基于RS485總線的壓鑄機運行管理系統(tǒng)

余梓唐

（義烏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電信息學(xué)院，浙江 義烏 322000）

壓鑄機是利用液壓驅(qū)動，將熔融的金屬液體通過壓射裝置高速射入模具型腔中，經(jīng)過冷卻延時后，形成固態(tài)金屬鑄件的一種機械設(shè)備，在機械制造、冶金、電子、輕工業(yè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。壓鑄車間通常都有數(shù)十臺甚至上百臺壓鑄機，現(xiàn)在的壓鑄機通常都已是由PLC控制的自動化設(shè)備，缺料檢測和加料也大多配備了自動加料機[1-3]，從生產(chǎn)的角度來看自動化程度已普遍較高，但是，從運行管理的角度來，還存在不足，每臺壓鑄機的參數(shù)、工況、產(chǎn)量、故障等信息都只能在壓鑄機的控制屏上顯示，未能做到集成管理。如果能將壓鑄機通過現(xiàn)場總線分組聯(lián)接，通過串口服務(wù)器接入車間管控計算機，通過管控計算機聯(lián)入Internet，則可實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的集成管理[4-5]，節(jié)省操作人員，降低操作人員的工作強度，提高信息化管理水平。

1 硬件設(shè)計

本文以生產(chǎn)拉鏈頭的小型臥式壓鑄機為例，為了提高生產(chǎn)效率，為每臺壓鑄機都配備一臺離心滾桶式的分料機，用于將鑄件澆冒口分離，為了節(jié)省成本以及協(xié)調(diào)管理，壓鑄機和分料機由同一個PLC進行控制，壓鑄機工作時，落料計數(shù)的值用于跟蹤當(dāng)前產(chǎn)量，當(dāng)落料計數(shù)值等于預(yù)先的設(shè)定模數(shù)的值時，會自動打開閥門將鑄件送入分料機，分料機則根據(jù)設(shè)定的時間進行分料操作，時間到后完成滾桶倒料動作，這樣就達(dá)到了成品和邊角料自動分離的目的。

壓鑄機的控器核心是PLC，PLC通常都帶有RS485接口，以O(shè)MRON CP1E為例，只需配置一個隔離式的RS-422A/485接口CP1W-CIF12就可實現(xiàn)485通信，如圖1所示，通信距離可達(dá)500米。

圖1 CP1W-CIF12 485接口

將壓鑄機分成若干個組，每組n臺（n＜128），將每組的485接口線的SDA+相連、SDB+相連，統(tǒng)一接到串口服務(wù)器 （現(xiàn)場總線終端服務(wù)器）的T/R-、T/R+端口上，車間管控計算機的RS232轉(zhuǎn)換成RS485后也接入串口服務(wù)器，同時，車間管控計算機通過有線或無線接入Internet，并配置一臺SQL Server數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用于存儲現(xiàn)場采集壓鑄機的運行數(shù)據(jù)，車間主任等管理人員的終端計算機可通過Internet訪問SQL Server數(shù)據(jù)庫，可以對數(shù)據(jù)進行查詢、分析、統(tǒng)計、打印等操作?？傮w結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 總體結(jié)構(gòu)圖

2 軟件設(shè)計

以壓鑄鋅合金拉鏈頭為例，基本流程為：

合模——壓射（延時）——冷卻（延時）——開?！撃＃⊕呗洌ㄑ訒r）——噴油（延時）——落料計數(shù)。模具合模到位后閉鎖后，壓射裝置將熔融的鋅合金壓入模具，經(jīng)過冷卻延時后開模，同時，掃落器將鑄件脫離模具，經(jīng)過噴油冷確后再次合模，完成一個工作循環(huán)，落料計數(shù)器記錄生產(chǎn)數(shù)量。其中的壓射、保溫、掃落、噴油等環(huán)節(jié)都涉及到延時的問題，對于不同的產(chǎn)品這些時間參數(shù)都有所不同，通常都是在確定產(chǎn)品類型后，由操作人員通過本機的觸屏將參數(shù)輸入到壓鑄機的PLC控制器中。

