摘要：生產(chǎn)線控制是指對生產(chǎn)物資在生產(chǎn)線上的生產(chǎn)流程進行控制的過程.本設(shè)計中我們根據(jù)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)點多.線長以及易于維護和系統(tǒng)升級的特點，選用松下PLC的PC-LINK網(wǎng)絡(luò)進行系統(tǒng)設(shè)計.FPΣ系列PLC強大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能和PC-LINK網(wǎng)絡(luò)把機械手搬運系統(tǒng)單元.貨物自動識別緩沖系統(tǒng)單元.堆垛系統(tǒng)單元和自動化倉庫系統(tǒng)單元進行連接組成一個完整的生產(chǎn)線培訓(xùn)控制系統(tǒng)模型.這樣，各個分散單元既可以單獨運行也可以對各分散的控制單元進行資源整合組成新的控制系統(tǒng)，有效的提高了資源的利用率并且降低了控制系統(tǒng)的使用成本.

　　一.系統(tǒng)設(shè)計背景及發(fā)展

　　近幾年，隨著PLC制造工藝水平的不斷提高和CPU技術(shù)的發(fā)展使其穩(wěn)定性和性價比有了進一步的提高，產(chǎn)品的類型和擴展功能也更加豐富.在硬件性能迅速發(fā)展的同時軟件方面也加快了更新速度，尤其是在網(wǎng)絡(luò)通信方面得到了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了各種不同的網(wǎng)絡(luò)連接方式，并且加強與計算機系統(tǒng)的兼容性.

　　生產(chǎn)線的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　?。?）現(xiàn)代化的生產(chǎn)線控制設(shè)備是生產(chǎn)線控制現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，首先是要采用快速.高效.自動化的生產(chǎn)線控制設(shè)備.（2）計算機管理可以對生產(chǎn)線控制系統(tǒng)進行動態(tài)管理與優(yōu)化.同時，通過計算機與其他系統(tǒng)實時聯(lián)機，發(fā)送和接收信息，使生產(chǎn)線控制系統(tǒng)于生產(chǎn)制造.銷售等系統(tǒng)有機地聯(lián)系，可以提高生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的效益.（3）系統(tǒng)化與集成化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點是：點多.線長.面寬.規(guī)模大.生產(chǎn)線控制系統(tǒng)是把生產(chǎn)線控制系統(tǒng)有機地聯(lián)系起來，看成一個整體，從系統(tǒng)化.集成化的概念出發(fā)去設(shè)計.分析.研究和改進生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，不追求系統(tǒng)內(nèi)個別部分的高效和優(yōu)化，而是力求整體系統(tǒng)的優(yōu)化和高效.

　　二.系統(tǒng)設(shè)計目的

　　由于現(xiàn)代生產(chǎn)制造業(yè)的快速發(fā)展和信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，目前的生產(chǎn)線控制系統(tǒng)都采用了不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來提高生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的效率和效益.在生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，貨料的裝配.搬運.運輸必須協(xié)調(diào)完成，否則會出現(xiàn)貨料堆積和貨料不夠搬運的現(xiàn)象.為了使貨料快速.準(zhǔn)確.安全入庫，我們必須把各個系統(tǒng)連接起來，組成一個新的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng).

　　三.系統(tǒng)設(shè)計方法

　　應(yīng)用松下F PΣ系列P L C聯(lián)網(wǎng)通信功能和PC-LINK網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，可以把16臺PLC通過鏈接單元連接起來組成PC-LINK網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使之組成多點結(jié)構(gòu)（1:N）的PLC網(wǎng)絡(luò)，即組成一種平等式總線型結(jié)構(gòu)的工業(yè)局域網(wǎng).系統(tǒng)采用這種結(jié)構(gòu)可以提高可靠性，強化系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性及便于系統(tǒng)的維修和技術(shù)更新.通過模塊化的生產(chǎn)線控制系統(tǒng)模型來模擬現(xiàn)實生活中生產(chǎn)線控制生產(chǎn)的全部過程，其原理不僅具有一致性，更可以在技術(shù)上采用實際生產(chǎn)線控制系統(tǒng)尚未采用的理論和技術(shù).

　　1.控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　生產(chǎn)線控制系統(tǒng)主要由管理層.控制層和執(zhí)行層三大部分組成.其中管理層是一個計算機生產(chǎn)線控制管理軟件系統(tǒng)，是生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的中樞.它主要完成以下工作：接收上級系統(tǒng)的指令（如月.日生產(chǎn)計劃）并將此計劃下發(fā)；調(diào)度運輸作業(yè)；管理立體倉庫庫存；統(tǒng)計分析系統(tǒng)運行情況；生產(chǎn)線控制系統(tǒng)信息處理.執(zhí)行層一般包括：自動存儲/提取系統(tǒng)；輸送車輛；各種緩沖站.根據(jù)管理層.控制層和執(zhí)行層的不同分工，生產(chǎn)線控制系統(tǒng)對各個層次的要求是不同的.對管理層要求具有較高的智能；對控制層要求具有較高的實時性；對執(zhí)行層則要求較高的可靠性.

