廣西電力職業(yè)技術學院 陳寨群

一、系統(tǒng)設計背景及發(fā)展

近幾年，隨著PLC制造工藝水平的不斷提高和CPU技術的發(fā)展使其穩(wěn)定性和性價比有了進一步的提高，產品的類型和擴展功能也更加豐富。在硬件性能迅速發(fā)展的同時軟件方面也加快了更新速度，尤其是在網絡通信方面得到了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了各種不同的網絡連接方式，并且加強與計算機系統(tǒng)的兼容性。

生產線的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)現(xiàn)代化的生產線控制設備是生產線控制現(xiàn)代化的基礎，首先是要采用快速、高效、自動化的生產線控制設備。(2)計算機管理可以對生產線控制系統(tǒng)進行動態(tài)管理與優(yōu)化。同時，通過計算機與其他系統(tǒng)實時聯(lián)機，發(fā)送和接收信息，使生產線控制系統(tǒng)于生產制造、銷售等系統(tǒng)有機地聯(lián)系，可以提高生產線控制系統(tǒng)的效益。(3)系統(tǒng)化與集成化生產線控制系統(tǒng)的結構特點是：點多、線長、面寬、規(guī)模大。生產線控制系統(tǒng)是把生產線控制系統(tǒng)有機地聯(lián)系起來，看成一個整體，從系統(tǒng)化、集成化的概念出發(fā)去設計、分析、研究和改進生產線控制系統(tǒng)，不追求系統(tǒng)內個別部分的高效和優(yōu)化，而是力求整體系統(tǒng)的優(yōu)化和高效。

二、系統(tǒng)設計目的

由于現(xiàn)代生產制造業(yè)的快速發(fā)展和信息技術的廣泛應用，目前的生產線控制系統(tǒng)都采用了不同的網絡技術來提高生產線控制系統(tǒng)的效率和效益。在生產線控制系統(tǒng)中，貨料的裝配、搬運、運輸必須協(xié)調完成，否則會出現(xiàn)貨料堆積和貨料不夠搬運的現(xiàn)象。為了使貨料快速、準確、安全入庫，我們必須把各個系統(tǒng)連接起來，組成一個新的網絡控制系統(tǒng)。

三、系統(tǒng)設計方法

應用松下FP∑系列PLC聯(lián)網通信功能和PC－LINK網絡控制系統(tǒng)，可以把16臺PLC通過鏈接單元連接起來組成PC-LINK網絡系統(tǒng)，使之組成多點結構（1:N）的PLC網絡，即組成一種平等式總線型結構的工業(yè)局域網。系統(tǒng)采用這種結構可以提高可靠性，強化系統(tǒng)應用的靈活性及便于系統(tǒng)的維修和技術更新。通過模塊化的生產線控制系統(tǒng)模型來模擬現(xiàn)實生活中生產線控制生產的全部過程，其原理不僅具有一致性，更可以在技術上采用實際生產線控制系統(tǒng)尚未采用的理論和技術。

1.控制系統(tǒng)結構設計

圖1 FPΣ系列PLC的硬件鏈接圖示

生產線控制系統(tǒng)主要由管理層、控制層和執(zhí)行層三大部分組成。其中管理層是一個計算機生產線控制管理軟件系統(tǒng)，是生產線控制系統(tǒng)的中樞。它主要完成以下工作：接收上級系統(tǒng)的指令（如月、日生產計劃）并將此計劃下發(fā)；調度運輸作業(yè)；管理立體倉庫庫存；統(tǒng)計分析系統(tǒng)運行情況；生產線控制系統(tǒng)信息處理。執(zhí)行層一般包括：自動存儲/提取系統(tǒng)；輸送車輛；各種緩沖站。根據(jù)管理層、控制層和執(zhí)行層的不同分工，生產線控制系統(tǒng)對各個層次的要求是不同的。對管理層要求具有較高的智能；對控制層要求具有較高的實時性；對執(zhí)行層則要求較高的可靠性。

