摘要：研華PAC架構(gòu)設(shè)計的ADAM-5550KW 嵌入集成系統(tǒng)開發(fā)出--全自動數(shù)控多軸數(shù)繞線生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。依靠PAC強大的數(shù)據(jù)運算能力，該控制系統(tǒng)實現(xiàn)了多軸數(shù)的數(shù)控繞線機中特殊的二次程序設(shè)計功能，從而能夠輕易實現(xiàn)同一設(shè)備生產(chǎn)不同工藝的繞線定子，具有非常好的柔性和工藝安全性，達成大量生產(chǎn)效果。本文介紹的一種基于全套研華PAC產(chǎn)品的全自動數(shù)控繞線生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮了PAC控制器的開放性，便捷性，網(wǎng)路性，從而實現(xiàn)了二次開發(fā)簡便，適應(yīng)性強，擴展性能更高的要求。
前言：
      近年來經(jīng)濟快速發(fā)展，除了滿足國內(nèi)的需求之外，也會針對國外高價值產(chǎn)品提供相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備，提出更具競爭力的設(shè)備方案作為外銷利器。隨著眾多產(chǎn)也需要電力規(guī)格轉(zhuǎn)換的需求，使得各式各樣的電機工藝生產(chǎn)工藝要求更加嚴峻。
      眾所周知，電機的定子線圈的質(zhì)量直接決定著電機的性能，所以對數(shù)控繞線設(shè)備性能的要求可謂日趨嚴格，所以國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)使用的高端的電機繞線機還是大量由日本，美國，以及一些歐美企業(yè)提供。國內(nèi)繞線機生產(chǎn)企業(yè)也在積極突破，開發(fā)更能適應(yīng)國內(nèi)市場，質(zhì)量更好，靈活性更大的繞線機，目前市場上的數(shù)控繞線生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的種類繁多，但基本采用的是PLC + 觸摸屏，專用數(shù)控系統(tǒng)等架構(gòu)，此架構(gòu)功能單一，配套功能有限，功能擴展更是一個瓶頸，不能滿足產(chǎn)品多變需求對數(shù)控繞線機生產(chǎn)線系統(tǒng)的大量生產(chǎn)需求。
一、 系統(tǒng)需求：
1.1 每組三軸運動控制，扁平電纜和飛叉軸配合運動；
1.2 統(tǒng)管四十八軸多軸數(shù)同步繞線運動，可以同時繞高達十六組定子電機；
1.2 完成自動扁平電纜，自動多層，多極，多段繞線；
1.3 每個工序的動作可自由組合編輯，最終客戶可以簡單通過工藝二次開發(fā)；
1.4 人性化的用戶操作接口，以及簡單的操作方法；
1.5 無限組大容量參數(shù)配方存取；
1.6 方便進行I/O擴展，運動軸的擴展；
1.7 突破以往的單機生產(chǎn)方式，滿足長型距離生產(chǎn)線設(shè)計需求；
1.8 實現(xiàn)高繞線精度，繞線精度+0.01mm，飛叉：0.5度；
1.9 應(yīng)用系統(tǒng)SQL資料庫的收集與分析；
1.10 所使用的系統(tǒng)需保證適合工廠的震動、溫度、連續(xù)生產(chǎn)等苛刻要求；
1.11 具備易更新維護，易配線等特點；
1.12 具備遠程維護操作與遠程更新等功能；
二、系統(tǒng)架構(gòu)：
      根據(jù)分析，需要實現(xiàn)以上功能，采用一般的PLC+觸摸屏方式將遇到：多軸聯(lián)動控制的難度；二次工藝開發(fā)的難度；大容量參數(shù)配方存取的難度；系統(tǒng)自由擴展的難度：遠程監(jiān)控與維護的難度；資料庫應(yīng)用與分析的難度；長型生產(chǎn)距離設(shè)備的擴充困難。若是一般的行業(yè)專用控制器或者數(shù)控系統(tǒng)則會遇到：擴展性能欠缺；二次開發(fā)難度大；大容量參數(shù)配方存取的難度；遠程監(jiān)控與維護的難度；資料庫應(yīng)用與分析的難度；針對多軸數(shù)控制與資料收集額外需要工控機做處理。
      而這些正是PAC作為新一代自動化控制的優(yōu)勢所在。能夠充分發(fā)揮類IPC的強大運算功能和數(shù)據(jù)處理能力保證客戶實現(xiàn)二次開發(fā)平臺的建立和大容量數(shù)據(jù)的處理，又能夠使用簡易的PLCopen程序設(shè)計方式，基于Windows CE或者Windows Xpe的開放架構(gòu)，客戶甚至可以同時使用各種高級語言（C++,.NET等）進行開發(fā)應(yīng)用程序，應(yīng)用程序甚至工藝模塊程序完全編譯下載，無法上傳源代碼，保證程序的安全性；豐富的接口（以太網(wǎng)，串口，USB，VGA等）極大的方便客戶進行功能擴展。
      本案我們即采用了研華PAC (如圖2所示)來進行開發(fā)?；赪indows CE操作系統(tǒng)，使用完全兼容IEC61131/3的指令開發(fā)下位機控制程序，采用.NET自由開發(fā)UI（User Interface）操作接口。如圖3示。

