浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李方園

1 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進(jìn)行物料分揀的企業(yè)，以往一直采用人工分揀的方法，致使生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競爭能力差，物料的自動分揀已成為企業(yè)的最佳選擇。

機(jī)械手自動分揀裝置是一種高速自動化生產(chǎn)線上的金屬與非金屬自動分揀設(shè)備，其工作流程是物料盤負(fù)責(zé)輸送物料，一旦有物料進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，則啟動機(jī)械手搬運(yùn)機(jī)構(gòu)；然后機(jī)械手快速定位到物料的正上方，下降抓取物料、提升并釋放至指定位置；待物料被釋放后，傳送裝置聯(lián)動，并根據(jù)金屬與非金屬的特點(diǎn)進(jìn)行分揀；機(jī)械手則迅速返回，等待下一輪分揀抓取。

如圖1所示為機(jī)械手自動分揀裝置，它包括物料盤、機(jī)械手、輸送帶、金屬和非金屬通道等。根據(jù)工藝流程和控制要求設(shè)計(jì)該裝置的PLC虛擬對象。

圖1 機(jī)械手自動分揀裝置

2 基于GE RX3i的虛擬對象開發(fā)

虛擬對象是采用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在特定設(shè)備中模擬實(shí)現(xiàn)真實(shí)的物體和環(huán)境， 用于解決不適合對真實(shí)物體或環(huán)境進(jìn)行操作的問題。虛擬對象有著廣泛應(yīng)用，復(fù)雜程度也各不相同。當(dāng)對象能實(shí)現(xiàn)各種功能，且對象內(nèi)部之間有復(fù)雜的互相作用，我們也可稱之為虛擬系統(tǒng)。

在GE 集成開發(fā)環(huán)境Proficy Machine Edition（簡稱PME）中，可以開發(fā)運(yùn)行于PLC的邏輯程序，運(yùn)行于PC的邏輯程序，運(yùn)動控制程序和HMI（人機(jī)界面）程序等。HMI 程序運(yùn)行于GE 的屏設(shè)備或通用計(jì)算機(jī)顯示屏（如圖2所示），因此，我們稱之為View程序，這里研究的就是基于GE View 技術(shù)的虛擬對象開發(fā)。

圖2 GE View與PAC RX3i的關(guān)系

對象由動畫界面、動畫控制程序和數(shù)據(jù)層組成。GE View提供了大量的通用控件，如按鈕、開關(guān)、多邊形等；專業(yè)的圖形控件，如各種水管、閥門、鍋爐等。也可根據(jù)需要導(dǎo)入自選圖形和視頻，因此，設(shè)計(jì)的動畫圖形仿真度高，專業(yè)性強(qiáng)。而且，其圖形設(shè)計(jì)方式與各種組態(tài)軟件，VB 圖形界面相當(dāng)類同，有相關(guān)軟件使用經(jīng)驗(yàn)的可迅速上手，設(shè)計(jì)對象圖形界面極為方便快捷。

對象的動畫控制程序可以用多種方式來實(shí)現(xiàn)，除了圖形控件自帶的屬性變量，也可使用梯形圖（Ladder）、順序功能圖（Sequential Function Block）、結(jié)構(gòu)文本塊（Structured Text Block）、功能塊圖（Function Block diagram）和更為強(qiáng)大的腳本語言。PME提供了兩種Script語言：ViewScript 和VBScript。ViewScript是GE針對PMEView開發(fā)的專用腳本語言，語法類似VBScript，相比VBScript，其功能精簡，入門容易，與PME的開發(fā)環(huán)境結(jié)合更好，提供了若干操作PME中控件的專用函數(shù)。VBScript作為一種通用的腳本語言，函數(shù)多，功能強(qiáng)大，適用性更為廣泛。

數(shù)據(jù)層通過通訊驅(qū)動與控制層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。GE考慮到控制系統(tǒng)可能由其它硬件廠商搭建的情況，在虛擬對象中可以選擇相關(guān)業(yè)內(nèi)著名自動化公司產(chǎn)品的硬件驅(qū)動，這樣，就將控制對象與控制系統(tǒng)相分離，控制對象由GE PME 開發(fā)，運(yùn)行于PC或GE View 顯示屏，控制系統(tǒng)可由其他廠商產(chǎn)品組成。

3 機(jī)械手分揀裝置的虛擬對象開發(fā)

機(jī)械手分揀裝置的虛擬對象界面如圖3所示，表1為GE View中的虛擬對象I/O清單。

圖3 機(jī)械手分揀裝置的虛擬對象

表1 GE View中的虛擬對象I/O清單

對于機(jī)械手分揀裝置來說，非常重要的是定義流程中的各個(gè)限位。如圖4所示為物料上升限位的顏色動畫。

圖4 物料上升限位

物料上升限位的動作腳本如下所示：

4 利用機(jī)械手虛擬對象進(jìn)行程序開發(fā)

在虛擬對象的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行機(jī)械分揀裝置的程序開發(fā)，其工藝流程如下：

（1）按啟動按扭后，啟動送料電機(jī)驅(qū)動放料盤旋轉(zhuǎn)，物料由送料槽滑到物料提升位置，物料檢測光電傳感器開始檢測；

（2）送料電機(jī)運(yùn)行一定時(shí)間后，如果物料檢測光電傳感器仍未檢測到物料，則說明送料機(jī)構(gòu)已經(jīng)無物料，這時(shí)要停機(jī)并報(bào)警；

（3）當(dāng)物料檢測光電傳感器檢測到有物料，將發(fā)出信號，上料單向電磁閥驅(qū)動上料，機(jī)械手臂伸出手爪下降抓物，然后手爪提升臂縮回，手臂向右旋轉(zhuǎn)到右限位，手臂伸出，手爪下降將物料放到傳送帶上；

（4）傳送帶輸送物料，傳感器則根據(jù)物料性質(zhì)（金屬和非金屬），分別控制相應(yīng)電磁閥使氣缸動作，對物料進(jìn)行分揀；

（5）最后機(jī)械手返回原位重新開始下一個(gè)流程。

在這里引入步序控制字的概念，具體如表2所示。

表2 步序控制字

機(jī)械分揀裝置的部分程序如圖5所示。

圖5 機(jī)械分揀裝置的部分程序

5 結(jié)語

虛擬對象的目的是替代實(shí)際物理對象，并且將對象的狀態(tài)通過計(jì)算機(jī)技術(shù)表現(xiàn)，因此，它實(shí)際完成了物理對象和組態(tài)兩者的功能。從數(shù)據(jù)通信上也可看到，在組態(tài)中，控制層從物理對象獲得輸入信號，并輸出信號到組態(tài)；而虛擬對象與控制層有雙向的數(shù)據(jù)交互，虛擬對象模擬實(shí)際物理對象產(chǎn)生狀態(tài)數(shù)據(jù)，傳輸給控制層。因此虛擬對象設(shè)計(jì)的核心問題是如何模擬類似于實(shí)際物理對象的狀態(tài)信號。

[1] 李方園. 自動化綜合實(shí)踐[M]. 北京: 中國電力出版社, 2009.