西门子6ES7517-3FP00-0AB0安装调试
校直切断机是用于将钢筋校直并切断成设定长度的设备。原有设备其校直速度仅30m/min ，随着建筑行业的不断发展，对校直切断机的生产效率和自动化程度提出了越来越高的要求。由上海交通大学和锡山市荡口通用机械厂联合研制的高速自动校直切断机其校直速度可达120 m/min ，生产效率和自动化程度大为**。随着校直速度的**，对控制设备的检测、控制、数据处理的实时性也提出了较高的要求。PLC 以其工作可靠（MTBF 为10 万小时以上）并适用于恶劣的工作环境而得到了广泛的应用。但传统的PLC是单任务型的，不能处理多任务模块。PCC （Programming Computer Contoller）是近年来发展起来的一种新型PLC ，它具有多任务处理能力，适合于控制功能复杂、对实时性要求高的场合。
1 PCC 的多任务处理原理
传统PLC 是单任务型的，应用程序对系统来说仅有一个。PLC的系统软件对应用程序反复执行，每执行一遍的时间称为扫描周期，PLC 的扫描周期多在1 – 5ms ，该时间足以能识别外部的按钮、开关等的输人并做出响应，这种输人输出的延迟能被大多数的开关型控制场合所接受。然而，在对实时性要求较高的场合，单任务控制方式显得不够灵活甚至不能胜任。
具有多任务处理能力的PCC 的结构模型如图1 所示，操作系统内核是具有多任务能力的标准操作系统，主要为多任务应用程序提供资源管理。模型的中间层是PCC 软件包，它在操作系统内核的基础上对系统任务、多任务应用程序进行管理。系统管理模块和系统任务模块管理系统任务，所谓系统任务是指操作系统的进程。高速任务模块和普通任务模块分别管理高速任务级别和普通任务级别的应用程序。PCC 软件包系统允许将用户任务（相对独立的应用程序模块）设定为高速任务级别（HS 一Task Class）和普通任务级（Task Class）。高速任务级和普通任务级又可相应划分为如下共8 个任务级：HS 一Task Classl ～HS 一Task Class4、Task Classl～Task Class4 。其执行的优先级依次递减，每个任务级别又可设定其周期时间。例如，若Hs 一Task Class2 的周期时间为50us ，则系统每50us执行一次该级别的任务模块。以Task Classl 和Task Class2两任务级别为例的执行情况如图2 所示。多任务的处理实际上是先执行级别高的任务，如图2 中的Task Classl ，其实际运行时间是4ms ，Task Classl 执行完后，再执行Task Class2，由于Task Class2 的运行时间是9 ms ，在开始执行Task Classl 到下一次执行（即周期10 ms）时，Task Class2 还未运行完，因Task Classl的优先级别高，所以Task Class2 的执行被打断，而转去执行Task Classl，等执行完Task Classl后，再转去执行Task Class2。图2 中① 表示的是操作系统时钟，图2 中② 表示的是系统管理所需时间。系统管理时间用于对系统任务的管理，此时间不能改变，并以10 ms 的操作系统时钟为周期执行。
图1 PCC 结构模型
图2 多任务执行时序
应用程序各任务模块级别的设定原则是：在满足实时性要求的条件下，应尽量降低其级别，以避免CPU 过载。应用程序的各任务模块对CPU 的负载度按下式计算
入﹦（Ti/TT）×
式中：入― 该任务对CPU的负载度；
Ti ― 该任务的实际运行时间（ms） ，可由Pro - filer 软件测定；
TT一该任务所处级别的周期（ms）。
为保证CPU 可靠运行，各任务的入不应超过80 ％。此外，为了**实时多任务的处理能力，PCC 在硬件上采用双CPU结构，一个负责与其它输人／输出模块的通讯，另一个CPU专门用于处理用户程序。
2 PCC 在自动校直切断机上的应用
（l）液压系统
液压系统原理如图3 所示。图中1 、2 为双联液压泵。切断缸9 下行时，电磁铁8 断电，高压小**泵l 和低压大**泵2 同时对切断缸供油，使其快速下行。切断钢筋时负载压力升高，单向阀6 闭合，仅由高压小**泵l 供油。切断后，泵2 为跟切缸供油，使跟切缸10 快速跟切及返回。阀4 用于系统短时不工作时对大**泵卸荷。由于跟切和落料运作几乎同时进行，高速切断时两缸所需**均较大，故此，落料缸12 采用液压泵3 独立供油，以避免泵的**过大和两个液压系统的相互干扰。节流阀14 用于调节落料缸12 的工作速度。
图3 液压系统原理图
图4 电气系统原理图