圖2 系統(tǒng)方案

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1 ADAM-5550KW是為控制任務(wù)而特別設(shè)計的，它即具有工業(yè)PC強大的運算能力，又具有PLC的高可靠性。它在單一平臺中實現(xiàn)了包括離散、模擬和運動和人機界面等多種功能。
2.1.1 采用WindowsCE操作系統(tǒng)；
2.1.2 ADAM-5550KW支持Modbus RTU/TCP協(xié)議；
2.1.3 內(nèi)建實時內(nèi)核，邏輯功能，數(shù)據(jù)處理功能，運動控制功能全部支持IEC61131/3五種程序設(shè)計語言；
2.1.4 采用KW程序設(shè)計環(huán)境，還支持梯形圖，功能塊，SFC圖形化語言的混合程序設(shè)計，如圖4所示，極大地方便了PLC客戶輕松掌握。
2.1.5 自帶2以太網(wǎng)口，4串口，2 USB接口，自由通訊擴展；
2.1.6 自帶VGA接口，支持大尺寸TFT工業(yè)顯示器，實現(xiàn)大尺寸HMI操作；

圖4  PAC支持混合程序設(shè)計

2.2 采用以分散式架構(gòu)的AMONet通訊總線作為長距離運動控制的核心技術(shù)，藉由AMONet總線來連結(jié)所有的AMAX-2241作為四軸運動控制模塊，支持松下伺服電機對三軸伺服進行精確控制，其特點如下：
2.2.1  四軸獨立4MHz脈沖輸出運動控制模塊；
2.2.2  支持三軸線性插補、2軸圓弧插補運動，連續(xù)插補功能；
2.2.3  支持Latch，Compare輸出功能。
2.3  ADAM-5051S 16路隔離數(shù)字輸入模塊；
2.4  ADAM-5056S 16路隔離數(shù)字輸出模塊；
2.5   ADAM-5024  4信道模擬量輸出模塊，實現(xiàn)模擬量漲力控制；
2.6 采用Microsoft .Net結(jié)合研華LogixView庫進行UI接口開發(fā)。Logixview功能庫為客戶提供常用的HMI控件和Modbus RTU/TCP等通訊控件。輕松開發(fā)人機界面可以采用Sql ce開發(fā)數(shù)據(jù)庫，大容量變量通訊和量存儲，充分發(fā)揮PAC的大容量數(shù)據(jù)處理功能。
二、 技術(shù)實現(xiàn)：
繞線工藝一：

繞線工藝二：

3.1 二次開發(fā)功能：
      本系統(tǒng)采用了流程控制的開發(fā)模式，即系統(tǒng)將執(zhí)行動作分割為18個局部動作和4組標準的繞線方式，運行時按照“工序1 工序2 …  工序n＂的順序依次執(zhí)行各個工序相應(yīng)的動作。任意工序上的動作可以選擇任意的局部動作或繞線方式，友好的人機界面可以適應(yīng)用戶靈活的編輯特有的工藝或者秘密加工工藝。用戶通過對各個動作的二次程序設(shè)計，實現(xiàn)特殊工藝的二次開發(fā)。由于基于PAC開發(fā)，操作人員只需要在觸摸屏上簡單點擊選擇，設(shè)定一下參數(shù)即可，而無需重新學(xué)習(xí)復(fù)雜的程序設(shè)計語言。降低了操作人員的技術(shù)要求，從而在增強系統(tǒng)的柔性的同時，降低了工廠的人力成本。

