工件分拣生产线控制系统分析与设计＊
庞党锋，王利强，马前帅
【摘 要】设计了一种基于PCC和POWERLINK通信总线的工件柔性生产线控制系统，对控制系统的组成进行了详细分析和设计，以现场总线构建的生产线控制网络结构，实现了制造业柔性生产线的先进运动和过程控制。 【期刊名称】科技与创新 【年(卷),期】2018(000)013 【总页数】2
【关键词】柔性生产线；PCC；POWERLINK网络；现场总线
随着经济和科技的快速发展，人们对生活中产品质量功能要求逐渐提高，导致产品的更新速度越来越快，这对制造业生产线的自动化程度要求日趋提高。制造业经历了从继电控制技术生产线到PLC控制技术，再到PCC控制技术。产品功能的多样化对生产线的柔性提出了更高的要求，因此对生产线柔性要求和控制策略更换的要求也不断提高。
本文给出的工件分拣柔性生产线主要包括中控室控制器、加工单元、传感器单元、伺服控制器、变频器和立体仓库，对各主要单元的组成和控制方案进行了分析和设计。课题设计的工件柔性生产线控制系统以可编程计算机控制器和POWERLINK总线为基础，主要研究了工件分拣柔性生产线控制系统的设计理论，对柔性生产线控制系统进行最优控制设计，对柔性生产线控制系统的组成和单元模块进行设计及实现[1]。
1 生产线控制系统设计
图1所示为柔性生产线控制系统结构，根据柔性生产线的总体要求，基于PCC
和POWERLINK网络的柔性生产线控制系统主要由计算机、贝加莱X20 PCC、加工单元、传感器单元、机械手伺服控制器、输送带变频器和立体仓库控制器构成。
控制系统主要由主站和从站构成，主站主要由计算机和主控制器X20 PCC组成，主站计算机作为上位机，可以对主控制器进行编程，同时也可以从主站读取从站上传的数据，主站对总线的数据通信进行控制，从站从现场收集各种参数并将数据发送到主站，ERP企业信息管理系统同时集合在主站的计算机系统中。控制系统主要有两种总线，即工业以太网和POWERLINK总线，主站的计算机和主站控制器之间通过工业以太网连接[2-3]。
2 生产线调度模型
一般来讲，一个完整的柔性生产线主要由3部分组成：分别是加工制造系统、控制系统和物流配送系统，系统的复杂度较高，调度室控制系统接收中控室发送的工艺要求信息和生产计划，系统安排加工顺序，以满足产品需求，提升生产效率。生产线调度问题是系统高效、正常运行的重要因素，调度的优化程度直接影响到生产的工艺和生产的效率。影响柔性生产线调度的因素比较多，所以建立调度模型有利于生产线控制决策的分析。调度主要有以下4个方面的影响因素：①生产的原计划。企业的管理层给生产一线规定一周期的生产任务量。②工件加工工艺。加工工艺要求决定了生产操作间的顺序，同时对生产设备的参数和类型有了一定的约束，工艺文件也提供了生产时间参考，生产计划和工艺构成了生产任务。③生产资源。生产资源包含柔性生产线上的设备类型和数量、人力资源、原材料和其他辅助的生产资源，进行生产调度建模时，需要对资源模型进行简化，一般设备资源是主要考虑因素，其他资源默认可以充足提
供。④调度目标。生产调度目标会随着实际生产情况和订单的改变而改变。图2所示为柔性生产调度组成图。
较为单一的柔性生产线可以通过人为安排调度实现生产加工，这个过程仅限于加工工件数量少和工件种类单一的情况，如果生产的工件数较多，就需要计算机建模来解决调度问题。
3 控制程序流程
柔性生产线控制程序运行前，控制程序应处于初始状态，系统启动后，运行指示灯点亮，工件仓储提示是否允许推料，供料机推出工件后，系统启动带式传送机。在传送机传输过程中，传感器单元对工件进行检测和分类，根据检测的信号，搬运机械手将工件输送到指定的位置。机械手在运输过程中允许指示灯指示，通过立体仓库将合格工件存放到仓库中[4]。如果传感器检测到工件属于未加工完全的，则控制器控制搬运机械手将未完成的工件输送到待加工库，同时声光报警器提示。若检测到工件为废品工件，则工件由机械手将其存放到指定的次品存储库位，同时设定指示灯提示[4]。
在设计控制程序时还应注意下列事项：当程序中有急停时，应尽量把急停指令放在程序的前面。另外，因为硬件设备的差异，调试程序时，如果出现机械手不能够准确到位的情况，可以适当修改程序中的参数或更改硬件位置。当控制系统停机后，在仓库存储机器和机械手完成最后一个工件的搬运后，将整个控制系统恢复到初始状态。
4 通讯网络设计
POWERLINK是以以太网为介质的开源实时通信总线，是一项主要用于工业控制及数据传输中的新技术。POWERLINK通信总线将标准的以太网作为物理层，
工件分拣生产线控制系统分析与设计
