基于WinCC的物料管控系統設計

王 雷

(連云港職業技術學院 江蘇連云港 222002)

引 言

目前，我國家具制造業生產線大多處于較落后的人工操作階段，產品的生產效率無法與國際相比。針對這種情況，家居制造工業需要一套既能降低生產成本，又能提高總裝和涂裝對接效率的自動化控制系統。本文就是基于WinCC組態軟件，設計了一套物料管控系統。此物料管控系統的主要功能就是能夠使操作人員減少勞動力，提高原料的運送效率；防止成品占線，避免因為成品在總裝輸送線上占用空間，同時緩存涂裝暫時不需要的成品。這套存儲區調度系統，以調度、記錄、追溯產品的相關信息，控制相關過程；以適應企業可持續發展的需求。企業采用了物料管控系統，使操作者可以及時發現問題，并通過報警記錄能夠及時地進行相應處理。通常情況下，該系統不需要停止所有輸送線的運行就能處理問題。因此，物料管控系統減少了生產線停工的時間，使生產效率得到了極大提高。

一、物料管控系統的工藝流程

該系統總裝分為A、B兩個區域；A區包括1～4號總裝線；B區為5號總裝線。兩個總裝區域分別設有相應的物料及產品緩存區和產品返修線，區域間的物料輸送調配與銜接通過RGV完成，其工藝流程如圖1所示：

圖1 物料管控系統的工藝流程圖

該管控系統能夠收集生產線上光電傳感器等設備、總裝生產以及計劃管理等多方面的信息。其功能：一是通過對這些信息集成處理以后，物料管控系統控制分緩存區各個輸送線和RGV小車進行運行，當出現報警時，可及時反映在服務器上，并可由計算機記錄、分析報警頻率；二是信息顯示。該系統能夠提供關于各條緩存區輸送線的信息，包括總裝生產狀態、原料運送狀態、返修狀況以及輸送線狀況。此外，系統還可以顯示實時數據，如上位機下發指令、計劃完成時間、報警時間以及生產效率等。根據系統上面提供的信息，操作人員可以更加有效地進行具體工作。主管人員可以根據系統上顯示的信息識別并且消除生產過程中不合理的生產計劃。同時，段長還可以從上位機上監控生產狀態、原料的處理以及設備運行狀況。

(一)硬件結構

物料管控系統的工藝流程由服務器、PLC、MVP控制柜、RGV小車等構成，系統硬件框圖如圖2所示：

圖2 控制系統硬件框圖

該系統采用觸摸屏(HMI)+西門子可編程控制器(PLC)+變頻/伺服控制器+I/O傳感器及執行部件形式構成。[1]

系統控制HMI由“設備實時控制”“設備運行工況及報警記錄”等多層級組態畫面組成。

“設備運行工況及報警記錄”能夠直觀反映當前輸送線設備狀態：運行、停線、調機、故障等狀態及各狀態。

(二)PLC控制流程

該控制程序按照結構化程序設計，結合控制系統的工藝要求，正常產品流向如下：

1.產品進入旋轉臺。

2.判定墊板流向，進入涂飾線。墊板RFID讀取，與上層MES通訊，獲取墊板產品規格/顏色信息代碼，并與噴涂工序目前顏色代碼對比。

3.上下臨時存放區可以混合使用，臨時緩存產品流向墊板進入臨時緩存區。其判定規則是根據墊板噴涂顏色進行統一存放，根據存放量，由系統決定是否進行混放在同一傳送帶上。該程序按照先區分規格，再區分顏色的原則進行存放，盡量保證同種規格同種顏色的產品存放在一起，充分使用臨時緩存區存放區域，避免浪費。

4.噴涂工序要求上料，在正常工序不能傳送時，該程序調度臨時緩存區，將滿足要求的墊板產品進行上料。

5.判定墊板流向。該環節由墊板RFID讀取，與上層MES通訊，獲取墊板產品規格/顏色信息代碼，并與噴涂工序目前顏色代碼對比。程序流程圖如圖3所示：

圖3 程序流程圖

(三)程序設計

1.原材料入緩存區流程

零部件超市備料，通過AGV將原料托盤運送到1號輸送線上，1號輸送線將原料托盤運送到另一端(RGV端)，同時下位機請求WINCC搬運，下位機將原料托盤搬運到輸送線2號、3號或4號上。托盤放到輸送線后，等待WINCC作業指令將原料托盤運送到另一端，由巷道運輸車完成搬運。

2.空托盤出緩存區流程

該流程將空托盤運送到另一端(RGV端)下位機發送請求搬運信號和空托盤數量給WINCC，WINCC控制下位機，將6、7號輸送線的空托盤搬運到RGV上，WINCC控制下位機將空托盤搬運到9號輸送線，等待指令將原料托盤運送到另一端。

3.墊板入緩存區流程

手推將摞好的墊板放到8號線上并由人工確定其緩存區(輸送2號線或輸送3號線)，8號輸送線將空墊板運送到另一端(RGV端)上。同時，WINCC控制下位機將空墊板搬運到輸送線2、3號上，然后再將空墊板運送到另一端，巷道運輸車搬運。

