Continuous Path）：不但控制起始位置和目標(biāo)位置，還指定這2點間的路徑。有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、螺旋圓弧插補(bǔ)、橫切等功能。而本項目改造使用的是PTP控制方式。

1.3 OMRON DRM 21通信模塊特性

CSIW-DRM21是OMRON公司生產(chǎn)的支持DeviceNet通信規(guī)約特殊通信模塊，任何廠家的設(shè)備，只要是符合DeviceNet的標(biāo)準(zhǔn)，就可以通過它接入到PLC系統(tǒng)，它具備遠(yuǎn)程開關(guān)量和模擬量的控制及信息通信。而且，模塊特性的設(shè)置則可以通過Configurator軟件進(jìn)行簡單而有效設(shè)定的。

1.4 GP PROFACE 觸摸屏特性

我們通常講的GP其實是眾多觸摸屏廠家中的一種，是日本DIGITAL公司的產(chǎn)品，其全名是Pro-face GP，常見為GP2000、GP3000系列。GP與PLC的通信方式常見的有串口通信和以太網(wǎng)通信兩種，可根據(jù)通信量和通信速度要求進(jìn)行自由設(shè)定。本項目為了便于日后的維護(hù)修改以及提供通信的速度，使用的是以太網(wǎng)通信方式。

2 系統(tǒng)改造設(shè)計

2.1 方案改造需求說明

2.1.1 工藝流程

崗位員工完成作業(yè)內(nèi)容→按下作業(yè)完成按鈕→空中移栽機(jī)從待機(jī)位置啟動并前進(jìn)到人工崗位→空中移栽機(jī)上的搬運抓手向下動作抓取工件、完成并上升→空中移栽機(jī)返回并到達(dá)中間位置→空中移栽機(jī)上的搬運抓手旋轉(zhuǎn)90°→空中移栽機(jī)再啟動前行并到達(dá)放件位置→空中移栽機(jī)上的搬運抓手向下動作，將工件放置到下一工位的傳送設(shè)備上→空中移栽機(jī)放件完成后返回到原待機(jī)位置并旋轉(zhuǎn)90°恢復(fù)設(shè)備原待機(jī)狀態(tài)。

2.1.2 系統(tǒng)功能指標(biāo)

1）搬運工件重量：50kg。

2）橫向行走速度：800mm/s，垂直動作速度：400mm/s。

3）旋轉(zhuǎn)角度：30°/s。

4）最大行走距離8 000mm，垂直動作高度1 500mm

5）工件重復(fù)定位精度：±0.3mm。

2.1.3 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、稼動指標(biāo)

1）削減崗位要員4人/2勤。

2）設(shè)備稼動率≥90%。

為了有效的防御和減輕氣象災(zāi)害，保障人民生命財產(chǎn)安全，國家各級部門不斷制定各類防范措施，取得了一定的效果，對于社會發(fā)展起到一定的推動作用。但由于影響預(yù)警機(jī)制建立和有效運行的因素眾多，因而在實際的工作中，仍存在一定的問題，制約了農(nóng)業(yè)氣象預(yù)警的發(fā)展。

2.2 總體改造方案

本系統(tǒng)采用OMRON公司的CS1系列PLC為控制、運算和調(diào)度中心，型號為CS1H-CPU65H。采用以太網(wǎng)模塊CS1W-ETN01作為與上位機(jī)、觸摸屏通信的信使，并以此構(gòu)建維護(hù)用途（監(jiān)控層）的區(qū)域局域網(wǎng)。以CS1WDRM21作為現(xiàn)場開關(guān)量輸入設(shè)備的運算控制中心，構(gòu)建設(shè)備開關(guān)的DEVICE-NET通信網(wǎng)絡(luò)。使用OMRON公司的運動控制模塊CS1W-MC421作為移栽機(jī)設(shè)備的控制中心，運用日本安川公司的伺服驅(qū)動器SGDV系列作為執(zhí)行元件（伺服電機(jī)）的驅(qū)動單元，采用SGMJV系列伺服電機(jī)作為執(zhí)行元件。使用PROFACE公司的GP4501TW觸摸屏作為人機(jī)交互的界面，見表1、圖1。

表1 系統(tǒng)設(shè)備清單

2.3 具體實施方案

2.3.1 供電回路、控制回路

按照強(qiáng)、弱電隔離的思路，對電氣回路的供電、控制回路進(jìn)行升級改造。

2.3.2 觸摸屏設(shè)置

觸摸屏要和PLC建立通信，就需要進(jìn)行必要的設(shè)置。

其次，對觸摸屏自身的控制數(shù)據(jù)以及PLC通信數(shù)據(jù)地址進(jìn)行設(shè)定。具體為設(shè)定觸摸屏開機(jī)自動跳轉(zhuǎn)畫面為20號畫面（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定畫面），與PLC的數(shù)據(jù)通信地址設(shè)定為LS10～20對應(yīng)PLC內(nèi)部的D5000～D5010。

2.3.3 CX-MOTION設(shè)置

使用OMRON公司的CX-MOTION軟件對MC421運動模塊的參數(shù)及動作軌跡進(jìn)行設(shè)置。首先編寫G語言程序，詳細(xì)描述運動電機(jī)的控制邏輯順序。其次，對模塊的運動參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如數(shù)據(jù)存儲位置、設(shè)備的移動距離等。

2.3.4 PLC程序

根據(jù)啟、保、停的原則重新編寫PLC的所有梯形圖程序。包括系統(tǒng)總的調(diào)度、運算程序以及移栽機(jī)的邏輯動作程序。

2.4 系統(tǒng)運行的結(jié)果

1）工藝流程：100%實現(xiàn)。

2）功能指標(biāo)：100%實現(xiàn)，其中空中移栽機(jī)行走速度：高于目標(biāo)800mm/s，實績?yōu)? 000mm/s；垂直動作速度高于目標(biāo)400mm/s，實績?yōu)?00mm/s。

3）經(jīng)濟(jì)、稼動指標(biāo)：削減崗位要員4人/2勤，稼動率實現(xiàn)93%。

3 結(jié)論

出于削減生產(chǎn)小停，員工作業(yè)減荷，同時實現(xiàn)故障點的快速發(fā)現(xiàn)的目的，而對該零件搬送系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。雖然沿用原有設(shè)備的機(jī)械主體結(jié)構(gòu)，但通過采用OMRON公司的成熟工控產(chǎn)品系列，同時考慮到生產(chǎn)技術(shù)的穩(wěn)定性而采用技術(shù)更成熟的GP PROFACE公司的觸摸屏產(chǎn)品，使整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性及信息交互性得到了極大的提高，為日后設(shè)備維護(hù)奠定了良好的基礎(chǔ)。總的來說，這是一個成功的升級改造案例。

［1］廖常初.可編程序控制器編程方法與工程應(yīng)用［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，2001.

［2］陳忠平.歐姆龍CP1H系列：PLC完全自學(xué)手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013，7.

［3］張敏.基于均衡生產(chǎn)的汽車焊裝車間作業(yè)計劃改善研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2007.

［4］于建國.持續(xù)改善理論在一汽—大眾焊裝車間現(xiàn)場管理的應(yīng)用研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2011.

［5］鄭圣德.觸摸屏的類型用途及工藝流程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

TG4

A

1674-6708（2016）168-0175-02

秦美玲，廣州市土地房產(chǎn)管理職業(yè)學(xué)校。