基于iFIX的生產(chǎn)線上位機(jī)數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)研究

摘 要：介紹了iFIX軟件在金切行業(yè)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線集成中的應(yīng)用，詳細(xì)分析了采用iFIX軟件開發(fā)某柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的過(guò)程。利用OPC技術(shù)，基于iFIX軟件和SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的運(yùn)行可視化監(jiān)控、生產(chǎn)過(guò)程的信息化管理、質(zhì)量追溯等功能。

關(guān)鍵詞：iFIX軟件;柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線;上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

0? ? 引言

近年來(lái)，以機(jī)床配備輥道、機(jī)械手、機(jī)器人等物流系統(tǒng)構(gòu)成生產(chǎn)線單元的形式進(jìn)行加工已成為金切行業(yè)發(fā)展的重要方向，并逐步向無(wú)人化、省人化的自動(dòng)生產(chǎn)模式邁進(jìn)。伴隨著這種應(yīng)用發(fā)展的趨勢(shì)，提升生產(chǎn)線自身的管理水平也成為企業(yè)加工應(yīng)用的新需求。因此，對(duì)生產(chǎn)線加工單元配套實(shí)施數(shù)字化、信息化管理系統(tǒng)將成為提升企業(yè)車間生產(chǎn)管理水平的基礎(chǔ)，也能為企業(yè)將來(lái)實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”探索一條可行之路。

本文所述某柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線單元的上位機(jī)數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線單元信息的采集、可視化監(jiān)控、生產(chǎn)信息保存及查詢等多種需求應(yīng)用。具體而言，可使用GE公司的iFIX組態(tài)軟件、IGSOPC數(shù)據(jù)采集軟件以及SQL Server關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件等實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的開發(fā)。

iFIX是全球最領(lǐng)先的HMI/SCADA自動(dòng)化監(jiān)控組態(tài)軟件，已有超過(guò)300 000套軟件在全球運(yùn)行。世界上許多成功的制造商都依靠GE Fanuc的iFIX軟件來(lái)全面監(jiān)控和分布管理全廠范圍的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在包括冶金、電力、石油化工、制藥、生物技術(shù)、包裝、食品飲料、石油天然氣等各種工業(yè)應(yīng)用中，iFIX集強(qiáng)大功能、安全性、通用性和易用性于一身，從而成為適應(yīng)任意生產(chǎn)環(huán)境的、全面的HMI/SCADA解決方案。

1? ? 項(xiàng)目背景

柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線單元由上料機(jī)構(gòu)（人工上料）、兩臺(tái)正倒立車機(jī)床、一個(gè)打碼單元（打碼機(jī)）和下料輸送輥道構(gòu)成。生產(chǎn)線示意圖如圖1所示，其中1～8部分屬于物流輥道控制的部分。正倒立車1（MA_01）用于加工負(fù)重輪，正倒立車2（MA_02）用于加工主動(dòng)輪。

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，生產(chǎn)線要滿足兩種產(chǎn)品多種不同規(guī)格型號(hào)的自動(dòng)加工需求，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打碼和質(zhì)量追溯等重要功能，機(jī)床自帶有工件檢測(cè)功能。

設(shè)備的硬件構(gòu)成如表1所示。兩臺(tái)正倒立車采用西門子高端的840D SL數(shù)控系統(tǒng)，打碼機(jī)和物流輥道采用S7-300 PLC通過(guò)以太網(wǎng)搭建通信線路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需信息的采集（本系統(tǒng)中，打碼單元作為附屬設(shè)備未作為監(jiān)控對(duì)象，對(duì)其系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)不予采集）。

2? ? 功能與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)將重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)底層設(shè)備管理的功能，結(jié)合生產(chǎn)線上位機(jī)可視化監(jiān)控設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，通過(guò)計(jì)劃訂單編號(hào)跟蹤生產(chǎn)訂單、監(jiān)控生產(chǎn)換型等舉措來(lái)提高生產(chǎn)線管理和利用的水平。本系統(tǒng)主要功能包括：

（1）監(jiān)控生產(chǎn)線實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況?？梢暬@示生產(chǎn)線工件流轉(zhuǎn)狀況。

（2）設(shè)備監(jiān)控。監(jiān)控生產(chǎn)線設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)、上下料需求、機(jī)床軸的運(yùn)行狀況。

（3）換型確認(rèn)。通過(guò)換型操作的措施有效監(jiān)控生產(chǎn)線，確保生產(chǎn)線的正確運(yùn)行。

（4）刀具管理。刀具的管理和監(jiān)控是機(jī)床加工的重要方面，通過(guò)對(duì)刀具壽命的監(jiān)控，提示操作者及時(shí)更換加工刀具，提高機(jī)床加工運(yùn)行的效率。

（5）生產(chǎn)管理。通過(guò)訂單管理跟蹤生產(chǎn)，采集工件加工的質(zhì)量信息、加工信息，形成工件的質(zhì)量追溯表;跟蹤在線訂單的加工，查詢完工記錄等。

（6）輔助功能。完成生產(chǎn)班組的管理、打碼內(nèi)容設(shè)定、生產(chǎn)時(shí)間同步等。

2.1? ? 通信網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)硬件通信網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