4.成品入緩存區或涂裝線流程

總裝線將成品運送到總裝出口的旋轉臺，WINCC控制下位機將成品搬運到輸送線5號線上。當成品進入涂裝車間，WINCC根據MES發送的信息、當日的涂裝計劃以及成品緩存區的配置情況，制定作業指令標簽信息、物料編碼和對應的顏色，如果MES發送的信息沒有在當日涂裝計劃中，則進入緩存區。

5.成品出緩存區流程

WINCC根據當日涂裝計劃以及成品緩存區的庫存，制定作業指令控制下位機，將成品托盤搬運到總裝出口1或總裝出口2上。成品托盤進入涂裝車間，在標簽信息、物料編碼和對應的顏色，驗證失敗的情況下，將成品返回緩存區。[2]

(四)控制系統WinCC程序設計

上位機采用模塊化結構，包括基本的WinCC系統，并且還提供了其他一些選項和額外的WinCC組態軟件，用以實現與S7～300的高效穩定連接。WinCC啟動后會打開WinCC資源管理器，這樣就可以訪問各種編輯，監控指定任務的執行和運行。

1.界面設計

根據物料管控系統的控制要求，該系統設計了登錄界面、賬戶密碼界面、菜單欄界面、實時監控界面、網絡監控界面、緩存配置界面、庫存管理界面、顏色錄入界面、涂裝計劃界面、離線模式界面、集成信息界面、信息采集界面和用戶管理界面等。實時監控界面、網絡監控界面如圖4、圖5所示；各個界面的登錄或相互轉換界面如圖6所示。

圖4 實時監控界面

圖5 網絡監控界面

圖6 各界面轉換界面

2.界面介紹

由于本系統應用于所有可以登錄的人員，因此，操作人員只有點擊用戶登錄后，彈出窗口要求輸入賬號和密碼，獲得權限后，點擊進入系統按鈕才能進入系統。這樣可以確保有權限的用戶對系統進行操控，保證系統及設備運行的安全。

菜單欄界面，即各界面轉換界面上部有：選擇上一個窗口、選擇下一個窗口、日期時間、用戶名、用戶登錄、退出用戶、返回首頁等。界面左邊包括現場監控、網絡監控、緩存配置、庫存管理、顏色錄入、涂裝計劃、離線模式、集成信息、采集信息統計分析、用戶管理。用戶或者操作者可以根據需要選擇對應的按鈕進行操作。進入更高一層操作的時候會根據用戶權限顯示相應的按鈕，沒有權限者就只有查詢功能。

現場監控主要顯示PLC的運行模式、與MES的連接模式、線體和RGV小車的運轉情況。單機綠燈亮表示PLC與系統處于斷開狀態，聯鎖綠燈亮表示PLC與系統處于連接狀態；離線綠燈亮表示系統與MES處于斷開狀態；在線綠燈表示系統與MES處于連接狀態；線體存放滿了以后，存儲顯示紅色，線體報警時運行顯示紅色，RGV運輸成品、原料、空托盤、空墊板時是會顯示相應的閃爍箭頭，而且RGV移動時，畫面中的RGV圖標也會與之對應移動；線體存放成品和原料時，在線體的相應位置會顯示圖標。該系統在自動運轉出現問題時，點擊【異常復位】；當需要停止系統時，點擊【系統停止】；點擊【小車指令】，彈出頁面，畫面顯示當前RGV小車的指令(取料放料，RGV小車目的地)；綠燈表示RGV小車當前沒有任務，紅燈表示RGV小車當前有任務，若小車長時間不動作，還顯示紅燈，說明系統出現異常，需要點擊【異常復位按鈕】；當需要單獨 給小車下發指令時，先等小車執行完指令，再點擊【系統停止】，停止系統；在指令類型下拉框中選擇(取料放料)，在目標線體輸入線體數值，按回車鍵，RGV小車開始運行；指令完成后，點擊【讀取完成】，接著輸入下一條指令，重復上面的操作。[3]

網絡監控圖主要顯示設備與系統之間的網絡通訊，用線體的流動和顏色來表示通訊狀態。當通訊失敗時，線體停止流動，并顯示為紅色；當通訊正常時，線體流動，并顯示為綠色。

所有界面形象、直觀、易于操作，不僅可以實時顯示各設備運行狀態，還可以統計報警信息。系統在默認情況下，預先設置了警告、報警和故障三種消息類別，方便有權限的操作人員對各種信息進行處理。

二、結束語

本系統是以家具總裝線為背景，借鑒汽車制造業的PBS系統而設計的。該系統可收集生產線設備、生產和計劃信息，在對這些信息進行處理之后，物料管控系統控制分布在緩存區的線體、轉臺和RGV小車中。物料管控系統首次在家具制造業中應用，應用WinCC、S7～300實現了家具制造業總裝線的自動化控制及監控，人機監控界面清晰，操作簡便。現場生產已經表明，該系統能夠提高原料的運送效率，防止成品占線，避免因為成品在總裝輸送線上占用空間，同時緩存涂裝暫時不需要的成品。該系統提升了生產效率、提高了產品的品質和減少了操作人員，增加了利潤和降低了運營成本。