电子器件生产设备联动技术分析论文
1引言
电子器件生产设备联动的电控技术最基本的要求是让设备之间能够相互通讯，通过通讯获得不同设备的运行状态和数据信息，对这些状态和数据进行分析管理，协调各设备的运行，实现整条线的自动化和智能化生产。简单的状态和数据分析可以在PLC中完成，比较复杂的则需要上位机分析处理，甚至人工来操作管理，在这个过程中以工控机为代表的上位机起着重要作用。工控机可以协调指挥各个机台的运行，传递各种参数，优化运行流程，可以生成各种报表，让自动线的各种信息分级呈现给操作者和上级领导，每级生产人员也都可以在自己的权限下对设备进行操控。控制线路是电子器件生产设备联动安全可靠生产的重要保证,好的控制线路不但能够保证人员的人身安全,还能保证产品质量的稳定性和可靠性。控制程序是联动生产线自动化、智能化的核心要素，控制程序包括动作控制程序和工艺参数管理控制程序。动作控制程序是生产线稳定可靠生产的重要条件，要保证联动生产线自动化生产，设备的每个动作都必须得到精准的控制；工艺参数管理是自动线的核心数据管理，不同的产品有不同的生产工艺，在生产设备上体现出不同的生产参数。一条自动线上面，同时可能会出现多种规格批次的产品，智能识别并按照不同规格的产品调整设备参数是自动线智能生产的重要前提。产品的工艺参数一般储存在自动线的数据库中,由PLC或者工控机统一管理，各个设备可以相互调用，各种设备的生产数据也能及时反馈给上位机，便于生产的监控和管理。
2电子器件生产设备的联动组网方法
2.1单PLC主机加扩展模块的方法
一些简单的设备联动只需要在设备上加装新的机构就能实现联动功能，或者就可以并入联动线中，这种联动线可以采用单PLC主机加扩展模块的方法。这种方法操作简单、成本低廉，只需要购买相应的扩展模块加装在PLC主机后面，将新机构上面的线路引入扩展模块，然后编写新机构的程序，对原机程序做一定的修改便可以完成联动功能。我司曾经开发的第一台A型元器件自动线就是采用单PLC主机加扩展模块的方法设计。如图1所示该自动线以头部机构PLC作为主机，将其它所有机构的PLC作为新加机构并入主机中。整机由一个PLC（PLC型号：FX3U-48MT，扩展单元型号：FX2N-16EX、FX2N-16EYT）总控，各功能单元线路从线槽接入总电控柜。自动线的头部和尾部设置触摸屏，用于数据的输入和更改，显示执行的工艺参数、故障报警信息、运行信息等。单PLC主机加扩展模块的方法适合用于联接一些比较简单的设备，这种设备或者长度不长或者没有模拟量和脉冲量的接点，否则这种方式将严重影响控制质量甚至不能使用。因为线路距离太长模拟量和脉冲量容易受到干扰。这种控制方法也加大了接线量，不适合检修和移动搬运。
2.2多个PLC主机相互通讯的方法
对于多台设备，且设备各自拥有相应的PLC主机和程序，这种设备之间的联动可以采用PLC主机相互通讯的方法完成。主机间相互通讯有两种方法，第一种方法采用简单的I/O口采集信号进行通讯。这种通讯方法的优点是方法简单，成本低廉。缺点是通讯量太少，无法采集较多的状态信息和工艺参数，形成不了深度联动控制。第二种方法是采用PLC间的通讯协议进行通讯，每个品牌的PLC都提供了和其它PLC、智能仪表以及上位机通讯的接口和协议。只需对相应的接口进行连接，按照通讯协议进行编写程序就能做到相互通讯。我司开发第二代A型元器件自动线，就是采用三菱PLC间的通讯协议进行通讯的方法设计的。自动线各个机构PLC之间采用RS485的通讯模块进行组网连接形成N:N网络。N:N网络就是在最多8台FX可编程控制器之间，通过RS-485通信连接，进行软元件相互链接的功能，如图2。1）根据要链接的点数，有3种模式可以选择。(FX0N，FX1S可编程控制器除外)。2）数据的链接是在最多8台FX可编程控制器之间自动更新。3）总延长距离最大可达500m。(仅限于全部由485ADP构成的情况)。关于N:N网络的详细内容请看三菱通讯手册，这里不做介绍。通过N:N网络可以在每个设备的PLC中获得其它设备的状态和参数，有了这些信息就可以相互协调、深度联动。在对设备联动进行电控设计时有两种方法来使用N:N网络：当联动的设备是已有的设备且各自拥有程序时，每个设备可以将相应的参数放入储存器中转站中，这样每个设备既可以读取其它设备的信息，又可以将自己的信息共享给别的设备；当联动的设备是新开发或者新加的设备时，可以将新加的PLC只是作为一个I/O扩展模块来用，运行程序写在其他主机，将输入点的信息放入中转站，把中转站的输出信息发给输出点。这样做的优点是把小型PLC变成大型PLC使用，不用做繁琐接线和通讯，主机程序易于编写，缺点是主站从站之间的通讯速率相对较慢，对控制速度有要求的设备无法实现。
