地板開榫系統(tǒng)工業(yè)4.0與物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)

朱玉勤

[摘 ? ?要]地板開榫機因為工作環(huán)境較為惡劣，容易出現(xiàn)故障。為了降低地板開榫機故障率，并提高其工作效率，主要就地板開榫系統(tǒng)工業(yè)4.0與物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)進行了介紹。

[關鍵詞]地板開榫機;物聯(lián)網(wǎng);控制系統(tǒng)

[中圖分類號]TS64 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–00–02

[Abstract]The floor tenoning machine is prone to failure because of the bad working environment. In order to reduce the failure rate of floor tenoning machine and improve its work efficiency. This paper mainly introduces the floor tenon system industry 4.0 and the Internet of things control system.

[Keywords]floor tenoning machine; internet of things; control system

1 概述

地板開榫機工作環(huán)境惡劣，現(xiàn)場粉塵多、傳感器多、故障率高;本工作在電子產(chǎn)品柔性制造方案的基礎上，利用倍?；赑C的控制技術和維綸EasyPrinter遠程數(shù)據(jù)備份和Easyaccess遠程訪問服務功能，開發(fā)了一個具有統(tǒng)一接口和協(xié)議的智能工廠平臺。倍福是一種基于PC的控制技術實施開放式自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括：工業(yè)PC、I/O和現(xiàn)場總線組件、驅動產(chǎn)品和自動化軟件。這些組件既可作為獨立的組件使用，也可將它們集成到一個完整且相互兼容的控制系統(tǒng)中。人機界面采用威綸通新一代cMT 3160X系列HMI。當物聯(lián)網(wǎng)（IoT）時代來臨，越來越多的PLC、控制器支持網(wǎng)絡服務器（Web Server），方便用戶透過「網(wǎng)頁接口」直接修改設備內各種系統(tǒng)參數(shù)的內容，并監(jiān)控其運行狀態(tài)，所支持的「PLC網(wǎng)頁瀏覽器」功能，能讓HMI快速又方便地直接開啟PLC、控制器的網(wǎng)頁，這套系統(tǒng)不僅讓地板開榫機工作更有效率，且能降低大量設備維護成本。

2 技術方案的闡述

倍福硬件和軟件都采用模塊化設計，TwinCAT 2自動化軟件中的狀態(tài)監(jiān)測軟件模塊可以與I/O模塊鏈接，獨立運行，也可以與地板開榫機運行控制管理模塊結合使用，甚至集成到這些模塊中。這樣就可以將專門開發(fā)的TwinCAT模塊用于各種應用場景，模塊相互之間既可以自由組合，也可以根據(jù)需要重復使用。這一點對任何硬件都適用。倍福將現(xiàn)代PC技術的強大處理能力與用作高速通訊系統(tǒng)的EtherCAT結合在一起，將狀態(tài)監(jiān)測功能無縫集成到控制器中。倍福的標準測量端子負責采集各安全信號，并通過 EtherCAT 傳輸?shù)娇刂破?。組態(tài)、編程及診斷都可在cMT 3160X觸摸屏中實時顯示。cMT 3160X采用EasyAccess技術，可以讓使用者更便利地遠程遙控HMI，不論在世界的任一角落。人機可經(jīng)由Internet登入威綸通的EasyAccess Server，此時Server即能獲知HMI位置的相關信息，接著可以使用PC上的EasyAccess Client來觀察開榫機的工作狀態(tài)和實時傳送產(chǎn)品信息?；赑C和EtherCAT的控制系統(tǒng)整合。PC的控制技術采用模塊化設計，具有精確可擴展性，可以滿足特定應用的性能要求以及金屬加工行業(yè)的所有控制需求——從單臺機器到“工廠互聯(lián)”設備。諸如PLC、可視化、運動控制、機器人技術、安全技術、測量技術以及狀態(tài)監(jiān)測等功能都可以在軟件中實施并在一個中央PC平臺上并行運行。由于能夠直接接入云端，因此不僅能夠實現(xiàn)工業(yè)4.0解決方案，而且還能夠優(yōu)化所有工藝步驟。提高產(chǎn)能，大幅減小公差，提升工件品質，降低廢品率，提升同步精度和切削量，所有這些都確保了競爭優(yōu)勢。系統(tǒng)組件數(shù)量的減少可以降低控制的復雜性，確保機器和設備的可靠性，簡化維護工作。

