基于GE Fanuc產(chǎn)品的 PBS汽車總裝生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) [摘要] 本文介紹了PBS的定義，用途，以及昌河鈴木汽車PBS生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成，監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)，iFIX過程數(shù)據(jù)庫(kù)（PDB）建立的過程。并對(duì)三菱Q系列PLC，以及iFIX和PLC通過OPC進(jìn)行通信的各部分設(shè)置等方面進(jìn)行了論述。
關(guān)鍵詞：噴涂車身存儲(chǔ)系統(tǒng) iFIX PLC OPC 數(shù)據(jù)庫(kù)
Abstract: This paper introduces the definition of PBS and its use, and the composing of PBS manufacturing monitor system in ChangHe&SUZUKI , the design of monitor interface, and the process of iFIX PDB. Then it was discussed the communication between iFIX and PLC through OPC.
Key words: PBS, iFIX, PLC, OPC, Database
1 PBS系統(tǒng)的總體概述 1.1現(xiàn)代的汽車生產(chǎn)線中，經(jīng)常在涂裝和總裝之間需要預(yù)留一個(gè)車輛緩沖區(qū)（也就是一個(gè)臨時(shí)的車輛存儲(chǔ)區(qū)），通過這個(gè)緩沖存儲(chǔ)區(qū)，上層可以通過生產(chǎn)計(jì)劃任務(wù)來實(shí)現(xiàn)車輛按計(jì)劃，按步驟，有次序地進(jìn)行生產(chǎn)。因此這個(gè)車輛存儲(chǔ)區(qū)的意義將變得十分重大，它關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的調(diào)度效率，生產(chǎn)節(jié)奏，以及產(chǎn)品質(zhì)量等等?；谶@個(gè)緩沖存儲(chǔ)區(qū)，并且來維護(hù)和監(jiān)控這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，我們把這個(gè)系統(tǒng)定義為PBS系統(tǒng)（PBS為Painted Body Store的縮寫）。PBS系統(tǒng)是連接汽車生產(chǎn)線的涂裝和總裝過程的一個(gè)中介緩存區(qū)。目前，PBS系統(tǒng)已在廣州本田以及國(guó)內(nèi)的少數(shù)幾家汽車廠家中成功應(yīng)用了。
1.2 PBS系統(tǒng)的車體存儲(chǔ)和輸送采用的是摩擦輪式的輸送結(jié)構(gòu)，在存儲(chǔ)區(qū)中有4條車輛存儲(chǔ)線，1條調(diào)度返回線（用于車輛的緊急調(diào)度）和1條上總裝線（用于車輛從PBS庫(kù)中上件到總裝線進(jìn)行總體裝配）。PBS系統(tǒng)由三套三菱Q系列的PLC進(jìn)行控制，各PLC間通過三菱H網(wǎng)連接成網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)設(shè)有管理現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)，來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的車輛和空臺(tái)車分布情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并能顯示出存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的車體的生產(chǎn)信息（如車體的顏色，型號(hào)等等）。
1.3 與ＰＢＳ系統(tǒng)相關(guān)的上下層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖a如下所示：
(a) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 其中ＥＲＰ是所有子系統(tǒng)的最頂級(jí)，ＥＲＰ(Enterprise Resource Planning)是企業(yè)資源規(guī)劃的縮寫，其中包括產(chǎn)品材料采購(gòu)，產(chǎn)品研發(fā)和制造，MES (Manufacturing Execution System是制造執(zhí)行系統(tǒng))，產(chǎn)品銷售，而ＭＥＳ主要包括焊裝，涂裝，和總裝等。PBS是介于涂裝和總裝之間的部分，監(jiān)控界面在現(xiàn)場(chǎng)管理計(jì)算機(jī)上，能和底層的PLC進(jìn)行雙向的通信，從而能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制，例如車輛調(diào)度，啟動(dòng)停止PBS系統(tǒng)等。
2 基于iFIX組態(tài)軟件的監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)在PBS生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中所用到的組態(tài)軟件是GE Fanuc公司生產(chǎn)的iFIX組態(tài)軟件。iFIX的圖形功能很強(qiáng)，支持多種圖形格式，有可追加的圖形庫(kù)，內(nèi)容豐富，界面的設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)的通信，數(shù)據(jù)庫(kù)的管理變得十分方便和靈活。
