基于微型工业电脑的设备柔性化改造

摘要:针对某汽车电器厂原有进口的汽车锁芯自动化装配设备控制系统结构封闭、所装配锁芯单一的缺点,从控制系统硬件和软件的角度,探讨了利用微型工业电脑对该设备进行柔性化和开放性改造的相关技术,给出了系统的总体架构,较为详细的介绍了微型工业电脑与可编程逻辑控制器之间的链接方式、数据采集方法和具体通信方式的实现技术。

关键词:锁芯自动装配;微型工业电脑;可编程逻辑控制器;控制结构;柔性化

中图分类号:TP273.5文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)08-2000-02

The Auto Lock Cylinder Automatic Assembly Equipment Flexible Transformation Based on Industrial Microcomputer

WANG Chun-xian, LI Xiang, WEI Ya-shu, WANG Gang

(School of Mechanical and Automotive Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Abstract: By utilizing industrial microcompute, the related technologies about flexibility and openness transformation for an auto lock cylinder automatic assembly equipment imported by an auto electric enterprise is explored in respect of hardware and software of the control system, aiming at solving the single product oriented and information close problem of the equipment. The general contorl architecture is present. The key technologise about comminication between industrial microcompute and programmable logic controller, data acquisition and equipment operation information publishing are described in more detail.

Key words: auto lock cylinder automatic assembly; industrial microcompute; programmable logic controller; control architecture; flexible modification

1 概述

汽车车锁锁芯自动装配设备是根据所识别的汽车钥匙齿形,自动选择相应的叶片和锁簧进行装配的一种自动化设备。传统上这种设备都是根据某一种型号的车锁进行设计制造的,缺乏柔性,但随着汽车工业的迅速发展,新型车锁不断出现,同一型号车锁的生产批量也越来越小,产品改型后,致使原有设备闲置,给企业带来极大的浪费。另一方面,这种设备控制系统结构封闭,钥匙、锁芯和设备状态等重要信息无法传递到车间、企业制造信息系统中,无法适应企业的信息化发展。

针对这种情况,我们对某汽车电器企业的一台进口车锁锁芯自动装配设备进行了柔性化和开放性改造,使原设备可以装配同一类型的各种锁芯,同时增加了设备的网络功能,使设备的运行状态、当前正在装配的锁型、历史完成记录、当前完成情况等生产信息及时准确的传递到车间制造执行信息系统中。其中柔性化改造既涉到叶片和弹簧选择下料、锁芯夹具和和钥匙检测夹具的机械部分改造,也涉及到控制系统的硬件和软件改造。本文从控制系统的硬件和软件方面介绍相关的技术。

2 系统的控制结构改造

原锁芯自动装配机控制系统结构如图1所示。设备以触摸屏作为人机接口,以欧姆龙C200HX可编程控制器为核心,通过电机驱动模块控制叶片进给、锁芯移动和钥匙检测移位电机,通过输入/输出模块与各电磁阀、压力传感器和光电传感器连接,运行过程中的各种参数和相关数据存储在PLC数据存储区。系统结构封闭,只能装配一种锁芯。

改造后的系统控制结构如图2所示。系统利用微型工业电脑作为上位机,原系统的PLC作为下位机,通过RS232串行接口直接连接进行通信。微型工业电脑采用研华PPC-L61T触控式液晶屏微型工业电脑,它选用了低功耗的CPU,机身设计轻巧,不但提供了各种通讯接口(COM、USB)与储存接口(HDD、CF card),而且提供了硬盘驱动模块和无线网络模块,可以满足客户在不同工业环境上的需要。

改造后的控制系统将原来固定在PLC中的产品装配参数设置功能由上位机实现,这些参数可以根据不同的产品方便的设置,设置后的参数通过RS232传给PLC,从而保证了控制系统能够适应不同产品装配的柔性化要求。另外上位机可以实时读取PLC中的各种状态数据,各种数均据存储在SQL 2000数据库中,工业电脑与车间服务器通过车间局域网Intranet通信,将各种关键数据传递给车间数据库服务器,相关管理人员可以通过各种终端设备方便的进行有关数据的查询,从而实现了控制系统的开放性,满足了车间信息系统的要求。

