MCGS在柴油机涂装监控系统中的应用

2011-09-19王明武陈曼龙杨明亮

自动化仪表 2011年7期

王明武陈曼龙杨明亮

(陕西理工学院机械工程学院，陕西汉中 723003)

0 引言

涂装生产线是完成对工件表面喷涂保护层或装饰层的工业涂装成套设备。我国的涂装生产线在生产领域中的应用也越来越广泛，其技术水平和自动化程度虽有很大的提高，但也存在较多问题，需要不断改进和完善[1]。由于涂装系统工艺复杂、设备繁多且分散，易造成调度与生产现场脱节，如不能及时有效地监督和控制生产运行的情况，将会严重影响生产的顺利进行。为实现企业综合自动化，需对其实施针对柴油机涂装生产的先进控制工程，以提高企业的自动化生产率。

1 涂装系统

本文针对柴油机涂装车间的实际情况，设计出了基于MCGS组态软件的涂装监控系统。

1.1 工艺流程

输送线采用悬挂式输送机，完成柴油机的自动化输送、分检和传递。输送线上的每辆载荷小车均安装有载码体，能始终随柴油机运行。柴油机车身上粘贴有代表该柴油机特征信息的唯一性编码——条码。首先，柴油机从上件工位处上线，条码/载码设备扫取条码信息并写入载码体，当读写操作完成且放行条件满足时，停止器打开，进行放行;然后，柴油机依次流经包扎屏蔽、脱脂、热水、吹水、水烘、强冷、喷漆、流平、漆烘、漆冷工位进行相应的工艺处理[2]。随着吊具的移动，载码体由此变成了柴油机随身携带数据信息的“智能工件”[3]。最后，涂装完毕的柴油机在下件工位下线。

1.2 系统构成

涂装系统的控制设备较多，包括停止器、气缸、油泵、电磁阀、变频器、电机、显示屏以及射频识别设备等，且分布较分散。为保障监控信息和交换信息准确的传递，实现复杂生产过程的自动化，涂装控制系统使用Profibus总线连接器把涂装中央控制器、输送线中央控制器、工业控制计算机这3个主站，以及分散于涂装车间的各个从站连接成了一个有机联系的总线网络。现场主要工位还设置有控制按钮站，依据不同工位的工序要求进行功能上的细分，从而实现了集中控制和分散操作的控制方式。系统网络结构如图1所示。

图1 系统网络结构Fig.1 Structure of the systematic network

1.2.1 上层信息管理网络

涂装工艺系统和输送线系统均采用西门子CPU315-2DP PLC作为主站完成相应的工艺控制，它们和中央控制室的上位机一起构成了上层信息管理系统。上位机采用昆仑通态MCGS6.2组态软件，开发了图文并茂的监控界面，通过上位机即可实时监控涂装系统和输送线系统的生产状况，完成柴油机信息数据库的管理。

1.2.2 底层设备控制网络

底层网络包括西门子显示屏MP277、条码通信模块CBOX-300、载码体通信模块IC-KP-V15B以及DP/DP耦合器，载码体通信模块可以连接4个读写头。输送线系统与条码通信模块、载码体通信模块通过程序配合实现车身信息的识别跟踪，并通过DP/DP耦合器与机器人喷漆系统进行信息交换，从而完成柴油机喷漆连锁控制。

2 监控系统的软件设计

监视与控制通用系统(monitoring and control generated system，MCGS)是用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件。MCGS通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制及报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛应用[4]。

2.1 监控系统要求

监控系统的具体要求主要包括以下几个方面。

①控制输送链系统设备运行;

②检测输送链系统和涂装系统的运行参数;

③利用上位机动态实时监控输送链系统和涂装系统的运行状况，并在设备发生故障时，能够同步显示相应的故障报警信息;

④动态采集各设备的运行数据，能够显示相应工位柴油机的条码信息，在道岔工位能够分离出条码订货号信息，从而判断出柴油机的流向，并把柴油机的颜色信息和轨迹信息反馈给机器人系统进行喷漆;

⑤将运行数据形成通用的数据库，可对其进行二次开发，为本地数据通过企业局域网进行数据共享奠定基础;

⑥系统在正常状态下运行于“自动状态”，特殊情况下可从自动或手动状态进入“应急状态”，保证系统的可靠运行。

2.2 组态程序设计

系统程序设计包含 PLC控制程序设计和监控系统设计两方面。全线31个工位的控制原理相同，根据工位的控制特点，设计了FB1工位功能块和FB2定时功能块。各个工位只需调用功能块即可完成相应的控制，因而大大减少了程序编辑量，且程序的移植性与重用性较好。监控程序设计选用 MCGS6.2版本组态软件。MCGS组态软件所建立的工程由设备窗口、实时数据库、用户窗口、主控窗口和运行策略五部分构成。每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性[5]。组态程序设计流程如图2所示。

