秦美玲广州市土地房产管理职业学校，广东广州 510320

OMRON PLC工控系统在焊接车间搬送线中的运用

秦美玲
广州市土地房产管理职业学校，广东广州 510320

本文主要叙述以OMRON PLC为核心工控系统在焊接车间移栽式搬送线中的应用。系统以GP PROFACE触摸屏为人机交互界面，MC421为运动控制核心，安川伺服电机为执行元件，基于DEVICE-NET开放式工业网络，组建以CS1H-CPU66为运算、指挥、调度中心的PLC控制系统。实现设备故障抢修的直观、快速、精准化。

CS1H；MC421；GP PROFACE；DEVICE-NET

为实现内作成本的下降，同时减轻员工的作业强度，结合现有生产线的空间条件，焊接车间在2007年导入了一套很有创意的悬空安装的工件搬送系统。但由于成本及工程标准设定的问题，该套设备在导入投产后故障频繁，已经成为影响焊接车间日生产能力的不稳定的主因。为确保生产能力的达成，该岗位需额外追加4 人/2勤的生产要员去对该工艺流程的品质及生产稼动进行监管，造成过高的设备及人员成本投入。

为彻底解决上述问题，通过全面的比较和分析，认为造成该套设备不稳定的原因主要是搬送设备执行元件的选型设计不合理、人机交互系统不友善导致，这些都可以通过对系统的升级改造来解决。具体可行的办法是：

1）升级执行元件的配置。变频电机→伺服电机，变频器→伺服控制器，实现零件定位的精准化。

2）升级人机交互界面。声光报警→声光报警+触摸屏，实现故障信息显示的精确化。

3）升级网络通信的方式。DEVICE NET→DEVICE NET+以太网，实现信息交互的快速化。

1 系统各部件选型依据

1.1 OMRON PLC CS1H的特性及OMRON工控网络特点

CS1系列PLC的特性：

1）目前OMRON所有PLC中处理速度最快的，容量最大的一个系列。

2）在指令处理速度、数据区容量、程序容量上大大优于C200Hα。

3）有较多可以自由使用的特殊单元，便于控制伺服电机的动作。

1.2 OMRON MC421运动控制模块的特性

CSIW-MC421是CSI系列的4轴动作控制器，它内置G语言程序，可以实现横切功能等高度的定位功能。常用的定位控制方式有2种，分别为PTP控制（Point to Point）：单独定位各轴的控制。中途路线因移动量、速度等变化；CP控制（Continuous Path）：不但控制起始位置和目标位置，还指定这2点间的路径。有直线插补、圆弧插补、螺旋圆弧插补、横切等功能。而本项目改造使用的是PTP控制方式。

1.3 OMRON DRM 21通信模块特性

CSIW-DRM21是OMRON公司生产的支持DeviceNet通信规约特殊通信模块，任何厂家的设备，只要是符合DeviceNet的标准，就可以通过它接入到PLC系统，它具备远程开关量和模拟量的控制及信息通信。而且，模块特性的设置则可以通过Configurator软件进行简单而有效设定的。

1.4 GP PROFACE 触摸屏特性

我们通常讲的GP其实是众多触摸屏厂家中的一种，是日本DIGITAL公司的产品，其全名是Pro-face GP，常见为GP2000、GP3000系列。GP与PLC的通信方式常见的有串口通信和以太网通信两种，可根据通信量和通信速度要求进行自由设定。本项目为了便于日后的维护修改以及提供通信的速度，使用的是以太网通信方式。

2 系统改造设计

2.1 方案改造需求说明

2.1.1 工艺流程

岗位员工完成作业内容→按下作业完成按钮→空中移栽机从待机位置启动并前进到人工岗位→空中移栽机上的搬运抓手向下动作抓取工件、完成并上升→空中移栽机返回并到达中间位置→空中移栽机上的搬运抓手旋转90°→空中移栽机再启动前行并到达放件位置→空中移栽机上的搬运抓手向下动作，将工件放置到下一工位的传送设备上→空中移栽机放件完成后返回到原待机位置并旋转90°恢复设备原待机状态。