圖５動作編輯畫面

3.2 大容量數(shù)據(jù)處理：
      通過Modbus TCP在上下位機（在Adam-5550內(nèi)部人為分割成兩個系統(tǒng)，實時內(nèi)核充當(dāng)下位機，WindowsCE系統(tǒng)充當(dāng)上位機）傳輸近4000個Real型數(shù)據(jù)。在上位通過SQL for CE的數(shù)據(jù)庫處理，充分發(fā)揮PAC的能力，保障了滿足繁瑣加工工藝的要求，以保證更好的產(chǎn)品質(zhì)量。同時Adam-5550預(yù)留的兩個以太網(wǎng)口，以及４個串口同樣通過MODBUS可以與第三方設(shè)備進行通訊，保證了程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一致性，也為之后實現(xiàn)企業(yè)信息系統(tǒng)或者功能擴展留好的接口。
3.3 典型動作工藝：
      整個系統(tǒng)包括統(tǒng)管十二軸多軸數(shù)同步繞線運動，可以同時繞四到八組定子電機，每一組控制16個氣缸的動作，延時，扁平電纜，飛叉，四種繞線方式，分度，漲力等２２個動作，客戶可以通過編輯這２２個動作的順序與各動作的參數(shù)實現(xiàn)不同的工藝（如圖６）。并且允許客戶使用循環(huán)嵌套的方式編輯重復(fù)的動作，這樣就大大地增加了客戶工藝的自由度。也完全消除了最終客戶害怕自己的繞線工藝被設(shè)備廠商獲悉的陰影。

圖6 工藝畫面

      為了適應(yīng)外轉(zhuǎn)子式定子繞線特殊的加工工藝，集成了極繞、前后空、層繞等多種繞線方式。如圖８所示。使用IEC61131/3，將復(fù)雜的多軸連動，插補等運動控制功能，通過簡單的功能塊參數(shù)設(shè)置的方式實現(xiàn)，極大地縮短了開發(fā)周期，并且系統(tǒng)的穩(wěn)定性也得到了很大的提高。如圖７所示：

圖７運動控制程序設(shè)計方式

圖８　典型的三種繞線方式

3.4 配方功能：
      設(shè)置了配方編輯和存取功能，用戶可以根據(jù)不同的加工工藝，可以編輯無限多的配方檔，并支持在線傳輸或者U盤導(dǎo)入功能。只要一次編輯，即可無限調(diào)用，大大節(jié)約了用戶的時間和測試成本，以及對工藝的管理更清晰、更保密。見圖６。
3.5 測試功能:
      完整的測試接口，支持IO在線測試功能。加上直觀的人機畫面，可以手動強制測試判斷各輸入輸出的正確性。各運動軸的在線調(diào)試功能，直觀的顯示各軸當(dāng)前的坐標。見圖９。
      設(shè)置了扁平電纜軸軟限位功能，保證模具和設(shè)備的安全，節(jié)省了維護成本。
      報警功能，自動顯示系統(tǒng)狀態(tài)出錯的信息，精確到某個氣缸沒有到位的報警信息，大大節(jié)約了使用者對設(shè)備的維護時間和成本。

圖９　測試畫面

四、結(jié)束語：
      采用PAC的架構(gòu)設(shè)計的數(shù)控自動繞線生產(chǎn)線，即具有工業(yè)PC強大的運算能力，又具有PLC的高可靠性保證適合工廠的震動、溫度、連續(xù)生產(chǎn)等苛刻要求，藉由AMONet分散式擴充系統(tǒng)具備易更新維護，易配線等特點，將電機驅(qū)動擴充與距離無限延伸。
      直觀簡潔的配方設(shè)定功能，無限量的配方存取，簡單的操作接口，極大地降低了用戶工藝的開發(fā)和管理成本，多種加工工藝可隨意自由組合實現(xiàn)的二次便捷程序設(shè)計功能。
      具備SQL資料庫的收集與分析，將生產(chǎn)結(jié)果完整記錄下來，所使用的系統(tǒng)需具備遠程維護操作與遠程更新等功能即滿足用戶的多樣需求。