图2 组态程序设计流程Fig.2 Flowchart of the configuration program design

监控系统利用上位机中安装的CP5611网卡和SOFT NET软件，实现了涂装主控制器、输送线主控制器和上位机之间的Profibus总线通信，从而互相进行通信和数据交换。组态设备的步骤是先进入“设备窗口页”，打开设备工具箱，添加一个Profibus-S7父设备，在父设备下再添加Profibus-S7子设备[6]。子设备的部分参数设置要与COM S7中的配置参数一致。

系统使用的变量总计587个，其中包括285个开关量、214个数值量、86个字符量以及2个组对象。监控系统共设计有封面、生产流程图、生产布局图、阀门强制操作、信号屏蔽操作、小车初始设定、数据库系统、涂装工艺显示、输送控制系统报警及涂装控制系统报警等10余个用户窗口。

循环策略是利用策略工具箱中的脚本程序构件。它以类似C语言的命令语言编写系统的控制算法、控制流程和操作处理程序，并设置策略行的条件属性[7]。监控系统使用了启动策略、退出策略和循环策略，并在循环策略下面调用了9个用户策略脚本，以完成特定的程序运行控制和算法处理。

3 监控系统功能

3.1 监控和显示

系统以图文并茂的人机界面形式显示了涂装工艺系统和输送线控制系统的运行状态和各种生产信息，把所需要的状态数据、执行数据及其他相关控制系统的参数在工控机上一一显示。

3.2 控制操作

中央控制室对全系统被控设备进行在线实时控制，如启停某一设备、PLC控制方式的切换以及对现场PLC参数设定值的修改等，并依据控制对象重要性进行不同等级的密码保护。在初始值设定界面中，操作人员能够人为地对各个工位小车初始值、输送线上小车总数、数据库参数、生产线节拍时间等进行逐一设定，并参与控制、调整有关生产和工艺参数的操作内容，使得柴油机涂装生产始终处于正常状态。

3.3 报警功能

监控系统定义了输送链系统报警组和涂装系统报警组两个报警组，具有完善的报警功能。输送链系统报警主要包括电源故障、变频器接触器故障、张紧驱动装置故障、空气压力故障、积放数设置故障、舌板故障、传感器故障和急停故障等信息。涂装系统报警主要包括各种风幕故障、排风机故障、送风机故障、泵故障、超温故障和设备故障等信息，通过上位机即可迅速地得到相关信息，从而帮助用户迅速地排除故障，提高了系统的可靠性和可维修性。所有的报警信息均被记录在报警数据库中，便于以后事故分析使用。

3.4 信息管理

信息管理主要包括两个方面，一是能够从PLC中把柴油机条码信息读出并在上位机上显示，便于操作人员进行车身跟踪信息管理;二是道岔工位处能够分离出柴油机的订货号信息，从而控制柴油机的流向，决定该部柴油机流向直道还是弯道。如果柴油机流向直道，需要通过DP/DP耦合器把颜色信息、轨迹信息反馈给机器人系统进行喷漆。

整机条码包含了整机出厂编号和产品定货号信息，例如条码为_1409K015210DHP12K0032*01，其中_1409K015210为出厂编号(长度固定为12位)，DHP12为产品型号，DHP12K0032*01为产品订货号。因为柴油机型号众多，产品订货号长度不一，所以通过判断*的固定位置就能够准确地分离出柴油机的订货号，即订货号截取的范围为条码第13位——“*”位置的后两位。下面给出部分脚本程序，以供参考。

道岔处分离出订货号信息后，订货号信息将在条码数据库中进行查询。数据库是基于VB高级语言开发的。如果该订货号与数据库任何一条记录相符，执行下列脚本，

此时，存盘数据浏览构件刷新，从而返回相应的颜色信息与轨迹信息两个字段数值，并分别存放在输送线系统PLC的QW10和QW12(对应于机器人系统PLC相应的输入缓冲区单元)中。通过PLC程序控制和DP/DP耦合器传送给机器人系统进行喷漆联锁控制。

3.5 信息化集成

中央控制室的上位机通过工厂局域网和采用OPC(OLE for process control)技术实现了信息化集成。MCGS运行时，其本身就是OPC SERVER。这样，上位机一方面实现对车间的生产进行实时监控，另一方面用作工厂管理网络和输送线系统的信息交换站。系统不仅能够向工厂管理网络传送柴油机在相应工位处的条码、生产线的产量和运行状态等信息，而且还可以读取工厂管理网络下达到车间生产线的工作任务和要求。