唐月夏 李光平

摘 要：为提高组态监控的直观性和人机交互性，设计了自动化生产线加工单元的三维监控系统。该系统以PLC为核心控制器，利用态神组态软件建立三维模型。根据加工单元的控制要求，完成了控制程序的编写和组态界面的设计。试验结果表明三维监控系统工作稳定可靠，画面真实感强，实时交互性好，符合工业应用要求。

关键词：三维监控系统;组态软件;PLC;加工单元

0 引言

组态软件作为数据采集与过程控制的专用软件，被广泛地运用在教学、科研以及企业生产自动化中。组态监控系统需要实时采集现场数据并将设备运行状况直观地展现出来，因此，如何设计人机交互友好、直观明了的组态监控系统，是提高生产自动化程度的前提。

目前，组态软件设计的实时监控系统绝大部分是二维平面的，采用插入图元的方法设计组态界面，以各角度（主视、左视等）的二维图元代表各部件的三维动作，界面不具备三维效果、不够直观。国内外学者研究高级编程语言、二维图元角度变化等方式进行三维仿真[1-4]，具有一定的三维视觉效果，但是存在计算复杂的不足。

本设计以自动化生产线的加工单元为例，基于态神组态软件设计组态界面，直接建立三维模型，能够全方位动画显示，实现真正意义上的三维监控。

1 加工单元控制要求

本文设计的加工单元三维监控系统由上位机、PLC以及加工单元共同构建而成，如图1所示。该系统的控制采用PLC作为控制核心，根据检测传感器信号控制各电磁换向阀动作;采用计算机作为上位机，其主要功能为显示设备实时动作。

加工单元是自动化生产线的重要组成部分之一，其功能是完成把待加工工件在加工台夹紧，并移送到加工区域冲压机构的正下方;完成对工件的冲压加工，然后把加工好的工件重新送出的过程。

加工单元主要的结构组成为：滑动加工台、冲压机构、气爪等，其结构如图2所示。

加工单元从初始状态为：气爪松开，伸缩气缸伸出，冲压气缸上升。

加工单元启动后，若检测到气爪中间有零件，则依次完成以下动作：气爪夹紧→伸缩气缸缩回→冲压气缸下降→冲压气缸上升→伸缩气缸伸出→气爪松开。

2 PLC控制程序设计

在加工单元工作过程中，系统控制对象为：夹紧气缸、伸缩气缸以及冲压气缸的电磁换向阀。需要检测的参数为各气缸动作的极限位置以及物料的到位情况。

根据加工单元的控制要求，整个加工单元的数字量输入点数为8点，数字量输出点数为3点，I/O地址分配表如表1所示。

根据I/O总点数，选取PLC型号为三菱FX2N-32MR，其硬件接线如图3所示。

加工单元控制程序使用GX Developer软件编写、调试，其工作流程如图4所示。

3 加工单元组态方案设计

采用态神组态软件实现加工单元工作过程的实时图像监视。该软件可以直接建立三维模型，也可以导入其他三维软件建立的立体模型。具体流程包括：新建工程、创建IO设备通信、建立实时数据库、设计人机界面、以及动画连接[5-6]。

IO设备通信是工控监控中非常重要的环节。系统就是通过IO设备通信驱动与现场设备进行通信采集。根据PLC硬件选型，新建三菱FX编程口系列驱动[7-8]。

根据加工单元的控制要求及I/O分配表，具体定义变量，建立实时数据库，如图5所示。

绘制加工单元的动画部分，包括冲压气缸、伸缩气缸、气爪、滑台以及支撑部分等。设计的人机界面如图6所示。

将人机界面中的图形对象与实时数据库中的数据对象连接，并设置相应的动画属性。经由上述步骤，完成加工单元三维监控界面设计。

4 三维监控系统运行调试

选用RS-232通讯线将计算机与PLC连接，将控制程序下載到PLC，与加工单元实物进行调试。试验结果表明，加工单元三维监控系统的动态显示实时、准确，各种动作功能均可达到预期目标。通过拖动鼠标转换观察角度，实现全方位三维监控。左前方观察滑动工作台伸出如图7所示;右前方观察滑动工作台缩回，气爪夹紧，冲压气缸下降，进行冲压加工如图8所示。

5 结束语

本设计通过PLC做为核心控制器，利用态神组态软件进行加工单元的三维组态设计，真正意义上实现了加工单元工作过程的三维监控，使得监控界面更为直观，制作简单快捷，为自动化生产设备的智能化控制提供了设计基础。

参考文献：

[1]孙立新，徐良君，杨东宇，董玉召.基于MCGS的三维动态仿真系统开发[J].机械设计与制造，2017，10（10）：159-163.

[2]周瑜，张文能.电气控制与PLC技术半实物仿真实训装置构建[J].实验室研究与探索，2017，36（07）：159-163.

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[5]梁云峰，谷凤民，陈宇.PLC及组态王在YY-18型透明液压传动演示系统改造中的应用[J].机床与液压，2016，8（04）：159-162.

[6]张良，韩彦军，王艳莉.基于PLC的气动摆模机械手控制系统设计[J].液压与气动，2016，11（09）：92-97.

[7]三菱电机自动化（上海）有限公司.FX2N系列微型可编程控制器使用手册 [M].2001.

[8]南京新迪生软件技术有限公司.态神组态软件使用手册 [M].2009.