1 、2 、3 ．电机4.接触器系统5.SMC 6 、13.保护装置7.隔离变压器8 、9.开关电源10.固态继电器组 11.电磁铁组12.接触器控制线圈组15.CPU 模块16.DIl35 17.DI439 18.DO435 19.DO720 14.手动按钮组20.光电转换器
（2）PCC及电气系统
图3 中电机1 用于带动校直辊对钢筋校直，电机2 是切断和跟切液压系统的驱动电机，3 是落料液压系统的驱动电机。中间继电器组用于PCC 的输出模块和液压阀电磁铁之间的隔离及信号放大，接触器组用于电机软启动、停止及速度转换。由于1 、2 两台电机的功率较大，为了减小电机启动过程中对电网的冲击，采用电机软启动器SMC 对电机进行软启动。
PCC 的模块配置如图2 所示。CP774 是CPU 模块，也是PCC的核心模块。DIl35 是高速计数模块。校直辊在校直钢筋的同时，带动光电型位置传感器，位置传感器的信号经光电转换器放大整形后送入DIl35 模块，对被校钢筋长度进行检测。DO435 是直流输出模块，其输出触点控制中间继电器，中间继电器输出触点控制电磁阀的动作。D0720 是交流输出模块，其输出触点控制交流接触器的控制线圈，通过交流接触器实现对三台电机的启停控制及校直电机的高低速控制。DI439 是输人模块，手动按钮主要用于系统的调试。PanelWare 是与PCC 配套的人机交互设备，通过RS232 通讯电缆与PCC交互信息。通过Pane1Ware的面板键和显示屏可设定被加工钢筋的规格、切断长度、切断根数等。
Pane1Ware的人机交互程序在Pane1Ware Studio 的开发平台上开发，主要是人机界面的设计、输入设定参数、设定并读取控制键等功能。PCC的编程采用Pg2000语言，Pg2000语言是一种类似C 语言的编程语言，它结合了C语言和Pascal语言两者的优点。C语言的大部分语法规则都适用于Pg2000语言。由于PCC 的系统软件支持多任务处理，本设计中按工艺流程应实现的控制功能将整个控制过程划分成14 个任务模块（程序模块），其中主要有参数读取模块、自动切模块、自动跟切模块、自动落料模块、自动停车模块、速度控制模块、连续切控制模块等。这14 个模块根据实时性要求的不同，又划分为三个任务级别。由于自动切模块除了控制切刀的动作外，还负责接收计数器计数值，将其设置为任务级别高的任务模块，其执行周期短，从而将计数误差控制到小限度并及时控制阀的动作。而读取参数模块是读取操作人员输人的加工参数设定值，对实时性要求较低，可以将其设定为低级别的任务模块，加大执行周期，以减轻对CPU 的压力。
3 结束语
具有多任务处理功能的PCC 是近年来发展起来的新一代PLC，它不仅适用于小规模的控制，更能胜任复杂的对实时性要求高的控制场合，而且其趋势是系统的可扩展性和对现场总线和网络的支援也在不断增强，随着规模的不断扩大，多任务处理能力越来越显示出生命力。采用PCC控制的自动校直切断机其校直速度**到了原来的4 倍，除生产效率大幅度**外，其性能、易操作性也有较大的改善
传统发动机装配线大多采用手工方式记录装配过程重要参数。目前，多数国内发动机制造厂使用一种纸质跟踪卡片，每一台发动机上装配线前根据不同型号选择不同的纸质跟踪卡片，或用一种通用的纸质跟踪卡片以菜单形式由操作者记录不同型号发动机的控制要点，跟踪卡片固定在发动机上或装配托盘上。这种方法往往由于工艺流程长并且每个记录由不同的操作人员负责，导致发动机装配记录准确率低，并不易保管和统计。随着汽车召回法规的实施，汽车厂和发动机厂实施装配信息采集技术更加迫切。据我们了解，国内的设备制造商和软件公司完成整个装配线的信息采集系统经验不多。本文结合道依茨（一汽）大连柴油机有限公司规划设计的装配线，重点介绍生产线数据采集系统在装配线的现场实际应用。
装配信息采集技术规划
在装配线规划前，我们考察德国一家工厂装配线信息系统，这个工厂产品主要销售欧美市场，为满足美国及欧盟召回法规规定，装配线上采用了完善的计算机数据采集系统和信息管理软件，建立每台发动机终生质量信息档案。点击该发动机的终生质量信息档案可以清楚地看到：发动机的零件清单、零件的供应商、每次质量改进零件状态、发动机维修图、工序操作者代码、装配线工位测量记录以及售后维修记录等，全部信息都集中在该公司的ERP系统上。我们在该公司看到有两条流水线，一个是发动机装配流水线；另一个是通过ERP将销售、产品、标准、生产、工艺、质量和服务联系起来的管理流水线。
在国外工厂方案的启发下，我们在装配线规划时提出了使用装配信息采集技术来保证装配质量。规划方案包括PLC总线网路、数据采集系统、生产线信息系统和ECU数据管理系统（见图1）。
