单位文秘网 2022-02-20 08:05:40 点击: 次
企业设备信息化和自动化水平[5]。
1 控制系统总体方案
1.1 测试系统组成
测试系统主要由前端待测模块抓取机械手、扫码枪、测试工装、按压板、测试载具、分拣机械手6部分组成。抓取、分拣机械手均由20个小爪组成,抓取机械手要求所有小爪同步动作;分拣机械手要求每个小爪能够单独动作,实现模块的分拣工作。机械手张开、闭合、上下和测试机构按压板的上下动作由均气缸来完成,而平行移动对位置精度的要求较高,采用伺服电机和丝杆模组实现。测试分拣系统整体结构如图1所示。
1.2 系统工艺
控制系统工作流程分为待测模块抓取、二维码读取、模块功能测试、模块分拣4个流程。控制系统工艺流程如图2所示。
1)模块抓取 待测模块到位后,测试机抓取机械手抓取待测模块,首先判断测试单元是否正在测试,是则原地等待测试结束,否则直接传送至扫码单元进行二维码读取。
2)二维码读取 模块到达扫码位置时,上位机通过串口发送指令至扫码枪,执行扫码动作,并通过串口读取上行数据,扫码完成后机械手将模块放入测试单元载具,抓取机械手返回初始位置。
3)模块功能测试 当抓取机械手移出,测试单元载具上方的按压板下降,将模块下压,使其针脚与测试工装探针充分接触,同时上位机发送测试指令,测试工装开始功能测试,测试完成后上传数据,按压板上升。
4)模块分拣 按压板上升到位,分拣机械手进入并抓取测试载具中的模块,然后根据测试结果将模块进行分拣,放入不同的工位,最后返回初始位置。
2 控制系统总体设计
2.1 系统硬件设计
系统DI量共计58点,用于夹爪状态、夹爪位置、启停信号、动作限位、报警信号等;DO共计24点,用于执行夹爪的上下、张闭、按压板的上下、输出报警等。PLC选取西门子S7-1200 1214C DC/DC/DC CPU,1个PM1207电源模块 ,1个SM 1222 DQ 16×24 V DC输出模块,3个SM 1221 DI 16×24 V DC输入模块。
上位机PC选用研华PPC-3120工控一体机,采用WinCC组态软件开发上位监控界面。PLC作为控制系统的核心[6-7],磁性检测开关、限位开关等器件将信号输入到PLC,PLC對接受的信号进行处理,然后输出至输出端口:控制电磁阀调整气流的方向从而控制气缸的动作,实现机械手的闭合、张开、上升、下降和按压板的上升下降;控制继电器的接通和闭合,实现信号的传递,从而实现设备的运行。WinCC作为数据处理核心,发送扫码和测试指令,以及对扫码枪和测试工装上行数据的读取、解析、归档。控制系统框图如图3所示。
2.2 系统通信实现
2.2.1 PLC与WinCC通信
由于WinCC没有提供S7-1200系列PLC常用的通信协议,需要借助SIMATIC.NET软件中的OPC模块和S7-1200通信。OPC是由一系列用于过程控制盒制造自动化应用领域的标准接口、属性以及方法组成[8-9],OPC技术在应用上主要包括OPC服务器和OPC客户端两部分,该系统将WinCC作为客户端,S7-1200作为服务器。首先通过SIMATIC.NET完成PC Station组态,然后将组态下载至PC站中,随后在OPC SCOUT中建立标签与PLC中的存储地址相对应[10],并添加至WinCC变量表中,即可在WinCC中实现对该变量的监控。图4为PC Station建立步骤。
2.2.2 WinCC与扫码枪和测试工装通信
测试数据的采集由单片机完成,若将采集的数据进行解析再上传至PC端,将影响测试工装的效率,而计算机具有强大的数据处理能力,因此为提高测试工装的测试效率,上位机采用RS 232串行通信接口[11]和扫码枪、测试工装进行通信。使用WinCC内置VB脚本编程调用MSComm控件实现串口通信,将采集的数据上传至PC端由上位机对数据进行解析。