為了實現(xiàn)通過去485總線與計算機的數(shù)據(jù)交換，首先要配置串行通信口的協(xié)議，如圖3所示，波特率9600、8個數(shù)據(jù)位、1個停止位、無校驗、開始碼0x59、數(shù)據(jù)幀長度28字節(jié)。

圖3 串行通信口協(xié)議配置

為每臺壓鑄機設(shè)置一個唯一的識別編號ID，車間管控計算機通過發(fā)送此ID進行查詢式交互，當(dāng)壓鑄機的PLC收到本機的ID編號時，根據(jù)收到的功能號向總線發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，或執(zhí)行相應(yīng)的命令操作。查詢、命令幀格式如表1所示。

表1 幀格式

其中偏移量為3的字節(jié)為功能碼，1表示查詢幀，要求讀取壓鑄機參數(shù)；2-5表示命令幀，要求壓鑄機執(zhí)行規(guī)定的動作命令。

查詢幀的回復(fù)數(shù)據(jù)主要由工作狀態(tài) （0-正常運行，1-停機，2-通訊故障）、總產(chǎn)量（32 位）、當(dāng)前模數(shù)、動作信息（0-正常運行，1-合模，2-開模，3-壓射，4-掃落，5-噴油，6-油泵啟動，7-油泵停止）、分料機當(dāng)前狀態(tài) （0-分料機準(zhǔn)備就緒，1-正在下料，2-正在滾料，3-正在倒料）、故障信息（0-正常運行，1-合模1出卡住，2-合模2出卡住，3-合?；乜ㄗ?，4-掃落出卡住，5-落料開關(guān)打開，6-分料機未就緒，7-已被強制關(guān)機）等構(gòu)成。

命令幀除了發(fā)送功能碼（2-4），還需在命令幀的數(shù)據(jù)區(qū)填定要發(fā)送的執(zhí)行參數(shù)，PLC收到這些參數(shù)，再根據(jù)功能號執(zhí)行相應(yīng)的操作。其中壓鑄參數(shù)主要由合模延時、壓射時間、保溫時間、噴油時間、掃落延時等參數(shù)構(gòu)成。分料參數(shù)主要由分料模數(shù)、滾料時間、下料時間、倒料時間等參數(shù)構(gòu)成。PLC通信程序流程見圖4。

圖4 PLC通信程序流程圖

計算機端主控程序在通過定時器向各臺壓鑄機發(fā)送查詢幀，然后接收各機發(fā)回的回復(fù)幀，以CRC16校驗無誤后，分離出當(dāng)前工作狀態(tài)信息，工作狀態(tài)由三態(tài)構(gòu)成：0-正常運行，1-停機，2-通訊故障，程序要記錄開機時刻、關(guān)機時刻，根據(jù)這些信息生成二類記錄存入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)格式如表2所示。這些信息的記錄為后續(xù)生成日報表、月報表、統(tǒng)計每臺機器的開機率、停機率提供依據(jù)，也可以對數(shù)據(jù)進行查詢、分析、統(tǒng)計、打印等操作。

當(dāng)用戶通過界面按鈕要發(fā)送命令時，計算機向壓鑄機發(fā)送命令幀，相應(yīng)的壓鑄機收到后執(zhí)行并發(fā)送回復(fù)命令幀表示命令已執(zhí)行完成。

3 結(jié)語

在配置了生產(chǎn)自動化程度較高的壓鑄機、加料機、分料機的壓鑄車間，構(gòu)建了基于RS485總線的壓鑄機運行管理系統(tǒng)，使生產(chǎn)管理從自動化邁向了信息化，管理人員可以輕松了解每臺壓鑄機的實時工作狀態(tài)、開機率、停機率，進一步可對設(shè)備的完好情況進行評估，對停機率高的設(shè)備可以重點檢查、排除可能的故障；也可統(tǒng)計出任一時段每臺機器或每個操作人員的生產(chǎn)產(chǎn)量，為記件管理提供了實時、準(zhǔn)確的重要依據(jù)。

表2 兩類數(shù)據(jù)記錄格式