3 倍?？刂葡到y(tǒng)與維綸HMI界面的數(shù)據(jù)交換

地板開榫機自動控制系統(tǒng)配備了用于自動化和控制功能的CX1010嵌入式控制器（安裝有TwinCAT System Manager和TwinCAT System Control）。各種標準I/O端子模塊、EtherCAT和TwinSAFE端子模塊。此外地板開榫機自動控制系統(tǒng)還采用了維綸EasyAccess技術MT 3160X的顯示面板——用于實現(xiàn)“一體化”控制和實現(xiàn)操作和監(jiān)控功能的MT 3160X控制面板的完美組合。采用嵌入式控制器CX1010，主要是因為它的外形非常小巧。它是一款適合安裝在DIN導軌上的高端工控機，與傳統(tǒng)的PLC 相比，它可節(jié)省大量的空間。此外，嵌入式控制器還可與 Beckhoff I/O端子模塊直接連接。

（1）TwinCAT PLC Control是為了PLC設計的一種完整的開發(fā)環(huán)境。TwinCAT PLC Control為PLC編程提供了一種簡便的方法，可以自由地處理功能強大的IEC語言。編程器和調試功能的使用則基于ST編寫的循環(huán)程序不僅編程速度快、而且更容易閱讀，尤其是在大型結構中的嵌套循環(huán)時更是如此。在一個新項目中建立的第一個POU（程序組織單元）將自動地命名為“MAIN（主程序）”。可以在任務配置中重新命名這個POU。選擇Resources菜單在Global_Variables項目中聲明全局變量，以便MT 3160X的顯示面板能讀取全局變量的標簽，進行數(shù)據(jù)交換。每個POU都由一個聲明部分和一個程序本體部分組成，程序采用ST語言編程，自動程序編程結束后選擇Rebuild all進行程序編譯檢測，檢測無錯誤后會生成一個.tpy文件，以便導入到Twincat System Manager的PLC Configuration進行硬件配置。

（2）Beckhoff CX1010 PLC中安裝了TwinCAT。TwinCAT工作在運行模式或者配置模式，打開TwinCAT System Manager軟件，選擇SYSTEM-Configurtion，點擊Choose Target進入廣播搜索OLC模式。利用Broadcast方式可以搜索到PLC。

在TwinCAT System Manager中右鍵單擊Configuratio/Append PLC Project，導入和更改PLC程序。選擇對應程序中的TPY文件，導入PLC程序。導入完成后，可以看到PLC程序中所有的Input和Output變量。接下來掃描所有硬件的I/O設備，如果已經(jīng)連接了硬件，就可以用Scan Device的方式掃描硬件。注意：此時，目標機器的TwinCAT必須是Config mode（藍色）。右鍵點擊I/O Device，點擊Scan Device3，彈出的對話框時，選擇“確定”。選擇需要的設備并點擊“OK”，彈出對話框選擇“是”掃描BOX。當彈出Activate Free Run對話框時，選擇“否”。掃描成功后，展開I/O Device樹形結構，在最底層，可以看到所有本地和遠程的I/O模塊以及設備選中PLC程序中Input或Output變量。再點擊Linked to，選擇要連接的I/O通道，并點擊OK這樣就完成了實際物理地址與程序中的I/O點的連接。

（3）打開EasyBuilder Pro V6.01維綸觸摸屏編程軟件 通過項目向導，選擇文件，點擊新建選項。在出現(xiàn)的“設備選擇”對話框中，點擊型號下拉菜單，選擇MT 3160X。在系統(tǒng)參數(shù)設置中選擇添加Beckhoff TwinCAT PLC。添加完成后點擊Beckhoff TwinCAT PLC選擇導入標簽，選擇導入.typ類型文件。打開PLC程序文件找到.typ類型文件。選擇導入菜單進行標簽導入。

