基于DeviceNet現(xiàn)場總線的PLC雙軌小車控制系統(tǒng)

王順菊 武昌俊 薛盛智

(安徽機電職業(yè)技術學院電氣工程系，安徽蕪湖 241000)

本項目自主研發(fā)的A1X側圍雙軌自行小車控制系統(tǒng)是在目前國內(nèi)外現(xiàn)有的小車技術的基礎上，開發(fā)生產(chǎn)的一條全自動雙軌自行小車輸送系統(tǒng)。其先進的結構形式和控制方式目前在國內(nèi)外同類設備中處于領先水平。該雙軌自行小車已被成功應用在奇瑞汽車公司A1X焊裝生產(chǎn)線側圍及下部總成件由分裝線到主焊線的自動化輸送成產(chǎn)線上。奇瑞汽車公司的A1X焊裝側圍搬運小車項目為A1X焊裝左、右側圍分裝線至主焊線的側圍機械化輸送項目，該項目要求將左、右側圍從各上件滑臺輸送至主焊線側圍翻轉夾具上。

1 DeviceNet系統(tǒng)的組成和特點

一個完整的DeviceNet網(wǎng)絡由以下幾部分組成:①主控器(PLC或PC)。②現(xiàn)場輸入/輸出模塊:用于連接工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場裝置，如:傳感器、按鈕、指示燈、閥門、變送器等，產(chǎn)品包括可直接安裝在惡劣工業(yè)環(huán)境的IP67防護等級的輸入/輸出模塊和適合安裝在操作臺和控制柜中的IP20防護等級的輸入/輸出模塊。③其他現(xiàn)場裝置:變頻器，人機界面等復雜的現(xiàn)場裝置，可以通過獨立的DeviceNet接口連接到現(xiàn)場總線上，以獲取更多的信息。④電纜及網(wǎng)絡附件:各種總線電纜、輔助電源電纜、連接現(xiàn)場輸入/輸出裝置的電纜和接插件、無源多端口接線盒、總線T型頭、電源T型頭、終端電阻等。DeviceNet系統(tǒng)的特點:主要有:①DeviceNet具有強大的抗電磁干擾的能力。②軟件支持在線自動建立系統(tǒng)，使用更方便。網(wǎng)絡最多支持64個節(jié)點。③總線電源與通訊信號使用同一電纜。④通訊速率/通訊距離。

2 系統(tǒng)網(wǎng)絡結構

DeviceNet的功能是將工業(yè)現(xiàn)場的最底層設備只需通過一條與設備兼容的網(wǎng)線將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)送到網(wǎng)絡上，然后控制器通過適當?shù)穆窂降皆搶由喜杉瘮?shù)據(jù)。同時，控制器對現(xiàn)場生產(chǎn)設備設施的各種控制也是通過DeviceNet網(wǎng)絡進行的，如圖1為系統(tǒng)網(wǎng)絡結構。

系統(tǒng)要求小車升降、行走運行中能夠平穩(wěn)起動，準確停車。設計選用SEW MOVIDRIVE變頻器。通過加裝使用編碼器和WCS位置編碼系統(tǒng)，對驅動實際轉動行程或實際轉速進行測量，并結合變頻器的位置控制與順序控制功能，以滿足小車平穩(wěn)準確停車的系統(tǒng)要求。本系統(tǒng)通過在輸送線路中安置轉接工位的設計，在使用兩臺小車接力往返完成工件的輸送時考慮為避免出現(xiàn)兩車相撞事故，在小車的前后設置了防撞檢測開關。當檢測有信號時，兩小車停止動作，并故障報警。由于設備數(shù)量多，具有高度的分散性，這導致I/O點數(shù)多，控制線路長。須采用以DeviceNet為底層網(wǎng)絡的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)基于DeviceNet現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡，其上連接檢測采集信號主要通過現(xiàn)場采集，向PLC提供用于邏輯程序執(zhí)行、判斷所需的各類檢測信號。包括選用行程開關作為機械裝置極限限位用，接近、磁性、光電等傳感器做物體位置檢測用。主控柜面板配置HMI，實現(xiàn)對該系統(tǒng)運行狀態(tài)、故障信息以及其他相關內(nèi)容的顯示。系統(tǒng)通過構建DeviceNet現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡，實現(xiàn)PLC對各節(jié)點設備的控制、配置及數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)通過PLC標準配置的以太網(wǎng)接口，滿足后期與上位機進行信息傳遞。

