基于CC-Link的并條生產系統的研究

一、引言

如圖1所示為ASFA306型并條機的工藝過程，并條機機后是導條架，下面每側各放6個或8個喂入棉條筒1，每側棉條為一組。棉條經由導條羅拉2和給棉羅拉3，進入牽伸裝置4，經過牽伸的須條沿前羅拉表面進入弧形導管6，聚攏成條后由緊壓羅拉7壓緊成光滑緊密的棉條，再由圈條盤8有規律的圈放在輸出棉條筒9內。
    
    目前，紡織廠的并條車間都是以人工看管機臺為主，生產線的自動化程度很低，而且紡紗車間具有溫度高、飛絲多、噪聲大等特點，這種惡劣的環境對人的健康很不利，工作也易疲勞。為了提高生產率和產品質量，減輕工人的勞動強度，我院與海安紡機廠合作研制出ASFA-306新型高速并條機，并提出了基于CC-Link總線實現并條生產車間設備的聯網，構造并條生產系統以提高生產的自動化程度。



    二、CC-Link網絡簡介

    CC-Link (Control & Communication Link )是一類基于PLC系統的現場總線，是PLC遠程I/O系統向現場總線技術的發展和延伸。CC-Link網絡在實時性、分散控制、與智能機器通信、RAS功能等方面具有最新和最高功能，同時，它可以與各種現場機器制造廠家的產品相連，為用戶提供各廠商設備的使用環境。該網絡滿足了用戶對開放結構與可靠性的嚴格要求，它具有如下特點：

    ◆ CC-Link網絡可以形成高速度及遠距離的應用組態，使其能適應網絡的多樣性，在速率為156bps 時，通信距離可達1200米加中繼器后，通信距離更遠；

    ◆ 采用普通屏蔽雙絞線，大大降低接線成本，抗干擾能力強；

    ◆ 具備自動在線恢復功能，待機主控功能，切斷從站功能，確認連接狀態功能及測試和診斷功能，因此，可以構成具有高可靠性的網絡。

    ◆在CC-Link系統中可以連接下述三種遠程元件：
  遠程I/O — 僅僅處理開關量的現場元件，例如數字式I/O或氣動閥。
  遠程裝置— 能處理開關量和數字量的現場元件，例如模擬量I/O、MELSEC-FX系列PLC。
  
    智能化遠程 — 具有CPU 并且能與主站和其它站通訊的現場元件，例如個人電腦。
  
    基于CC-Link的上述特點，我們選定CC-Link作為并條生產系統的現場總線。  

    三、系統硬件結構設計

    1.系統配置
    并條工序通常分為頭道并條和二道并條，其中1#、3#、5#并條機完成頭道并條，2#、4#、6#并條機完成二道并條，八節并條機的生產車間的布局如圖2所示。

    對應每臺并條機有閥島控制的操作機進行換空筒和推滿筒操作。1#、2#傳送帶用以傳送備用空筒，由變頻器控制其啟停等操作。3#傳送帶用以傳送加工完到下一道工序的滿筒，因其一直在動作，故直接由主站擴展的輸出模塊通過接觸器來控制。
     
    并條生產系統的組成為：1個主通信控制站，8節FX2N 系列PLC控制的并條機作為遠程裝置站，4個用于傳感器信號輸入的遠程I/O模塊，1個用于故障指示的遠程I/O模塊，8個控制操作機完成換筒操作的閥島，1個人機界面，1臺變頻器以及1臺個人電腦，所有這些模塊都掛在CC-Link總線上。系統連線框圖如圖3所示。
                      

配置如下：
主通信控制站：A1SJHCPU+A1SJ61BT11，設為0#站；
遠程裝置站：FX2N PLC+ FX2N-32CCL，占用2個站；
遠程I/O模塊：AJ65SBTB1-32D，占用1個站；AJ65SBTB1-32T，占用1個站；
FESTO公司CPA閥島，占用1個站；
人機界面：A985GOT+A8GT-J61BT15，占用1個站；
個人電腦：個人電腦+A80BDE-J61BT，占用4個站；
變頻器：FR-A500+FR-A5NC，占用1個站。
     