3 数据的采集与通信

3.1 上位机与PLC通信方式的选择

目前的PLC一般都支持多种串行通信功能,如上位机链接通信、无协议通信、外设总线通信等。系统改造中采用了上位机链接通信方式,这种通信方式有2种实现方法,一种是所有的通信命令均由上位机发送,工作时PLC处于接收状态;另一种是所有的命令由PLC发至上位机。考虑到在改造中上位机编程更容易实现,所以系统采用了第一种方法进行数据采集,设备运行时上位机可以实时监控PLC的运行状态和数据区的内容。

3.2 底层数据的采集

改造后的系统中,上位机主要负责与PLC进行串口通信,读取PLC内部通道状态并进行分析判断,并在主界面上实现故障显示、报警、故障点信息查询、钥匙齿形码的显示和存储等功能。以钥匙齿形码的读取为例,点击触摸屏界面上的自动测号按钮,上位机发给PLC一组ASCII码字符数据,这一数据称为命令块。PLC收到命令块后经分析认为命令正常,则按照命令进行操作,控制伺服电机,通过同步带拖动夹具带动钥匙移动。在钥匙的两侧分别安装了激光位移传感器的投光器和受光器,当钥匙纵向移动时,钥匙齿高遮挡住投光器投射的部分激光,从而引起传感器输出电压发生相应变化,通过A/D转换得到高度变化数据,经过换算得到相应的齿高。这一结果暂存在PLC的数据缓存区,之后根据上位机命令返回给上位机,PLC返回给上位机的这一组数据称为响应块,相应的在主界面上显示出所测得的钥匙齿形码。对于所获取的这些数据,上位机通过创建实例对象,并连接到指定的数据库,将其存入该数据库中。若PLC采集到的数据判断分析后确认不正常,则返回给上位机错误命令响应块,例如,装配时弹簧数量不足就会在界面中显示“弹簧数量不足异常”的提示。

3.3 上位机与PLC通信的实现

上位机与PLC的数据通信采用MS Visual Studio的C#语言编程,利用MSComm控件实现。MSComm控件是通过串行端口传输和接收数据,为应用程序提供串行通信功能。MSComm控件在串口编程时非常方便,而且在VC、VB、C#等语言中均可以使用,程序员只需要设置和监视MSComm控件的属性和事件,就可以非常方便的完成串行口的读写操作,从而实现上位机和PLC的通信,该控件的主要属性如表1所示。

系统改造中,总共设定了COM1～COM7共七个串口,这里以COM2为例说明各参数的设定。首先根据所用的串行口设置端口,然后将端口打开,属性参数设定值如图3所示。

最后是设置读取数据的类型、读取的字符数,以及产生OnComm事件前,所要接收的字符数。InputLen属性的缺省值是0,设置InputLen为0时,使用Input将使MSComm控件读取接收缓冲区中全部的内容。而设置RTHreshold为1,接收缓冲区收到的每一个字符都会使MSComm控件产生OnComm事件,为了让通信事件接收到字符立即发生,程序将其属性值设为1。若设置SThreshold属性为1,当传输缓冲区完全空时,MSComm控件产生OnComm事件。InputMode设为缺省值0,表示通过Input属性以文本方式取回数据。

3.4 基于Web架构的设备运行数据存储与

系统改造后,上位机通过车间Intranet与车间数据库连接,将采集到的实时数据,利用TCP/IP协议实时传送到车间数据库,这一传输过程是构建实时数据库的基础。为了保证系统的开放性,改造中采用了Web体系架构,实现生产信息在车间信息系统网络中进行传输和管理。该体系架构由车间数据库/Web服务器、控制网络和客户端三个部分组成,客户端与服务器之间通过车间Intranet连接,客户端使用Web浏览器,后台采用SQL Server数据库。通过Web架构,生产车间和企业上层管理人员在可以通过企业内部网络,利用浏览器向车间Web服务器发送请求,服务器接收客户请求后,将这个请求转化为SQL语句,传给车间数据库服务器,数据库服务器得到请求并验证合法性后,根据客户的要求进行相应的删除、添加、查询等管理工作,并将处理后的结果保存在服务器上。

图4是管理人员通过浏览器查询设备当前装配状态的一个界面。利用该界面,客户端的管理人员可以通过选择查询字段或查询条件,点击界面上的查询按钮,得到当前设备装配的锁芯数量和钥匙的齿形码等信息。

4 结束语

利用迅猛发展的信息技术,改造传统设备,能够有效的降低企业的生产和管理成本,提高企业的竞争力。本文介绍的利用微型工业电脑改造锁芯自动装配机,实现了该设备的柔性化和开放性,同时也满足了企业生产信息化的要求,对传统设备的改造具有良好的借鉴意义。

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