3 系統(tǒng)的組態(tài)

上位工控機安裝的歐姆龍CX－One軟件包中的CX－Intergrator可用于系統(tǒng)的組態(tài)，CX－Programmer可用于系統(tǒng)的編程，它們主要可以完成以下任務:(1)組態(tài)網(wǎng)絡連接和接口;(2)組態(tài)硬件;(3)編寫程序。本系統(tǒng)組態(tài)如圖2所示。

(1)安裝Devicenet網(wǎng)絡組態(tài)工具軟件Configurator v2.2，該工具是用來對總線上的設備進行網(wǎng)絡節(jié)點分配和離散模塊的I/O地址配置。在安裝好該軟件后有必要對其中的eds配置文件進行更新和升級，否則可能會在總線掃描時出現(xiàn)模塊無法識別的情況。

(2)給需要添加到Devicenet網(wǎng)絡上的遠程控制模塊以及變頻器等設備分配節(jié)點址并設置正確的通信波特率，Devicenet網(wǎng)絡上每個網(wǎng)段所有節(jié)點的通信波特率必須一致，且不允許有節(jié)點地址重復的設備。

(3)在網(wǎng)絡配置界面右鍵點擊總線上的節(jié)點設備圖標可以對每個節(jié)點的地址進行更改，節(jié)點設備都配置好后在總線分配器上的輸入/輸出選項卡上可以對已經(jīng)配置了節(jié)點號的設備進行輸入/輸出通道地址的分配。當然也可以方便地取消或添加模塊的默認I/O地址，通過點擊全局選項卡上的“register/unregistered”按鈕，這樣就很方便地將出錯或暫時不需要的模塊從總線上屏蔽掉，給調試工作帶來很靈活的處理。

4 用戶程序的編寫和調試

本系統(tǒng)的程序按其功能可以分為上位監(jiān)控程序，下位PLC控制程序，上位工控機配置了組態(tài)監(jiān)控軟件CX－Designer，同時也安裝了CX－Programmer編程軟件用于系統(tǒng)的編程。

4.1 上位監(jiān)控程序

通過使用歐姆龍Cx－Designer組態(tài)軟件提供的多種控制按鈕庫、圖形控件、功能控件等，可方便地對設備所需的顯示和操作進行最優(yōu)修改。軟件還可以為不同的操作人員設立不同的密碼和使用權限。

觸摸屏軟件的設計包括設備的分步功能按鈕，各個動作的畫面和信息，并將它們與PLC程序相連。根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，設計了小車自動運行進程的界面，手動界面分步工位按鈕，各個工位氣缸信號檢測顯示，報警顯示以及調試等界面。如圖3所示為小車自動運行進程的界面。

4.2 下位PLC控制程序

PLC控制站的控制程序是基于結構化的編程思想，復雜的側圍搬運輸送系統(tǒng)程序是由許多子任務構成的，許多子任務又是由更小的子任務組成，如此下去，就可以把復雜的側圍搬運輸送系統(tǒng)的控制分解成許多易于解決的小任務。編寫程序的過程正好與此相反，先編寫解決子任務的程序，通過一級一級的調用最后完成側圍搬運輸送系統(tǒng)程序的控制。如圖4所示該程序主要有主柜程序左側圍小車、右側圍小車以及交接信號子程序組成，其中左側圍小車和右側圍小車分別有是由上下件小車鎖緊程序、小車夾具推桿程序、編碼器程序、小車升降以及行走等等小的子程序組成。

5 結語

本系統(tǒng)基于DeviceNet現(xiàn)場總線的PLC側圍搬運輸送系統(tǒng)的設計是根據(jù)奇瑞公司生產(chǎn)實際要求，通過采用構建現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡，實現(xiàn)PLC對各節(jié)點設備的控制、配置及數(shù)據(jù)采集，減少了系統(tǒng)設計、安裝、維護的工作量，提高了控制系統(tǒng)運行的可靠性。

目前該設備已經(jīng)投入生產(chǎn)運行。從系統(tǒng)運行實踐表明:該系統(tǒng)功能強大、安全可靠、操作靈活，為生產(chǎn)線的生產(chǎn)創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟效益，并大大提高了生產(chǎn)效率、自動化生產(chǎn)水平和管理水平。

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