    2.系統功能
     
    1#遠程I/O模塊AJ65SBTB1-32D作為10#，20#操作機（推空筒用）上光電傳感器以及1#，2#操作機（由閥島控制）的每個氣缸上位置傳感器信號的輸入（8臺并條機共需4個遠程輸入模塊和8個閥島）。當2#并條機（由FX2N PLC控制）的喂入棉條筒出現空筒時，由人工將1#并條機的輸出棉條筒搬運來替換空筒，并將空筒搬到2#傳送帶（由變頻器控制）上任意位置處。20#操作機上光電傳感器檢測到前方沒有空筒時，則以一定頻率啟動變頻器，帶動2#傳送帶運轉，使空筒到位；否則，傳送帶停止。遠程I/O模塊AJ65SBTB1-32T接有11盞指示燈，作為1-8#操作機和1-3#傳送帶的現場故障顯示。人機界面放置于車間現場，可以隨時監視整個車間的運行情況，當發生故障時，分別有相應的指示燈加以顯示，并且可以控制整個系統的啟停。同時，可在人機界面上設定變頻器的啟動頻率和加速時間，并可以對其運行頻率和輸出電壓進行監視。個人電腦放置于車間控制室內，通過CC-Link接口板A80BDE-J61BT13連入系統，作為系統中的一個智能站，對車間的生產產量及并條機上各種故障進行實時監控和統計，統計結果以報表（包括日報表、月報表和故障報表）形式輸出。
     
    四、系統的應用軟件設計         
    系統軟件設計大致包括以下四個方面：
         
    1.用三菱公司提供的SW5D5-GPPW-E 軟件包進行主站與各分站之間通信程序設計。
     
    1） 網絡初始化部分
     
    對整個CC-Link 現場網絡進行統一規劃，確定各單元的器件類型、網絡單元數，各單元所占的站數、以及各站特性，步驟為：參數設置— 刷新— 用緩沖區內參數進行數據鏈接— 寫參數到E2PROM— 刷新— 用E2PROM內參數進行數據鏈接。
     
    2） 順控程序部分
         
    當各模塊數據鏈接正常時，即調用相應模塊的處理子程序。本系統中共連入25個模塊，分別調用這25個子程序即可。
         
    2. 用三菱公司提供的SWOPC-FXGP/WIN-C 軟件包在FX PLC上進行控制程序和通信程序設計。
    3.用三菱公司提供的SW4D5-GOTR-PACKE 軟件包進行GOT 畫面設計，對車間     
    運行情況進行實時監控。共設計5幅畫面，分別為主畫面、1#傳送帶運行畫面、2#傳送帶運行畫面、故障顯示畫面、故障履歷畫面。
         
    4.在個人電腦上用Visual Basic 6.0開發應用程序“并條車間生產管理系統”，利用添加的模塊mmscl32(mdfunc.bas)— 即CC-Link接口板中所帶有的CC-Link通信字庫函數，可以在用戶程序中對元件進行讀/寫，隨時了解車間的生產運行情況，打印各種生產報表。
     
    五、系統特點
     
    該系統主要有以下幾個特點：
         
    1.采用日本三菱公司的原裝A系列可編程控制器（PLC）組成計算機控制系統，實現模塊化靈活組態。產品按照工業標準設計，具有高抗干擾性及高可靠性。
         
    2.閥島采用的是FESTO公司的原裝產品，其型號為CPA14。這類閥島采用的模塊式結構可根據用戶的需要擴充線圈，最大可擴展到22個。并且電磁閥信號和輸入輸出信號在閥島內的接線，已由FESTO制作完成，只需加上一個CC-Link通信模塊即可掛入總線。
3.系統采用現場總線結構及CC-Link通信協議，實現數字化通訊，功能齊全，人機界面友好，圖示化操作，全中文界面，軟件可根據用戶要求編制和修改。
         
    4.將個人電腦作為一個智能站掛入總線，使得通信速度和距離都得到提高。并且可以實時監控車間運行情況，得到產量信息，打印生產報表。
         
    5.實現兩級報警：當發生故障時，車間現場的工人根據發出的聲光報警得知故障源，并且在每臺并條機上也有小型人機界面顯示本臺機上的具體故障；另外，總線上的人機界面A985GT也能給出整個車間內相應的故障源和提示信息。 
         
    6.生產過程半自動控制。由于并條機上的某些故障還必須由人工來排除，如機后斷條，集束器堵棉等，所以目前車間還不能實現全自動化。但由于采用了總線結構，整個車間只須1-2個工人即可，減少了人員配置。
         
    7.由于采用氣動換筒裝置，換筒故障率降低，加上總線結構，使得系統協調性良好。