2.1監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)在PBS生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中主要包括以下幾個(gè)界面：
1 監(jiān)控系統(tǒng)主界面，用于操作人員或生產(chǎn)管理者在現(xiàn)場(chǎng)管理計(jì)算機(jī)上進(jìn)行察看車庫(kù)中所有車輛的信息以及各個(gè)部分所處的狀態(tài)，比如說電機(jī)是否工作正常，一些現(xiàn)場(chǎng)操作盒是處于手動(dòng)狀態(tài)還是自動(dòng)狀態(tài)等等。主界面的目的是從部分上察看細(xì)節(jié)。
2 總覽界面，是主界面中略去了一些次要的信息，是從系統(tǒng)的整體上進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)是否運(yùn)行正常。
3 報(bào)警界面，利用iFIX中的報(bào)警一覽控件，將整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的所有報(bào)警進(jìn)行統(tǒng)一的管理顯示，并可以按照一定的順序進(jìn)行排序，報(bào)警的統(tǒng)計(jì)以及報(bào)警后的相應(yīng)處理等等。
4 生產(chǎn)報(bào)表，利用組態(tài)軟件中的水晶報(bào)表，通過生產(chǎn)報(bào)表可以很好的實(shí)現(xiàn)上層管理人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理。
5 車輛信息界面，是通過以太網(wǎng)從MES層的數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得所需的信息（車體的顏色，車體的型號(hào)，重量，車輛入庫(kù)出庫(kù)時(shí)間等），并將信息顯示在該界面中。
6車型跟蹤界面，該界面的目的是對(duì)整個(gè)庫(kù)區(qū)里的車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)的記錄跟蹤,并同時(shí)對(duì)SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)中的車輛跟蹤表進(jìn)行刷新，以便系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)計(jì)劃進(jìn)行車輛的自動(dòng)調(diào)度出庫(kù)，如圖b所示。
(b)車型跟蹤界面2.2 iFIX過程數(shù)據(jù)庫(kù)PDB（Process Database）的建立iFIX采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法，數(shù)據(jù)庫(kù)主要是以數(shù)據(jù)塊的形式構(gòu)成的，不同的數(shù)據(jù)塊所實(shí)現(xiàn)的功能不同。可以將多個(gè)數(shù)據(jù)塊按先后的順序連接起來，就組成了數(shù)據(jù)鏈。在數(shù)據(jù)鏈中，數(shù)據(jù)從一個(gè)數(shù)據(jù)塊傳遞到下一數(shù)據(jù)塊來實(shí)現(xiàn)一些功能的組合，數(shù)據(jù)鏈能夠讀取底層的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生報(bào)警并自動(dòng)完成某個(gè)過程。規(guī)模較大的過程控制系統(tǒng)包括較多I/O點(diǎn)，用簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)塊實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜，因此可以通過設(shè)計(jì)多個(gè)數(shù)據(jù)鏈，每一條鏈完成某一功能，或?qū)崿F(xiàn)控制過程的某一特定功能，這樣就可以使問題簡(jiǎn)化。
在PBS系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了讀（寫）PLC中設(shè)備的數(shù)值，采用了DI塊（數(shù)字量輸入塊），DO塊（數(shù)字量輸出塊），AI塊（模擬量輸入塊）和PG塊（程序塊）等。
2.3 監(jiān)控系統(tǒng)的事件調(diào)度在實(shí)際中有一些任務(wù)希望在特定的時(shí)間或時(shí)間間隔進(jìn)行，或過程發(fā)生變化時(shí)進(jìn)行，這就是所謂的調(diào)度問題。在iFIX組態(tài)軟件中有兩種調(diào)度，分別是基于事件的調(diào)度和基于時(shí)間的調(diào)度，為了調(diào)度這些任務(wù)，需要根據(jù)實(shí)際需求定義觸發(fā)這些動(dòng)作的時(shí)間或事件。下面的這段代碼是判斷某個(gè)車位有無車輛以及在各個(gè)條件下相應(yīng)的做何種操作。
事件調(diào)度腳本程序如下：
Private Sub Vehicle_OnTrue() // 調(diào)度事件發(fā)生條件 FIX32.FIX.STATE.F_CV為真時(shí)
Dim a as variant // 定義一個(gè)變量a用于存放從STATE中取出的值
Dim b as Boolean // 用于存放從DB中查到該車位有無車的標(biāo)志位
a = readvalue ( “Fix32.Fix.STATE.F_cv” ) //讀取STATE標(biāo)簽中的值
