基于GE Fanuc產品的 PBS汽車總裝生產線監控系統設計

[摘要] 本文介紹了PBS的定義，用途，以及昌河鈴木汽車PBS生產監控系統的構成，監控界面的設計，iFIX過程數據庫（PDB）建立的過程。并對三菱Q系列PLC，以及iFIX和PLC通過OPC進行通信的各部分設置等方面進行了論述。
關鍵詞：噴涂車身存儲系統 iFIX PLC OPC 數據庫
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系統的總體概述
1.1現代的汽車生產線中，經常在涂裝和總裝之間需要預留一個車輛緩沖區（也就是一個臨時的車輛存儲區），通過這個緩沖存儲區，上層可以通過生產計劃任務來實現車輛按計劃，按步驟，有次序地進行生產。因此這個車輛存儲區的意義將變得十分重大，它關系到整個生產系統的調度效率，生產節奏，以及產品質量等等。基于這個緩沖存儲區，并且來維護和監控這個存儲區，我們把這個系統定義為PBS系統（PBS為Painted Body Store的縮寫）。PBS系統是連接汽車生產線的涂裝和總裝過程的一個中介緩存區。目前，PBS系統已在廣州本田以及國內的少數幾家汽車廠家中成功應用了。
1.2 PBS系統的車體存儲和輸送采用的是摩擦輪式的輸送結構，在存儲區中有4條車輛存儲線，1條調度返回線（用于車輛的緊急調度）和1條上總裝線（用于車輛從PBS庫中上件到總裝線進行總體裝配）。PBS系統由三套三菱Q系列的PLC進行控制，各PLC間通過三菱H網連接成網絡，同時設有管理現場計算機，來實現生產現場的車輛和空臺車分布情況的實時監控，并能顯示出存儲區內的車體的生產信息（如車體的顏色，型號等等）。
　1.3 與ＰＢＳ系統相關的上下層結構簡圖a如下所示：


(a) 系統結構簡圖

其中ＥＲＰ是所有子系統的最頂級，ＥＲＰ(Enterprise Resource Planning)是企業資源規劃的縮寫，其中包括產品材料采購，產品研發和制造，MES (Manufacturing Execution System是制造執行系統)，產品銷售，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，監控界面在現場管理計算機上，能和底層的PLC進行雙向的通信，從而能夠對現場進行控制，例如車輛調度，啟動停止PBS系統等。
2 基于iFIX組態軟件的監控界面的設計
在PBS生產監控系統中所用到的組態軟件是GE Fanuc公司生產的iFIX組態軟件。iFIX的圖形功能很強，支持多種圖形格式，有可追加的圖形庫，內容豐富，界面的設計，網絡的通信，數據庫的管理變得十分方便和靈活。
2.1監控界面的設計
在PBS生產監控系統中主要包括以下幾個界面：
1 監控系統主界面，用于操作人員或生產管理者在現場管理計算機上進行察看車庫中所有車輛的信息以及各個部分所處的狀態，比如說電機是否工作正常，一些現場操作盒是處于手動狀態還是自動狀態等等。主界面的目的是從部分上察看細節。
2 總覽界面，是主界面中略去了一些次要的信息，是從系統的整體上進行監控系統是否運行正常。
3 報警界面，利用iFIX中的報警一覽控件，將整個生產系統的所有報警進行統一的管理顯示，并可以按照一定的順序進行排序，報警的統計以及報警后的相應處理等等。
4 生產報表，利用組態軟件中的水晶報表，通過生產報表可以很好的實現上層管理人員對系統進行管理。
5 車輛信息界面，是通過以太網從MES層的數據庫中獲得所需的信息（車體的顏色，車體的型號，重量，車輛入庫出庫時間等），并將信息顯示在該界面中。
6車型跟蹤界面，該界面的目的是對整個庫區里的車輛進行實時的記錄跟蹤,并同時對SQL SERVER數據庫中的車輛跟蹤表進行刷新，以便系統根據生產任務計劃進行車輛的自動調度出庫，如圖b所示。

(b)車型跟蹤界面
2.2 iFIX過程數據庫PDB（Process Database）的建立
iFIX采用面向對象的數據庫設計方法，數據庫主要是以數據塊的形式構成的，不同的數據塊所實現的功能不同。可以將多個數據塊按先后的順序連接起來，就組成了數據鏈。在數據鏈中，數據從一個數據塊傳遞到下一數據塊來實現一些功能的組合，數據鏈能夠讀取底層的數據，產生報警并自動完成某個過程。規模較大的過程控制系統包括較多I/O點，用簡單的數據塊實現起來較為復雜，因此可以通過設計多個數據鏈，每一條鏈完成某一功能，或實現控制過程的某一特定功能，這樣就可以使問題簡化。
在PBS系統設計中，為了讀（寫）PLC中設備的數值，采用了DI塊（數字量輸入塊），DO塊（數字量輸出塊），AI塊（模擬量輸入塊）和PG塊（程序塊）等。