標簽導入后會和TwinCAT PLC Control中的Global_Variables全局變量進行關聯(lián)。人機界面MT 3160X用畫面中可視化的畫面元件來反映實際的表板拼裝的生產(chǎn)過程，也可以在畫面和按鍵中修改生產(chǎn)工藝所需要設定的過程值。人機界面MT 3160X的畫面由靜態(tài)元件和動態(tài)元件組成。靜態(tài)元件（例如文本或圖像對象）用于靜態(tài)顯示，在運行時它們的狀態(tài)不變，不需要變量與之連接，它們不能由PLC更新。動態(tài)元件的狀態(tài)受變量的控制，需要設置它連接的變量，用圖形、字符、數(shù)字趨勢圖等畫面元件來顯示PLC或HMI設備存儲器中的變量的當前狀態(tài)或當前值。PLC和HMI設備通過變量和動態(tài)元件交換過程值和操作員的輸入數(shù)據(jù)。

4 地板開榫系統(tǒng)工業(yè)4.0與物聯(lián)網(wǎng)解決方案

TwinCAT2自動化軟件中的狀態(tài)監(jiān)測軟件模塊可以與I/O模塊鏈接，獨立運行，也可以和運行控制管理模塊結合使用，甚至集成到這些模塊中。這樣就可以將專門開發(fā)的TwinCAT模塊用于各種應用場景，模塊相互之間既可以自由組合，也可以根據(jù)需要重復使用。這一點對任何硬件都適用。倍福將現(xiàn)代 PC 技術的強大處理能力與用作高速通訊系統(tǒng)的EtherCAT結合在一起，將狀態(tài)監(jiān)測功能無縫集成到控制器中。倍福的標準測量端子負責采集各安全信號，并通過EtherCAT傳輸?shù)娇刂破鳌＝M態(tài)、編程及診斷都可在cMT 3160X觸摸屏中實時顯示。cMT 3160X采用EasyAccess技術，可以讓管理者便利地遠程控制HMI，不論在世界的任一角落。人機可經(jīng)由Internet登入威綸通的EasyAccess Server，此時Server即能獲知HMI位置的相關信息，管理者可以使用PC上的EasyAccess來觀察開榫機的工作狀態(tài)和實時傳送產(chǎn)品、產(chǎn)量、設備利用率及故障信息。

5 項目設計特點

TwinCAT PLC的掃描頻率選定為2 ms，PLC任務里的邏輯控制器運行時間在5～25 ms。直接嵌入到機器結構中的工業(yè)PC CX1010和一個外部維綸cMT 3160X控制面板一起處理更多的控制任務，如機器視覺、運行狀態(tài)監(jiān)視、所謂的段控制或者設定控制以及用于遠程診斷的網(wǎng)絡與調制解調器的連接等。該控制面板最遠可以安裝在距離工業(yè)PC 99 m的地方，例如，安裝在回轉支撐臂系統(tǒng)上。這樣一來，就能夠根據(jù)現(xiàn)場條件安裝PC控制器和用作操作界面的控制面板。通過控制面板15.6英寸IPS彩色顯示器，能夠以清晰、易于理解的方式布置和操作所有相關功能，如程序選擇、機器診斷、單元選擇等?？梢酝ㄟ^標準鍵盤或者鼠標來激活這些功能，極大地方便了員工的操作且節(jié)省了大量培訓時間和費用，現(xiàn)此操作系統(tǒng)不僅能完全滿足設備控制要求。還在設備維修方面獨具特色，根據(jù)生產(chǎn)工藝編寫了有針對性的故障信息，根據(jù)這些故障信息，維修人員能夠迅速準確地處理設備故障，大幅提高了設備運轉率。采用PC控制技術應用的地板開榫系統(tǒng)的加工速度已明顯加快，產(chǎn)品質量得到了極大提升。這是一套面向未來的高性能系統(tǒng)。

6 結語

通過打造地板開榫系統(tǒng)，并與物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)相結合，可以有效地改善地板開榫機的工作效率，同時其在未來將將具有較好的可擴展性，值得進行推廣。

參考文獻

[1] 劉紅征，戴月萍，武旭方，等.基于PLC的數(shù)控地板縱向開榫機控制系統(tǒng)設計[J].木工機床，2017（2）：25-28.