If a = 1 then
b = state(1) //state為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中標(biāo)志某個(gè)車位有無車輛的字段
if b = TRUE Then
User.Veh.CurrentValue = 1 // 該位置車輛可見,Veh是全局變量，判斷車輛可見
PBS.Vehicle.Foregrount = Rvalue(1) // 將車的顏色設(shè)置成從數(shù)據(jù)庫(kù)中查到的顏色
PBS.type.visible = True //標(biāo)志車輛類型的文本type可見
PBS.type.captain = typename(1)//將該車位type與DB中typename相對(duì)應(yīng)
end if
while a = 1 //等待著標(biāo)簽STATE中值的變化
a = readvalue ( “FIX32.FIX.STATE.F_CV“ )//不斷的讀取標(biāo)簽中的值
Doevents //允許操作系統(tǒng)處理等候在隊(duì)列中的事件和信息
wend
end if
if a = 0 then
User.Veh.CurrentValue = 0 // 該位置的車輛不可見，Veh設(shè)置為0
PBS.type.visible = False // type不可見
End if
Call SeekDB( 1,2 ) // 更新關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的下一個(gè)位置，SeekDB是更新數(shù)據(jù)庫(kù)表中記錄的函數(shù)
End sub
3 PBS系統(tǒng)中MITSUBISHI Q PLC的簡(jiǎn)介在PBS生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中底層所使用的是三菱公司生產(chǎn)的Q系列PLC，PLC Type 為：Q12H。QCPU主要具有如下新特點(diǎn)：
(1) 可控制較多的I/O 點(diǎn)；
(2) 可以實(shí)現(xiàn)高速處理；
可編程控制器的部分類型，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高速處理。（例如當(dāng)使用LD指令時(shí)，Q12HCPU，0.034µs）；
(3) 通過與GX Developer 的高速通訊提高調(diào)試效率；
(4) 可提供AnS 系列I/O模塊或特殊功能模塊
對(duì)于Q 系列，如果沒有適當(dāng)?shù)哪K，可通過使用QA1S65B/QA1S68B 擴(kuò)展基板單元，AnS 系列I/O 模塊或特殊功能模塊也可用于QCPU。
4通信部分的設(shè)置4.1 PLC中的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置PBS系統(tǒng)和底層PLC間的通信方式采用的是OPC(OLE for Process Control) ，OPC的出現(xiàn)為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過程控制應(yīng)用建立了橋梁，PLC的通訊模塊采用的是QJ71E71。
通信參數(shù)在PLC開發(fā)軟件GX Developer 上進(jìn)行設(shè)置，Network parameters中的MELSECENT/Ethernet設(shè)置如下：
起始I/O號(hào)： 寫入QJ71E71模塊所插的I/O槽起始地址
網(wǎng)絡(luò)號(hào)： 即Ethernet的network ID(例如：1)
操作設(shè)置： binary或ASCII，選binary
IP地址和數(shù)字格式： 選擇一種格式并根據(jù)格式寫入IP地址
運(yùn)行中允許寫入： 選中復(fù)選框表示運(yùn)行中監(jiān)視的變量值可修改
在開放設(shè)置中選定配置端口號(hào)：注意數(shù)字格式轉(zhuǎn)換，如十六進(jìn)制的2000表示的端口號(hào)為8192通訊格式選TCP, unpassive,其余用默認(rèn)設(shè)定即可。
4.2 在iFIX的過程數(shù)據(jù)庫(kù)（PDB）中訪問OPC Server工作臺(tái)能夠使用一個(gè)OLE for Process Control(OPC)服務(wù)器發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。通過完成塊的I/O驅(qū)動(dòng)器域，您可以配置任何數(shù)據(jù)庫(kù)塊接收和發(fā)送OPC數(shù)據(jù)。
OPC地址語法如下所示：
ServerName; GroupName; ItemID; AccessPath
其中ServerName是OPC服務(wù)器的名字，GroupName是要訪問的OPC組的名字，ItemID是要讀寫的OPC項(xiàng)目的名字。AccessPath是可選項(xiàng)，它指示服務(wù)器如何訪問數(shù)據(jù)。
最終的配置如圖c所示：
(c) iFIX的過程數(shù)據(jù)庫(kù)（PDB）的配置 4.3 MelsecExplorer的設(shè)置在實(shí)際生產(chǎn)中，通過MelsecExplorer軟件來采集來自PLC的底層信號(hào)，再和PowerTool軟件實(shí)現(xiàn)通信，將經(jīng)過處理的信號(hào)最終傳遞給iFIX過程數(shù)據(jù)庫(kù)（來從底層進(jìn)行信號(hào)采集）起到監(jiān)控的效果。在MelsecExplorer中的Edit菜單下選擇Ports選項(xiàng)，在General下選擇Ethernet，所進(jìn)行的設(shè)置如圖d所示：