图1 企业信息系统规划
1．PLC总线网络应用
PLC总线网络是装配信息采集系统的基础，全部的基础数据来源于该系统。我们的PLC总线网络采用现场总线区域控制方式，通过现场分布I/O统一控制装配线的运行及完成各工位间的通信。为实现自动数据采集，装配线每个托盘带有一个数据码块，在需要有自动记录数据的工位装有无线读写头，托盘的数据码块和无线读写头只要在一定区域即可以实现无线通信，数据码块信息定义在发动机上线时，定义的内容来源我公司ERP系统开发的标题文件，托盘码块定义数据格式如表1所示。
表1 托盘码块定义数据格式
在自动工位通过读取托盘码块发动机类型代码（表1中第1项），设备自动调用针对该型号发动机操作子程序完成发动机自动装配。对于需要上传质量数据工位也是通过数据码块将发动机流水号（表1中第4项）与对应的质量数据进行关联并上传。专用的测量工位我们一般使用光栅尺传感器或扭矩传感器，先将测量数据传给上位计算机，上位计算机通过专用软件处理后以标准通信协议发给PLC。发动机装配生产线电气系统由13台Siemens PLC300组成，这13台PLC组成PLC控制网络（见图2）。
图2 PLC及其网络
PLC采集发动机参数值储存在DB模块上，通过DB模块传给数据采集系统服务器，两个系统通过ISO3964通信协议进行信息交换。
2．数据采集系统应用
数据采集系统是实现对装配生产线13个PLC进行监控的计算机服务器。系统用以太网方式与13个PLC连接，完成装配线上的信息采集、工位监控等功能。编程软件是在西门子公司WINCC基础上二次开发的，整线监控画面（见图3）是对整个生产流水线的图例，可以了解所有工位的当前状况。
图3 监控画面
该系统可以随时以发动机流水号或生产日期等不同方式检索发动机的质量记录，也可以对系统采集的任意一组质量数据进行统计和分析。每天质量记录定时用数据库文件形式上传给我公司的售后服务器，对于有权限的用户可以使用远程网络进行数据查询。
3．生产线信息系统应用
发动机生产线信息系统是生产线信息处理和控制的软件系统，系统不但具有对数据采集系统的数据进行处理的功能，还实现了生产订单的管理，发布电子工艺卡功能。系统主要实现了基于B/S结构的信息发布和管理功能，所有数据处理、任务控制等都在生产线信息系统服务器上实现。在生产线的两侧，有20个可以发布生产线信息的终端PC机，每个终端PC通过获取生产线信息服务器上的信息，显示本地工位上的电子工艺卡和安装部件信息。
图4 电子工艺卡
系统通过企业ERP网络接收生产订单、对应机型电子装配工艺卡，信息的发布过程是由生产线PLC传递的机型为索引进行对应发布，图4所示为一个工位的电子工艺卡。操作者从电子工艺卡上可以了解到发动机的订单号，装配的零件数量、名称和技术要求等信息。数据采集系统服务器、发动机生产线信息系统服务器及每个工位PC之间在装配过程中都需要按设计的步骤进行信息交换。图5所示为两个系统和工位PC的网络拓扑关系。为保证控制数据传输的稳定性，数据采集系统服务器与发动机生产线信息系统服务器之间通过网络对接线反线连接，从而使发动机生产线信息系统服务器与数据采集系统服务器及PLC系统的数据具备交互功能。
图5 两个系统和工位PC的网络拓扑关系
4．ECU数据管理系统应用
ECU数据管理系统是服务于电控发动机生产的重要系统，硬件是ECU数据管理服务器及ECU编程电脑。ECU（Electric Control Unit）是发动机中央控制的核心部件，需要装配过程中采集部分装配数据来补偿ECU的相关参数。我们的ECU有3个型号满足不同需求的发动机，每个系统都有不同的补偿方法，补偿数据写入ECU可以使发动机达到性能的佳状态。发动机上装配线时进行ECU类型定义并写入托盘数据码块中。表2是ECU类型定义表和数据补偿信息的分类。
数据补偿信息来源于生产线上的数据采集系统和PLC交互的数据，同时在系统中保存对应机型的生产文件列表和生产文件，生产文件是一种写入发动机ECU专用程序，一旦发动机进入监控工位，系统自动从数据库中取出已经采集完成的补偿参数据，并结合发动机流水号、ECU生产文件名生成ECU所需格式文件。不同系统的ECU格式文件后缀不同，系统根据文件后缀差异将格式文件分配不同文件夹内。我们生产线设有5台ECU编程电脑，不同型号ECU使用不同的编程电脑。ECU服务器和ECU编程电脑采用微软平台映射技术，操作工人可以在ECU编程电脑获得服务器上映射生产文件和格式文件，并用ECU写入软件将补偿信息和生产文件写入ECU电控单元内。数据写入成功后，与该数据对应的补偿文件自动上传到企业的售后服务器。