串口通信包括以下3步。1)串口初始化。根据扫码枪和测试装置的串口号、波特率、校验位、数据长度、数据类型等基本通信参数[12],对上位机串口通信参数进行设置。2)写数据。采用变量改变触发VBS脚本程序的方式,当模块到达扫码位置或者已放入测试载具,将控制指令通过串行端口发送至下位机,下位机做出扫码或测试的动作。3)读数据。以测试工装上行数据为例,数据长度为45,通过在串口初始化程序中设置属性RTreshold=45,当有数据上传并达到45个字符时产生一个OnComm事件,触发读串口程序执行实现缓冲区数据的读取。串口通信读写数据流程图如图5所示。
3 控制系统软件设计
3.1 PLC软件设计
系统的功能实现主要是由PLC的控制程序来完成[13-14],根据控制的要求PLC控制程序包括手动和自动两部分:手动模式功能主要包括机械手的抓、松、上升、下降和基本运动实现,在设备的调试、维修、故障排除时使用;自动模式功能在设备正常生产运行时使用。自动运行模式程序流程图见图6。
3.2 上位监控软件设计
系统利用WinCC组态软件[15]设计监控画面,实现对PLC、扫码枪和测试工装的工作状态的实时监控。上位系统功能框图如图7所示。监控点包括:机械手位置、夹爪的状态、报警点的实时显示,测试数据和二维码的历史数据的显示,生产量、通过率等相关数据以及测试通过率的实时趋势曲线。操作点包括:机械手的抓松、平移、上行等动作控制;扫码枪和测试工装的状态测试控制。
设计的监控系统主界面如图8所示。该界面显示系统运行模式、扫码测试工作状态、运行实时信息及产量等基本信息。在界面的右下角有6个按钮,可进入相应的操作界面。主界面实时信息窗口可看到测试周期为48 s左右,一次测试数量为20块,扫码时间为5 s,每次抓取、分拣板的时间为3~4 s;而传统测试方式测试周期为38 s左右,测试数量为4块,取板、扫码、分拣时间远大于测试时间,且会随着工作人员疲劳度的增加而增加。经实际运行证明,该控制系统能够减少4至6人的投入,且通过率完全符合企业的要求。
上行数据界面的作用显示测试上行数据,如图9所示。上位机接收数据根据帧协议:7E022D+模块序号(2 byte)+芯片ID号(7 byte)+错误代码(2 byte)+XX(2 byte)+7E对数据进行解析,得到测试结果,将解析后的数据进行归档,后期维修可直接通过扫码来查询该模块的故障点。
4 设备故障处理
设备控制柜设计了紧急停止按钮,当出现一些突发情况时,工作人员可按下紧急停止按钮,使设备保持当前状态停止运行,经查看报警记录找到故障点,也可通过旋转紧急按钮解除急停状态,将运行模式切换至手动模式,根据具体故障操纵机械手的抓松状态、位置来排除故障,然后切换至自动模式,按下开始按钮让设备继续运行。若模块产生破损无法继续运行,可清空设备内的所有模块,初始化设备,使设备重新抓取下组模块。
5 结 语
该控制系统选用S7-1200作为控制器,适合该小型工业控制系统,采用OPC和串口通信方式能够有效保证系统的实时性和可靠性。采用RS232串口通信可将上行数据直接存储至WinCC内部变量中,减少对WinCC外部变量点数的占用,减少软件费用。经实际运行表明,控制系统运行稳定可靠,上位机操作简单,工人上手容易,能够实时显示现场数据和报警信息。该系统将二维码数据与测试结果合并归档,实现了产品的信息化管理。工作人员可根据归档文件查看故障模块信息,对故障模块做出相应的处理,也可根据报警点,及时对故障点进行检查维修。手动操作按钮设置相应保护,工作人员在特定位置只能执行特定的操作,如有危险操作将收到弹窗警告提示。
目前测试完成的模块需要通过分拣直接放至各操作工位,最终仍需人工将其收集。未来可研究如何在分拣环节按照测试结果将模块进行装箱操作。
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