基于態(tài)神組態(tài)的加工單元三維監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

唐月夏 李光平

摘 要：為提高組態(tài)監(jiān)控的直觀性和人機(jī)交互性，設(shè)計(jì)了自動化生產(chǎn)線加工單元的三維監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以PLC為核心控制器，利用態(tài)神組態(tài)軟件建立三維模型。根據(jù)加工單元的控制要求，完成了控制程序的編寫和組態(tài)界面的設(shè)計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果表明三維監(jiān)控系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，畫面真實(shí)感強(qiáng)，實(shí)時交互性好，符合工業(yè)應(yīng)用要求。

關(guān)鍵詞：三維監(jiān)控系統(tǒng);組態(tài)軟件;PLC;加工單元

0 引言

組態(tài)軟件作為數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，被廣泛地運(yùn)用在教學(xué)、科研以及企業(yè)生產(chǎn)自動化中。組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并將設(shè)備運(yùn)行狀況直觀地展現(xiàn)出來，因此，如何設(shè)計(jì)人機(jī)交互友好、直觀明了的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，是提高生產(chǎn)自動化程度的前提。

目前，組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)絕大部分是二維平面的，采用插入圖元的方法設(shè)計(jì)組態(tài)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(nèi)外學(xué)者研究高級編程語言、二維圖元角度變化等方式進(jìn)行三維仿真[1-4]，具有一定的三維視覺效果，但是存在計(jì)算復(fù)雜的不足。

本設(shè)計(jì)以自動化生產(chǎn)線的加工單元為例，基于態(tài)神組態(tài)軟件設(shè)計(jì)組態(tài)界面，直接建立三維模型，能夠全方位動畫顯示，實(shí)現(xiàn)真正意義上的三維監(jiān)控。

1 加工單元控制要求

本文設(shè)計(jì)的加工單元三維監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)、PLC以及加工單元共同構(gòu)建而成，如圖1所示。該系統(tǒng)的控制采用PLC作為控制核心，根據(jù)檢測傳感器信號控制各電磁換向閥動作;采用計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，其主要功能為顯示設(shè)備實(shí)時動作。

加工單元是自動化生產(chǎn)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(qū)域沖壓機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)組成為：滑動加工臺、沖壓機(jī)構(gòu)、氣爪等，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

加工單元從初始狀態(tài)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(shè)計(jì)

在加工單元工作過程中，系統(tǒng)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(shù)為各氣缸動作的極限位置以及物料的到位情況。

根據(jù)加工單元的控制要求，整個加工單元的數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)為8點(diǎn)，數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)為3點(diǎn)，I/O地址分配表如表1所示。

根據(jù)I/O總點(diǎn)數(shù)，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(diào)試，其工作流程如圖4所示。

3 加工單元組態(tài)方案設(shè)計(jì)

采用態(tài)神組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)加工單元工作過程的實(shí)時圖像監(jiān)視。該軟件可以直接建立三維模型，也可以導(dǎo)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(chuàng)建IO設(shè)備通信、建立實(shí)時數(shù)據(jù)庫、設(shè)計(jì)人機(jī)界面、以及動畫連接[5-6]。

IO設(shè)備通信是工控監(jiān)控中非常重要的環(huán)節(jié)。系統(tǒng)就是通過IO設(shè)備通信驅(qū)動與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行通信采集。根據(jù)PLC硬件選型，新建三菱FX編程口系列驅(qū)動[7-8]。

根據(jù)加工單元的控制要求及I/O分配表，具體定義變量，建立實(shí)時數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)的人機(jī)界面如圖6所示。

將人機(jī)界面中的圖形對象與實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象連接，并設(shè)置相應(yīng)的動畫屬性。經(jīng)由上述步驟，完成加工單元三維監(jiān)控界面設(shè)計(jì)。

4 三維監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試

選用RS-232通訊線將計(jì)算機(jī)與PLC連接，將控制程序下載到PLC，與加工單元實(shí)物進(jìn)行調(diào)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，加工單元三維監(jiān)控系統(tǒng)的動態(tài)顯示實(shí)時、準(zhǔn)確，各種動作功能均可達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。通過拖動鼠標(biāo)轉(zhuǎn)換觀察角度，實(shí)現(xiàn)全方位三維監(jiān)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(jìn)行沖壓加工如圖8所示。

5 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)通過PLC做為核心控制器，利用態(tài)神組態(tài)軟件進(jìn)行加工單元的三維組態(tài)設(shè)計(jì)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了加工單元工作過程的三維監(jiān)控，使得監(jiān)控界面更為直觀，制作簡單快捷，為自動化生產(chǎn)設(shè)備的智能化控制提供了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

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