2.1.2 系统功能指标

1）搬运工件重量：50kg。

2）横向行走速度：800mm/s，垂直动作速度：400mm/s。

3）旋转角度：30°/s。

4）最大行走距离8 000mm，垂直动作高度1 500mm

5）工件重复定位精度：±0.3mm。

2.1.3 系统经济、稼动指标

1）削减岗位要员4人/2勤。

2）设备稼动率≥90%。

为了有效的防御和减轻气象灾害，保障人民生命财产安全，国家各级部门不断制定各类防范措施，取得了一定的效果，对于社会发展起到一定的推动作用。但由于影响预警机制建立和有效运行的因素众多，因而在实际的工作中，仍存在一定的问题，制约了农业气象预警的发展。

2.2 总体改造方案

本系统采用OMRON公司的CS1系列PLC为控制、运算和调度中心，型号为CS1H-CPU65H。采用以太网模块CS1W-ETN01作为与上位机、触摸屏通信的信使，并以此构建维护用途（监控层）的区域局域网。以CS1WDRM21作为现场开关量输入设备的运算控制中心，构建设备开关的DEVICE-NET通信网络。使用OMRON公司的运动控制模块CS1W-MC421作为移栽机设备的控制中心，运用日本安川公司的伺服驱动器SGDV系列作为执行元件（伺服电机）的驱动单元，采用SGMJV系列伺服电机作为执行元件。使用PROFACE公司的GP4501TW触摸屏作为人机交互的界面，见表1、图1。

表1 系统设备清单

2.3 具体实施方案

2.3.1 供电回路、控制回路

按照强、弱电隔离的思路，对电气回路的供电、控制回路进行升级改造。

2.3.2 触摸屏设置

触摸屏要和PLC建立通信，就需要进行必要的设置。

其次，对触摸屏自身的控制数据以及PLC通信数据地址进行设定。具体为设定触摸屏开机自动跳转画面为20号画面（标准设定画面），与PLC的数据通信地址设定为LS10～20对应PLC内部的D5000～D5010。

2.3.3 CX-MOTION设置

使用OMRON公司的CX-MOTION软件对MC421运动模块的参数及动作轨迹进行设置。首先编写G语言程序，详细描述运动电机的控制逻辑顺序。其次，对模块的运动参数进行设置，如数据存储位置、设备的移动距离等。

2.3.4 PLC程序

根据启、保、停的原则重新编写PLC的所有梯形图程序。包括系统总的调度、运算程序以及移栽机的逻辑动作程序。

2.4 系统运行的结果

1）工艺流程：100%实现。

2）功能指标：100%实现，其中空中移栽机行走速度：高于目标800mm/s，实绩为1 000mm/s；垂直动作速度高于目标400mm/s，实绩为500mm/s。

3）经济、稼动指标：削减岗位要员4人/2勤，稼动率实现93%。

3 结论

出于削减生产小停，员工作业减荷，同时实现故障点的快速发现的目的，而对该零件搬送系统进行升级改造。虽然沿用原有设备的机械主体结构，但通过采用OMRON公司的成熟工控产品系列，同时考虑到生产技术的稳定性而采用技术更成熟的GP PROFACE公司的触摸屏产品，使整个系统的稳定性及信息交互性得到了极大的提高，为日后设备维护奠定了良好的基础。总的来说，这是一个成功的升级改造案例。

［1］廖常初.可编程序控制器编程方法与工程应用［M］.重庆：重庆大学出版社，2001.

［2］陈忠平.欧姆龙CP1H系列：PLC完全自学手册［M］.北京：化学工业出版社，2013，7.

［3］张敏.基于均衡生产的汽车焊装车间作业计划改善研究［D］.长春：吉林大学，2007.

［4］于建国.持续改善理论在一汽—大众焊装车间现场管理的应用研究［D］.长春：吉林大学，2011.

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