　　設(shè)計舉例：立體倉庫的管理控制：庫存管理，根據(jù)立體倉庫原庫存情況和來自底層的出/入庫完成信息，管理立體倉庫庫存信息.（1）入庫管理：決定各種入庫申請的響應(yīng)順序，根據(jù)控制層發(fā)來的入庫申請或入庫條形碼信息為待入庫物料分配貨位，形成入庫任務(wù).（2）出庫管理：根據(jù)緩沖站（加工緩沖站和工位緩沖站）發(fā)來的需料申請，結(jié)合當(dāng)前庫存情況，形成出庫任務(wù).也可根據(jù)日滾動生產(chǎn)計劃確定初始發(fā)料或為次日生產(chǎn)的出庫安排形成出庫任務(wù).（3）出/入庫協(xié)調(diào)：對出庫任務(wù)與入庫任務(wù)進行優(yōu)化組合，把滿足條件的出庫任務(wù)和入庫任務(wù)組合成出/入庫聯(lián)合作業(yè)任務(wù).根據(jù)運輸任務(wù)的緊急程度和調(diào)度原則，決定運輸任務(wù)的優(yōu)先級別（從眾多的物料需求申請中決定響應(yīng)順序），根據(jù)當(dāng)前運輸任務(wù)的執(zhí)行情況形成運輸命令和最佳運輸路線.

　　生產(chǎn)線控制系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控：（1）生產(chǎn)線控制系統(tǒng)狀態(tài)信息的采集：接收控制層發(fā)回的狀態(tài)報告，運輸命令的完成，取消和修改報告.（2）生產(chǎn)線控制系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測：對控制層發(fā)回的報告進行分類整理，在屏幕上用圖形顯示各個緩沖站的狀態(tài)，立庫狀態(tài)和設(shè)備運輸狀況等.（3）異常情況的處理：檢查判別生產(chǎn)線控制系統(tǒng)狀態(tài)中的不正常信息，根據(jù)不同情況提出處理方案.（4）人機交互：提供管理人員查詢當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，直接干預(yù)系統(tǒng)運行.

　　2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　為使生產(chǎn)線控制系統(tǒng)能夠正常的運行，要求生產(chǎn)線控制系統(tǒng)具有以下功能：（1）氣動機械手上升，下降限位控制.（2）氣動機械手旋轉(zhuǎn)限位控制.（3）底盤機械旋轉(zhuǎn)角度的控制.

　?。?）根據(jù)貨料顏色進行識別控制.（5）貨物轉(zhuǎn)向系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角度的控制.（6）巷道起重機精確存取貨物控制.（7）實現(xiàn)每臺PLC之間的點對點通信.（8）彩色監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了人機對話，實時顯示等功能.（9）輸送帶變頻調(diào)速控制.（10）檢測功能，檢測的正確與否，是生產(chǎn)線正常工作的保證.

　　PC-LINK網(wǎng)絡(luò)組成的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可以不占用PLC的I/O口單元，只是占用內(nèi)部繼電器和數(shù)據(jù)寄存器，并且未使用的鏈接繼電器和鏈接寄存器仍可以作為內(nèi)部繼電器和寄存器使用.

　　這樣就減少了在選擇PLC時對于I/O口的估計，提高所選擇PLC的性價比.實際選擇的PLC中也能夠減少I/O口單元的使用數(shù)量從而降低了PLC的價格，進而降低了整個網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的使用成本，提高了系統(tǒng)的性價比.網(wǎng)絡(luò)采用總線型結(jié)構(gòu)，令牌傳遞信息的通信方式保證了信息的可靠傳遞，并且能夠方便的增加PLC的連接數(shù)量，有利于生產(chǎn)線的升級改造.此外，在出現(xiàn)故障時也易于及時檢修，使系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的使用效率.

　　根據(jù)上述的分析，結(jié)合實際情況，本系統(tǒng)應(yīng)采用的是由松下PLC構(gòu)成的分散式PC-LINK網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（如圖1所示）.

　　3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　主機單元使用工具口（RS232C）能夠與觸摸屏或計算機實現(xiàn)通信.此外，我們還可選擇帶有RS232C和RS485接口的通信卡實現(xiàn)通信功能.全方位通訊功能意味著不僅能實現(xiàn)1:N通訊，而且通過PC-LINK網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)PLC最多達(dá)16站的鏈接繼電器與鏈接寄存器的鏈接功能操作.

　　根據(jù)計算機所發(fā)出的命令來監(jiān)測，控制正在運行的PLC,并且PLC能夠?qū)⑦\行的信息返回給計算機，在兩者之間實現(xiàn)會話層.計算機發(fā)送指令給PLC,PLC響應(yīng)（發(fā)送響應(yīng)信息）接收到的命令.PLC響應(yīng)來自計算機的命令并自動返回響應(yīng)信息，因此PLC可以不用編寫通信程序.