1 MES网络型柔性自动化生产线
MES系统是面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。自动统计生产过程中的产品数量、次品数量、产品缺陷。可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业降低成本和提高产品的质量，为多品种生产的制造提供良好的生产信息管理。
柔性自动生产线是能实现产品生产过程自动化的一种机器体系，通过采用一套能自动进行加工、检测，安装、运输的机器设备，组成高度连续的、完全自动化的生产线，来实现产品的生产，从而提高工作效率，降低生产成本，提高加工质量。在各个不同的应用领域，不同种类的自动线的结构不同，大小也不同，功能也不同。他们基本都包括检测、机械本体、CPU信息处理、(输入输出)接口部分、执行机构及通信模块六部分。
MES网络型柔性自动化生产线是一套集MES系统和柔性生产线优点的完全自动化的机器设备生产线。在提高工作效率、降低生产成本的同时，可远程获取设备实时运行的状况；可实时从生产设备中读取出生产数据等；可远程控制设备的作业动作，实现对设备的智能化管理。使过去的柔性生产线具有生产信息的实时传递，并通过触摸屏软件实时监控生产过程，实现远程控制设备的作业动作，实现对设备的智能化管理。一个现代化的具有竞争力的企业要具有如图1所示的生产与管理关系过程。
图1 现代化企业生产与管理关系
从图1可看出：MES在企业信息化层次结构中起着承上启下的枢纽作用。它接受上级发布的生产计划，依据从车间获取的实时现场数据，为生产管理调度一级的管理人员提供大量丰富的生产调度信息。管理人员掌握了这些信息后，可以对车间生产层下达切实可行的生产指令，对企业决策层可以汇报真实有据的生产情况。如果没有中间的一个生产执行系统，过程控制层与决策管理层就会出现信息的断层，MES网络型柔性自动化生产线具有过程控制层和实时数据库，可为企业的生产的计划管理层及时提供生产信息，为决策管理层快速获得第一手现场数据，使企业能有效地组织生产，从客户订单到任务下达、产品生产、交货，周期缩短，提高了企业的竞争力。
2 MES网络型柔性自动化生产线仿真系统总体设计方案
MES网络型柔性自动化生产线实训系统是根据制造现场设计的实验仿真系统，强化各种控制技术和工程实践能力。本实训系统由检测、机械本体、CPU信息处理、执行机构、通信模块和触摸屏六部分组成，包括上料检测单元、搬运单元、加工检测单元、横臂单元、传送带单元、安装单元、安装搬运单元、分类单元、主控单元组成。工作过程如下：各个从站复位后，系统可开始运行；料检测单元将大工件按顺序排好后提升送出；搬运站将大工件从上料检测单元搬至加工站；；01132站将大工件加工后送出工位；分拣站将加工过的正常的工件搬运到传送站，如果是废料，分拣机械手将工件搬运到废料处理机构；传输站将正常的大工件送至尾端，将废料分拣到废料槽里；安装搬运站将大工件从传输站搬至安装工位放下。安装站再将对应的小工件装入大工件中。而后，安装搬运站再将安装好的工件送分类站，分类站再将工件送入相应的料仓。
控制系统选用三菱FX2N一48MR的PLC进行控制，具有较好的柔性，即每单元各有一套PLC控制系统独立控制，在基本单元模块培训完成以后，又可以将相邻的两个单元、三个单元、八个单元使用cc-Link总线进行通讯，cc-Link将各站的PLC连接在一起保证系统中各站能联网运行，使独立的各站间能交换信息，加工过程中所产生的数据，如工件颜色、装配信息等，向下站传送，处理控制和信息数据，以保证工作正确(如分类正确、安装正确等)。本实训系统FX2NPLC控制器采用cc-Link通信，实现八个单元与主站之间的网络控制方案，如图2所示。通过三菱QPLC主机采集并处理各站的相应信息，完成八个单元间的联动控制。将cc-Link联线首端出线的网络联接器接到三菱QPLC主机的通信口上，其它网络联接器依次接到八个单元的cc-Link模块通信口上，将联线末端网络联接器上的终端电阻开关打到“ON”位置，其它网络联接器上的终端电阻开关全部打到“OFF”位置。
组网后，系统从站主要用于控制与驱动设备层，并对现场反馈的信号进行采集，主站采集各从站数据，协调各站运行，并为上位机的监控程序提供数据，同时系统采用彩色工业触摸屏完成系统控制网络的集成。实现远程控制设备的作业动作，生产过程中的产品信息自动统计后通过触摸屏软件实时监控生产过程，实现对设备的智能化管理。
图2 计算机与主站、主站与从站组网结构及信息传输示意图
3 生产线典型分站的设计
3.1 上料单元
上料单元是柔性自动化生产线不可或缺的单元，本仿真系统上料单元的主要功能是将工件从回转上料台依次送到检测工位，提升装置将工件提升并检测工件颜色，并把到料信息提供给搬运单元、颜色信息传递给安装单元、分拣单元。这个单元的主要零部件有回转台、工件滑道、光电传感器、可编程序控制器、直流减速电机、电磁阀及气缸等。