設計舉例：立體倉庫的管理控制：庫存管理，根據(jù)立體倉庫原庫存情況和來自底層的出/入庫完成信息，管理立體倉庫庫存信息。(1)入庫管理：決定各種入庫申請的響應順序，根據(jù)控制層發(fā)來的入庫申請或入庫條形碼信息為待入庫物料分配貨位，形成入庫任務。(2)出庫管理：根據(jù)緩沖站（加工緩沖站和工位緩沖站）發(fā)來的需料申請，結合當前庫存情況，形成出庫任務。也可根據(jù)日滾動生產計劃確定初始發(fā)料或為次日生產的出庫安排形成出庫任務。(3)出/入庫協(xié)調：對出庫任務與入庫任務進行優(yōu)化組合，把滿足條件的出庫任務和入庫任務組合成出/入庫聯(lián)合作業(yè)任務。根據(jù)運輸任務的緊急程度和調度原則，決定運輸任務的優(yōu)先級別（從眾多的物料需求申請中決定響應順序），根據(jù)當前運輸任務的執(zhí)行情況形成運輸命令和最佳運輸路線。

生產線控制系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控：(1)生產線控制系統(tǒng)狀態(tài)信息的采集：接收控制層發(fā)回的狀態(tài)報告，運輸命令的完成，取消和修改報告。(2)生產線控制系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測：對控制層發(fā)回的報告進行分類整理，在屏幕上用圖形顯示各個緩沖站的狀態(tài)，立庫狀態(tài)和設備運輸狀況等。(3)異常情況的處理：檢查判別生產線控制系統(tǒng)狀態(tài)中的不正常信息，根據(jù)不同情況提出處理方案。(4)人機交互：提供管理人員查詢當前系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，直接干預系統(tǒng)運行。

2.系統(tǒng)硬件設計

為使生產線控制系統(tǒng)能夠正常的運行，要求生產線控制系統(tǒng)具有以下功能：(1)氣動機械手上升，下降限位控制。(2)氣動機械手旋轉限位控制。(3)底盤機械旋轉角度的控制。(4)根據(jù)貨料顏色進行識別控制。(5)貨物轉向系統(tǒng)旋轉角度的控制。(6)巷道起重機精確存取貨物控制。(7)實現(xiàn)每臺PLC之間的點對點通信。(8)彩色監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了人機對話，實時顯示等功能。(9)輸送帶變頻調速控制。(10)檢測功能，檢測的正確與否，是生產線正常工作的保證。

PC-LINK網絡組成的網絡控制系統(tǒng)可以不占用PLC的I/O口單元，只是占用內部繼電器和數(shù)據(jù)寄存器，并且未使用的鏈接繼電器和鏈接寄存器仍可以作為內部繼電器和寄存器使用。這樣就減少了在選擇PLC時對于I/O口的估計，提高所選擇PLC的性價比。實際選擇的PLC中也能夠減少I/O口單元的使用數(shù)量從而降低了PLC的價格，進而降低了整個網絡控制系統(tǒng)的使用成本，提高了系統(tǒng)的性價比。網絡采用總線型結構，令牌傳遞信息的通信方式保證了信息的可靠傳遞，并且能夠方便的增加PLC的連接數(shù)量，有利于生產線的升級改造。此外，在出現(xiàn)故障時也易于及時檢修，使系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的使用效率。

根據(jù)上述的分析，結合實際情況，本系統(tǒng)應采用的是由松下PLC構成的分散式PC-LINK網絡控制系統(tǒng)（如圖1所示）。

3.系統(tǒng)軟件設計

主機單元使用工具口（RS232C）能夠與觸摸屏或計算機實現(xiàn)通信。此外，我們還可選擇帶有RS232C和RS485接口的通信卡實現(xiàn)通信功能。全方位通訊功能意味著不僅能實現(xiàn)1：N通訊，而且通過PC-LINK網絡能實現(xiàn)PLC最多達16站的鏈接繼電器與鏈接寄存器的鏈接功能操作。

根據(jù)計算機所發(fā)出的命令來監(jiān)測，控制正在運行的PLC，并且PLC能夠將運行的信息返回給計算機，在兩者之間實現(xiàn)會話層。計算機發(fā)送指令給PLC，PLC響應（發(fā)送響應信息）接收到的命令。PLC響應來自計算機的命令并自動返回響應信息，因此PLC可以不用編寫通信程序。

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