2.3多个PLC主机和工控机连接、工控机统一管理通讯的方法
对于自动化、智能化要求较高的设备联动，可以采用多个PLC主机和工控机连接，工控机统一管理的通讯方法。这种控制方式的优点是在不影响PLC控制的前提下，可以对加入联动的设备有较高的管控度，比如可以实时监控一切想要监控的数据，对数据进行大量的分析运算，形成报表、各种分析图像，并保存归档；同时还可以分级呈现到操作者、中层管理者，甚至可以通过Internet网络远程呈现给高层管理者，各级操作者也都可以在自己的权限下对设备进行操控。这种通讯联动的方法也是目前工业领域中德国提出的“工业4.0”，美国提出的“工业互联网”，以及中国提出的“中国制造2025规划”的基础。我司开发的B型元器件自动线就是采用8台三菱PLC和1台工控机连接、工控机统一管理的通讯方法进行开发设计的，连线图如图3。在工控机的RS232串口后面连接一个RS232转RS485的通讯卡，或者直接在主板上安装一张PCI接口的RS485通讯卡，然后每个PLC上的扩展口上安装一块RS485的扩展卡，将各个通讯端口串连起来即可，如图4所示。工控机在工业控制领域占着非常重要的位置，在大型化工厂及各种重工业领域应用较为广泛。随着工厂对设备自动化、智能化需求的提高，工控机慢慢普及到各种小型工厂，因此熟练掌握工控机的应用，是每个工控人必备的技能。设备联动这一块的技术对于工控机的要求，主要是要熟悉各种PCI扩展板和组态软件的使用。我司开发的B型元器件自动线应用的是目前国内较为流行的组态王软件，这种软件的特点功能强大，操作简洁.
3电子器件生产联动设备的电控技术
3.1联动设备一次线路的设计
不论是新设计开发的联动设备还是将现有设备进行联动,都要设计一些电气线路,机台内部的线路可以按照相关标准设计,这里主要介绍联动设备的总进线的设计及控制问题。一般小型联动设备的电源可以集中成一条总进线，然后由接触器分到各设备进行控制，我司开发的A型元器件自动线就是这种控制方式。这种方式的优点是线路设计简单，控制程序比较容易编写。对于功率比较大或者联动较长的设备，由于功率大或者走线太长，不适合用这种方式。采用这种线路设计的设备一般可以采用2.1节和2.2节介绍的设备联网方法进行连线。对这种总进线的控制一般采用硬件控制和软件控制的双控方法控制。对于大型联动设备，一般联动中的设备要么功率比较大，要么整条线比较长。对于这种设备的电源控制，最好采用分开独立控制。设备间采用2.3介绍的联网方式进行通信，因此这种设备的电源控制在紧急情况下既可以单独关断，也可以使用上位机关断，能够很好的保证整个联动设备的安全性。
3.2联动设备的程序设计
3.2.1单PLC主机加扩展模块联动设备的'程序设计这种联动设备的程序编写主要是在原有程序上进行修改,不涉及到通讯等问题，也不涉及到工艺参数管理。它的主要难点是有时要改变原有机台的动作时序和程序流程，一般编写合理的程序都有一个清晰的框架，修改这种程序最好不要更改它的框架，只需要在原程序后面添加所需程序，对需要的状态信息只做引用，越少更改原程序越合理。在更改的地方最好是不删除只添加，最大限度的保证原程序的原貌，这样做有益以后的更改和找错。进行程序设计时，先要对原程序的动作时序和结构框架有一个清晰的认识，最好画出动作时序图和程序流程图，先对动作时序图和程序流程图做添加修改，然后编写程序，调试程序时，先更改作时序图和程序流程图然后更改程序。程序编写时每步都要写注解，编写完成后要写详细的设计笔记。这样有益于下次的更改、少做重复的试错，能够花较少时间想起以前的设计思路，找出其中的问题。3.2.2多个PLC主机相互通讯联动设备的程序设计对于多个PLC主机的程序设计，不但要考虑每个主机的程序编写，还要考虑到它们之间相互通信和参数管理方面的问题。