基于態神組態的加工單元三維監控系統設計

唐月夏 李光平

摘 要：為提高組態監控的直觀性和人機交互性，設計了自動化生產線加工單元的三維監控系統。該系統以PLC為核心控制器，利用態神組態軟件建立三維模型。根據加工單元的控制要求，完成了控制程序的編寫和組態界面的設計。試驗結果表明三維監控系統工作穩定可靠，畫面真實感強，實時交互性好，符合工業應用要求。

關鍵詞：三維監控系統;組態軟件;PLC;加工單元

0 引言

組態軟件作為數據采集與過程控制的專用軟件，被廣泛地運用在教學、科研以及企業生產自動化中。組態監控系統需要實時采集現場數據并將設備運行狀況直觀地展現出來，因此，如何設計人機交互友好、直觀明了的組態監控系統，是提高生產自動化程度的前提。

目前，組態軟件設計的實時監控系統絕大部分是二維平面的，采用插入圖元的方法設計組態界面，以各角度（主視、左視等）的二維圖元代表各部件的三維動作，界面不具備三維效果、不夠直觀。國內外學者研究高級編程語言、二維圖元角度變化等方式進行三維仿真[1-4]，具有一定的三維視覺效果，但是存在計算復雜的不足。

本設計以自動化生產線的加工單元為例，基于態神組態軟件設計組態界面，直接建立三維模型，能夠全方位動畫顯示，實現真正意義上的三維監控。

1 加工單元控制要求

本文設計的加工單元三維監控系統由上位機、PLC以及加工單元共同構建而成，如圖1所示。該系統的控制采用PLC作為控制核心，根據檢測傳感器信號控制各電磁換向閥動作;采用計算機作為上位機，其主要功能為顯示設備實時動作。

加工單元是自動化生產線的重要組成部分之一，其功能是完成把待加工工件在加工臺夾緊，并移送到加工區域沖壓機構的正下方;完成對工件的沖壓加工，然后把加工好的工件重新送出的過程。

加工單元主要的結構組成為：滑動加工臺、沖壓機構、氣爪等，其結構如圖2所示。

加工單元從初始狀態為：氣爪松開，伸縮氣缸伸出，沖壓氣缸上升。

加工單元啟動后，若檢測到氣爪中間有零件，則依次完成以下動作：氣爪夾緊→伸縮氣缸縮回→沖壓氣缸下降→沖壓氣缸上升→伸縮氣缸伸出→氣爪松開。

2 PLC控制程序設計

在加工單元工作過程中，系統控制對象為：夾緊氣缸、伸縮氣缸以及沖壓氣缸的電磁換向閥。需要檢測的參數為各氣缸動作的極限位置以及物料的到位情況。

根據加工單元的控制要求，整個加工單元的數字量輸入點數為8點，數字量輸出點數為3點，I/O地址分配表如表1所示。

根據I/O總點數，選取PLC型號為三菱FX2N-32MR，其硬件接線如圖3所示。

加工單元控制程序使用GX Developer軟件編寫、調試，其工作流程如圖4所示。

3 加工單元組態方案設計

采用態神組態軟件實現加工單元工作過程的實時圖像監視。該軟件可以直接建立三維模型，也可以導入其他三維軟件建立的立體模型。具體流程包括：新建工程、創建IO設備通信、建立實時數據庫、設計人機界面、以及動畫連接[5-6]。

IO設備通信是工控監控中非常重要的環節。系統就是通過IO設備通信驅動與現場設備進行通信采集。根據PLC硬件選型，新建三菱FX編程口系列驅動[7-8]。

根據加工單元的控制要求及I/O分配表，具體定義變量，建立實時數據庫，如圖5所示。

繪制加工單元的動畫部分，包括沖壓氣缸、伸縮氣缸、氣爪、滑臺以及支撐部分等。設計的人機界面如圖6所示。

將人機界面中的圖形對象與實時數據庫中的數據對象連接，并設置相應的動畫屬性。經由上述步驟，完成加工單元三維監控界面設計。

4 三維監控系統運行調試

選用RS-232通訊線將計算機與PLC連接，將控制程序下載到PLC，與加工單元實物進行調試。試驗結果表明，加工單元三維監控系統的動態顯示實時、準確，各種動作功能均可達到預期目標。通過拖動鼠標轉換觀察角度，實現全方位三維監控。左前方觀察滑動工作臺伸出如圖7所示;右前方觀察滑動工作臺縮回，氣爪夾緊，沖壓氣缸下降，進行沖壓加工如圖8所示。

5 結束語

本設計通過PLC做為核心控制器，利用態神組態軟件進行加工單元的三維組態設計，真正意義上實現了加工單元工作過程的三維監控，使得監控界面更為直觀，制作簡單快捷，為自動化生產設備的智能化控制提供了設計基礎。

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