2.2? ? 系統(tǒng)開發(fā)框架

本文基于OPC技術(shù)，采用IGS軟件建立設(shè)備OPC服務(wù)器，通過(guò)iFIX軟件中集成的OPC客戶端采集設(shè)備的PLC信號(hào)進(jìn)行組態(tài)監(jiān)控，結(jié)合iFIX軟件的VBA腳本實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)表的操作，實(shí)現(xiàn)信息的顯示與存儲(chǔ)。實(shí)際開發(fā)框架如圖3所示。

2.3? ? 系統(tǒng)開發(fā)要點(diǎn)

PLC系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)表單是本系統(tǒng)開發(fā)的重要構(gòu)件，通過(guò)采集生產(chǎn)線各部分的PLC信號(hào)，結(jié)合iFIX中VBA腳本對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)表單的相應(yīng)操作，利用iFIX軟件的組態(tài)功能即可實(shí)現(xiàn)所需的系統(tǒng)功能。

2.3.1? ? PLC信號(hào)采集

PLC信號(hào)是該可視化監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，通過(guò)采集PLC信號(hào)直接組態(tài)或計(jì)算得到其他組態(tài)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)系統(tǒng)的需求，可將所采集的信號(hào)分為以下幾部分：

（1）設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制信號(hào)：設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，如設(shè)備手動(dòng)模式、自動(dòng)模式、故障信號(hào)、維修信號(hào)、換型啟動(dòng)以及缺料堵料狀態(tài)信號(hào)等;設(shè)備遠(yuǎn)程控制信號(hào)，如模式切換、遠(yuǎn)程啟動(dòng)、遠(yuǎn)程停止等。

（2）設(shè)備加工時(shí)運(yùn)行信號(hào)：軸數(shù)據(jù)、刀具數(shù)據(jù)。

（3）生產(chǎn)信息：設(shè)備的生產(chǎn)型號(hào)、質(zhì)量測(cè)量數(shù)據(jù)。

（4）輔助管理信號(hào)：系統(tǒng)時(shí)間同步。

2.3.2? ? 工作流

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)線工作流可簡(jiǎn)要表示如圖4所示。通過(guò)圖4所示的一系列PLC信號(hào)觸發(fā)，完成工件信息的插入、更新等。輔助管理的功能和對(duì)工件記錄的查詢、報(bào)表生成、打印等可在建立和操作數(shù)據(jù)庫(kù)表的基礎(chǔ)上完成。

2.3.3? ? 開發(fā)要點(diǎn)

本系統(tǒng)開發(fā)的主界面如圖5所示。本生產(chǎn)線的兩臺(tái)機(jī)床加工的是不同種類的工件，因此其實(shí)際相當(dāng)于兩條生產(chǎn)線。綜合考慮柔性生產(chǎn)線的實(shí)際應(yīng)用情況，需要考慮諸多生產(chǎn)因素，如生產(chǎn)換型、不合格品返修、工件的實(shí)時(shí)跟蹤、兩種工件的打碼、不同型號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量判定標(biāo)準(zhǔn)不同等情形。

（1）生產(chǎn)型號(hào)管理。為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品追溯，結(jié)合柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的換型特點(diǎn)，機(jī)床需要能夠在換型后設(shè)置加工型號(hào)等信息。為此，針對(duì)每種產(chǎn)品分別設(shè)置8種工件型號(hào)，1～8表示主動(dòng)輪，101～108表示負(fù)重輪。

（2）不合格品返修。不合格件的加工，屬于二次加工，一般不再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，為此系統(tǒng)需要設(shè)置信息采集關(guān)閉的功能。

（3）工件ID。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的跟蹤追溯，通過(guò)生成不可重復(fù)的工件ID對(duì)應(yīng)每個(gè)工件，再根據(jù)工件的流動(dòng)在物流輥道PLC中進(jìn)行傳遞，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤的功能。

（4）工件打碼。生產(chǎn)線需要打碼兩種不同的工件，為此需要在物流控制系統(tǒng)中跟蹤傳遞正確的工件ID號(hào)，通過(guò)工件ID號(hào)讀取對(duì)應(yīng)工件的打碼內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)正確打碼。

（5）質(zhì)量判定。在本生產(chǎn)線中，同種工件不同型號(hào)產(chǎn)品的檢測(cè)內(nèi)容可能不同，不易在機(jī)床側(cè)設(shè)置，為此在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置檢測(cè)維護(hù)基準(zhǔn)，根據(jù)不同的型號(hào)，設(shè)置啟用不同的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值，用于判定工件質(zhì)量。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

本文以柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線為對(duì)象，結(jié)合生產(chǎn)線自身控制特點(diǎn)，基于iFIX軟件和SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，組態(tài)實(shí)現(xiàn)了對(duì)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、生產(chǎn)計(jì)劃下發(fā)、生產(chǎn)信息采集存儲(chǔ)、加工工件實(shí)時(shí)跟蹤、質(zhì)量合格判定、報(bào)表打印以及對(duì)班組管理、時(shí)鐘同步等輔助管理的功能，得到了良好的應(yīng)用，為企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)加工信息化管理創(chuàng)造了便利，具有一定的實(shí)用價(jià)值。但基于OPC通信技術(shù)，其在系統(tǒng)信號(hào)延遲方面還有待改善。

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收稿日期：2021-03-23

作者簡(jiǎn)介：劉井義（1982—），男，黑龍江綏化人，電氣工程師，主要從事機(jī)床電氣設(shè)計(jì)與調(diào)試工作。