每个PLC主机控制的设备，其控制程序相对比较独立，多个设备联动时，动作需要相互协调配合的地方主要在设备的入口处和出口处。工艺参数相互交互的地方一般在此处也较为常见。设备入口和出口处的程序最好做成标准接口。标准接口使得程序结构清晰，有利于程序的再利用和调试找错。以我司B型元器件自动线中烘箱间的出入口程序为例。如图5所示，每个烘箱的出口和入口都有一个标准的接口，每个接口都有5个信号和一个工艺参数信息。当烘箱出口处需要出盘时发出出盘请求信号，接收到出盘允许信号时执行出盘动作，动作完成时，将参数信息发送到中转站，并发出出盘完成信号，当接收到出盘异常时报警，接收到出盘正常信号时，整个出盘动作完成。在下一个烘箱入口处，当接收到进盘请求信号时，判断条件是否成熟，当条件成熟时发出允许进盘信号，接收到进盘完成信号时，判断进盘是否正常，如果异常发出异常信号，如果正常发出正常信号并读取工艺参数。多个PLC主机相互通信，一般通信量有限，而且通信量越大占用的扫描时间就越长，因此如果能在主机中完成的控制任务就不要选择用从机完成而加大通信量通信量。若是避免不了通信的话，也可以采用少量多分批次通信的方法，对于需要高速处理的程序不能采用通信的方法完成。对于工艺参数的管理，可以分段存储在不同的PLC主机中，利用多个触摸屏分别和PLC通信，或者单个触摸屏运用RS485通信协议和多个PLC通信的方式进行工艺参数管理。3.2.3多个PLC主机和工控机连接、工控机统一管理通讯的程序设计这种控制方式的程序设计同样要考虑每个主机的程序编写，以及它们之间相互通信和参数管理方面的问题。其程序设计和3.2.2节基本相同。和3.2.2节不同的是PLC主机通信的对象由PLC变成工控机，进行工艺参数管理的也是工控机。工控机在这个控制中起到管理者和协调者的角色，因此工控机的程序设计是比较重要的一个环节。工控机的程序设计一般都是对各种组态软件的二次开发，现在市面上用得比较多的组态软件有：InTouch、WinCC、Movicon、组态王KingView等。工控机可以做动作控制，但它并不擅长做动作控制，这主要是因为它的稳定性、反应速度和成本都比不上PLC。所以涉及到动作控制最好由PLC完成。工控机的最大优势在于它的数据采集和处理能力，以及其强大的网络通信能力。现在的自动化、智能化设备越来越注重产品的数据采集与储存、分析处理，以及网络实时共享能力。对工控机的程序设计也主要从这几个方面着手。数据采集与储存就是工控机通过网络和各个PLC主机通信，建立变量后将需要的变量实时的采集到工控机储存，或者通过数据采集卡直接对数据进行采集并且储存。采集数据最重要的一点就是采集的频率问题，如果通过通信的方式采集数据，扫描频率一般在50毫秒以上。若需要更高的采集频率可以用专用的采集卡直接对数据进行采集。数据的分析处理可以使用多种方式，简单的处理可以直接通过组态软件自带的功能完成，形成各种报表，趋势图等分析图表，通过一定的编辑设置还可以形成报警信息并反馈回PLC，让PLC做出相应的处理。比较复杂的数据处理可以借助第三方软件来完成，一般这种软件都支持OPC接口或者DDE接口，它们和组态软件可以相互通信，通过第三方软件的开发和组态软件的二次开发，完成各种各样的强大功能。网络实时共享是指各个设备的PLC通过和组态软件连接后，底层执行机构、各个PLC主机、触摸屏，各个工控机都能实时将数据共享，甚至很多组态软件（如组态王）通过二次开发可以直接连接Internet，做到远程控制和管理。
4结语
我司自主开发的A型元器件自动线和B型元器件自动线，我主要负责电控线路的设计和程序软件开发。这两条自动线通过自动化手段将各个工序零散的设备连接起来，减少了产品生产周期，提高了生产效率，产品质量的一致性也得到了提高。设备的电控技术是一门多学科综合性很强的技术，涉及到自动化、计算机、传感器、通信、机械等多种知识，这种技术只有在长期的学习和实践中才能慢慢积累和提高。
参考文献
[1]《FX3U编程手册》日本三菱公司编写.
[2]《松下A5系列伺服电机选型手册》日本松下电器公司编写.
[3]《三菱触摸屏选型手册》日本三菱公司编写.
[4]程子华.PLC原理与编程实例分析[M].国防工业出版社,2007.
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