2.3 監控系統的事件調度
在實際中有一些任務希望在特定的時間或時間間隔進行，或過程發生變化時進行，這就是所謂的調度問題。在iFIX組態軟件中有兩種調度，分別是基于事件的調度和基于時間的調度，為了調度這些任務，需要根據實際需求定義觸發這些動作的時間或事件。下面的這段代碼是判斷某個車位有無車輛以及在各個條件下相應的做何種操作。
事件調度腳本程序如下：
Private Sub Vehicle_OnTrue() // 調度事件發生條件 FIX32.FIX.STATE.F_CV為真時
Dim a as variant // 定義一個變量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志位
a = readvalue ( “Fix32.Fix.STATE.F_cv” ) //讀取STATE標簽中的值
If a = 1 then
b = state(1) //state為關系數據庫中標志某個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) // 將車的顏色設置成從數據庫中查到的顏色
PBS.type.visible = True //標志車輛類型的文本type可見
PBS.type.captain = typename(1)//將該車位type與DB中typename相對應
end if
while a = 1 //等待著標簽STATE中值的變化
a = readvalue ( “FIX32.FIX.STATE.F_CV“ )//不斷的讀取標簽中的值
Doevents //允許操作系統處理等候在隊列中的事件和信息
wend
end if
if a = 0 then
User.Veh.CurrentValue = 0 // 該位置的車輛不可見，Veh設置為0
PBS.type.visible = False // type不可見
End if
Call SeekDB( 1,2 ) // 更新關系數據庫中的下一個位置，SeekDB是更新數據庫表中記錄的函數
End sub
3 PBS系統中MITSUBISHI Q PLC的簡介
在PBS生產監控系統中底層所使用的是三菱公司生產的Q系列PLC，PLC Type 為：Q12H。QCPU主要具有如下新特點：
(1) 可控制較多的I/O 點；
(2) 可以實現高速處理；
可編程控制器的部分類型，已經實現了高速處理。（例如當使用LD指令時，Q12HCPU，0.034µs）；
(3) 通過與GX Developer 的高速通訊提高調試效率；
(4) 可提供AnS 系列I/O模塊或特殊功能模塊
對于Q 系列，如果沒有適當的模塊，可通過使用QA1S65B/QA1S68B 擴展基板單元，AnS 系列I/O 模塊或特殊功能模塊也可用于QCPU。
4通信部分的設置
4.1 PLC中的網絡參數設置
PBS系統和底層PLC間的通信方式采用的是OPC(OLE for Process Control) ，OPC的出現為基于Windows的應用程序和現場過程控制應用建立了橋梁，PLC的通訊模塊采用的是QJ71E71。
通信參數在PLC開發軟件GX Developer 上進行設置，Network parameters中的MELSECENT/Ethernet設置如下：
起始I/O號： 寫入QJ71E71模塊所插的I/O槽起始地址
網絡號： 即Ethernet的network ID(例如：1)
操作設置： binary或ASCII，選binary
IP地址和數字格式： 選擇一種格式并根據格式寫入IP地址
運行中允許寫入： 選中復選框表示運行中監視的變量值可修改
在開放設置中選定配置端口號：注意數字格式轉換，如十六進制的2000表示的端口號為8192通訊格式選TCP, unpassive,其余用默認設定即可。
4.2 在iFIX的過程數據庫（PDB）中訪問OPC Server
工作臺能夠使用一個OLE for Process Control(OPC)服務器發送和接收數據。通過完成塊的I/O驅動器域，您可以配置任何數據庫塊接收和發送OPC數據。
OPC地址語法如下所示：
ServerName; GroupName; ItemID; AccessPath
其中ServerName是OPC服務器的名字，GroupName是要訪問的OPC組的名字，ItemID是要讀寫的OPC項目的名字。AccessPath是可選項，它指示服務器如何訪問數據。
最終的配置如圖c所示：

(c) iFIX的過程數據庫（PDB）的配置
4.3 MelsecExplorer的設置
在實際生產中，通過MelsecExplorer軟件來采集來自PLC的底層信號，再和PowerTool軟件實現通信，將經過處理的信號最終傳遞給iFIX過程數據庫（來從底層進行信號采集）起到監控的效果。在MelsecExplorer中的Edit菜單下選擇Ports選項，在General下選擇Ethernet，所進行的設置如圖d所示：