上料站系统框图如图3所示。上料单元需要完成直流减速电机带动回转台转动，其工作流程为：上料检测单元运行，转盘转动，工件从转盘经过滑道送人货台上，当检测工件光电传感器检测到物料时，气缸驱动提升机构升至到等待位置，如果工件在30s内没有送到物料台时警示黄灯亮，物料台卡住时(3s内气缸没有运行到上限位)警示红灯亮。颜色检测光电传感器检测工件颜色，并把颜色信息传递给后续的其它从站单元，当磁性传感器检测到提升机构倒位时，在PLC网络中给出网路完成信号，下一站开始动作。
图3 上料站系统框图
每一单元都有上电信号(按钮)、开始按钮、复位按钮、调试按钮和停止按钮五个按钮关开，手动／自动、单机／联机两个选择开关通过一块控制面板把信号送到PLC，使每个单元按要求进行工作；货台上限传感器、货台下限传感器、颜色检测传感器和到料检测传感器四个传感器通过另一块控制面板把信号送给PLC，PLC把料盘电机和气缸的控制信号通过此面板送给料盘电机电磁阀和气缸电控阀，PLC主机、空气开关、开关电源、I／0接口板、各种接线端子等安装在电气网孔板上。把各个部分按设计电路图连接起来即构成上料站单元模块。
本单元的PLC控制器中，传感器信号占用4个输入点，上电信号、开始按钮、复位按钮、调试按钮、手动／自动、单机／联机和停止按钮各占一个输入点。输入信号占用11个输入点；料盘电机、货台电磁阀、报警绿灯、报警黄灯、报警红灯、开始灯和复位灯需要七个输出信号，占用七个输出点。本单元主机采用三菱FX2N一48MR系列PLC和FX2N一32CCL的CC—LINK通信模块。其PLC控制原理图如图4所示。系统设计好以后，按系统工作流程和控制要求，即可在上位机中编写PLC程序并下载到本站PLC中，使系统按控制要求进行工作。
图4 上料站PLC控制原理图
3.2 主控单元设计
本实训系统采用一台Q系列的PLC(Q01CPU)作为主站，连接8个FX2N远程设备站，各站之间使用CC—Link总线进行通讯。从站主要用于控制与驱动设备层，并对现场反馈的信号进行采集，主站采集各从站数据，协调各站运行，并为上位机的监控程序提供数据，系统还配有10.4英寸彩色工业触摸屏，可以完成系统控制网络的集成。
该单元的停止信号、启动信号、复位信号、单杌／联机信号、停止信号均从触摸屏发出(同时，可操作控制按钮板上相对应的按钮)，经主站Q PLC采集处理后，向各从站发送控制要求，以实现各单元的复位、开始、停止等操作。
各从站在运行过程中的状态信号，应存储到该单元PLC规划好的数据缓冲区，以实现整个系统的协调运行。
在本实训系统的上位机上装有GX Developer编程软件8.86和EV5000-V1.6组态软件，在上位机中根据控制要求编写各从站程序并下载到各站PLC、编写主站和网络控制程序并下载到主站PLC中，在上位机上用EV5000-V1.6组态软件创建触摸屏工程并下载到触摸屏，主站采集各从站数据，触摸屏与主站实现通讯后，当设备工作时，10.4英寸彩色工业触摸屏即显示工件加工总量、废品量等信息，本实训系统的典型特点就是具有实时从生产设备中读取出生产数据，远程获取设备实时运行的状况，可远程控制设备的作业动作，实现对设备的智能化管理。
3.3 实验仿真系统生产线的调试
为了确保自动生产线实验仿真系统平台符合设计要求，需要对仿真系统作整体调试。系统调试可分为硬件电路的连接与调试、PLC程序功能的调试、生产线网络功能的连接与数据传输调试等。现场调试时需要对设备出现的各种故障进行分析及诊断，在调试过程中曾出现了触摸屏无法进行远程控制与实时监控，原因可能是CC-Link通讯出现故障，对联线进行检测后发现，系统中一个站的通讯联线没连接好，进行检修后恢复正常。对故障进行分析很关键，对外围线路或系统进行正常检测，确定故障的有无，同时对故障定位，找到故障具体位置进行修正，使得系统恢复正常运行。
4 结论
本仿真系统吸收了近10年来在国际上迅速发展的MES系统的优点，采用气动应用技术、PLC、传感器自动检测技术、组态技术和信息通信技术相结合的方法，实现实时数据库与生产控制。本仿真系统在接近工业生产制造现场基础上，针对教学进行了专门设计，强化了各种控制技术和工程实践能力。根据每个工作单元课程需要设计不同的工作方式，保证初学者容易入门并有足够的学习空间，工作单元之间通信后也可设计不同的工作过程，学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。为学员提供一个复杂和大型控制系统的学习平台。教师可以在教学中根据需要设置故障，具有很好的柔性，应用到教学上也非常直观，该实验平台系统可有效地结合教学和实验，验证了整个设计方案的可行性。
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本文标题：MES/ERP网络型柔性自动化生产线实训仿真系统平台的设计
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