1引言
電子器件生產裝置聯動的電控技術最基本的要求是讓裝置之間能夠相互通訊，通過通訊獲得不同裝置的執行狀態和資料資訊，對這些狀態和資料進行分析管理，協調各裝置的執行，實現整條線的自動化和智慧化生產。簡單的狀態和資料分析可以在PLC中完成，比較複雜的則需要上位機分析處理，甚至人工來操作管理，在這個過程中以工控機為代表的上位機起著重要作用。工控機可以協調指揮各個機臺的執行，傳遞各種引數，優化執行流程，可以生成各種報表，讓自動線的各種資訊分級呈現給操作者和上級領導，每級生產人員也都可以在自己的許可權下對裝置進行操控。控制線路是電子器件生產裝置聯動安全可靠生產的重要保證,好的控制線路不但能夠保證人員的人身安全,還能保證產品質量的穩定性和可靠性。控制程式是聯動生產線自動化、智慧化的核心要素，控制程式包括動作控制程式和工藝引數管理控制程式。動作控制程式是生產線穩定可靠生產的重要條件，要保證聯動生產線自動化生產，裝置的每個動作都必須得到精準的控制；工藝引數管理是自動線的核心資料管理，不同的產品有不同的生產工藝，在生產裝置上體現出不同的生產引數。一條自動線上面，同時可能會出現多種規格批次的產品，智慧識別並按照不同規格的產品調整裝置引數是自動線智慧生產的重要前提。產品的工藝引數一般儲存在自動線的資料庫中,由PLC或者工控機統一管理，各個裝置可以相互呼叫，各種裝置的生產資料也能及時反饋給上位機，便於生產的監控和管理。
2電子器件生產裝置的聯動組網方法
2.1單PLC主機加擴充套件模組的方法
一些簡單的裝置聯動只需要在裝置上加裝新的機構就能實現聯動功能，或者就可以併入聯動線中，這種聯動線可以採用單PLC主機加擴充套件模組的方法。這種方法操作簡單、成本低廉，只需要購買相應的擴充套件模組加裝在PLC主機後面，將新機構上面的線路引入擴充套件模組，然後編寫新機構的程式，對原機程式做一定的修改便可以完成聯動功能。我司曾經開發的第一臺A型元器件自動線就是採用單PLC主機加擴充套件模組的方法設計。如圖1所示該自動線以頭部機構PLC作為主機，將其它所有機構的PLC作為新加機構併入主機中。整機由一個PLC（PLC型號：FX3U-48MT，擴充套件單元型號：FX2N-16EX、FX2N-16EYT）總控，各功能單元線路從線槽接入總電控櫃。自動線的頭部和尾部設定觸控式螢幕，用於資料的輸入和更改，顯示執行的工藝引數、故障報警資訊、執行資訊等。單PLC主機加擴充套件模組的方法適合用於聯接一些比較簡單的裝置，這種裝置或者長度不長或者沒有模擬量和脈衝量的接點，否則這種方式將嚴重影響控制質量甚至不能使用。因為線路距離太長模擬量和脈衝量容易受到干擾。這種控制方法也加大了接線量，不適合檢修和移動搬運。
2.2多個PLC主機相互通訊的方法
對於多臺裝置，且裝置各自擁有相應的PLC主機和程式，這種裝置之間的聯動可以採用PLC主機相互通訊的方法完成。主機間相互通訊有兩種方法，第一種方法採用簡單的I/O口採集訊號進行通訊。這種通訊方法的優點是方法簡單，成本低廉。缺點是通訊量太少，無法採集較多的狀態資訊和工藝引數，形成不了深度聯動控制。第二種方法是採用PLC間的通訊協議進行通訊，每個品牌的PLC都提供了和其它PLC、智慧儀表以及上位機通訊的介面和協議。只需對相應的介面進行連線，按照通訊協議進行編寫程式就能做到相互通訊。我司開發第二代A型元器件自動線，就是採用三菱PLC間的通訊協議進行通訊的方法設計的。自動線各個機構PLC之間採用RS485的通訊模組進行組網連線形成N:N網路。N:N網路就是在最多8臺FX可程式控制器之間，通過RS-485通訊連線，進行軟元件相互連結的功能，如圖2。1）根據要連結的點數，有3種模式可以選擇。(FX0N，FX1S可程式控制器除外)。2）資料的連結是在最多8臺FX可程式控制器之間自動更新。3）總延長距離最大可達500m。(僅限於全部由485ADP構成的情況)。關於N:N網路的詳細內容請看三菱通訊手冊，這裡不做介紹。通過N:N網路可以在每個裝置的PLC中獲得其它裝置的狀態和引數，有了這些資訊就可以相互協調、深度聯動。在對裝置聯動進行電控設計時有兩種方法來使用N:N網路：當聯動的裝置是已有的裝置且各自擁有程式時，每個裝置可以將相應的引數放入儲存器中轉站中，這樣每個裝置既可以讀取其它裝置的資訊，又可以將自己的資訊共享給別的裝置；當聯動的裝置是新開發或者新加的裝置時，可以將新加的PLC只是作為一個I/O擴充套件模組來用，執行程式寫在其他主機，將輸入點的資訊放入中轉站，把中轉站的輸出資訊發給輸出點。這樣做的優點是把小型PLC變成大型PLC使用，不用做繁瑣接線和通訊，主機程式易於編寫，缺點是主站從站之間的通訊速率相對較慢，對控制速度有要求的裝置無法實現。
2.3多個PLC主機和工控機連線、工控機統一管理通訊的方法
對於自動化、智慧化要求較高的裝置聯動，可以採用多個PLC主機和工控機連線，工控機統一管理的通訊方法。這種控制方式的優點是在不影響PLC控制的前提下，可以對加入聯動的裝置有較高的管控度，比如可以實時監控一切想要監控的資料，對資料進行大量的分析運算，形成報表、各種分析影象，並儲存歸檔；同時還可以分級呈現到操作者、中層管理者，甚至可以通過Internet網路遠端呈現給高層管理者，各級操作者也都可以在自己的許可權下對裝置進行操控。這種通訊聯動的方法也是目前工業領域中德國提出的“工業4.0”，美國提出的“工業網際網路”，以及中國提出的“中國製造2025規劃”的基礎。我司開發的B型元器件自動線就是採用8臺三菱PLC和1臺工控機連線、工控機統一管理的通訊方法進行開發設計的，連線圖如圖3。在工控機的RS232串列埠後面連線一個RS232轉RS485的通話卡，或者直接在主機板上安裝一張PCI介面的RS485通話卡，然後每個PLC上的擴充套件口上安裝一塊RS485的擴充套件卡，將各個通訊埠串連起來即可，如圖4所示。工控機在工業控制領域佔著非常重要的位置，在大型化工廠及各種重工業領域應用較為廣泛。隨著工廠對裝置自動化、智慧化需求的提高，工控機慢慢普及到各種小型工廠，因此熟練掌握工控機的應用，是每個工控人必備的技能。裝置聯動這一塊的技術對於工控機的要求，主要是要熟悉各種PCI擴充套件板和組態軟體的使用。我司開發的B型元器件自動線應用的是目前國內較為流行的組態王軟體，這種軟體的特點功能強大，操作簡潔.
3電子器件生產聯動裝置的電控技術
3.1聯動裝置一次線路的設計
不論是新設計開發的聯動裝置還是將現有裝置進行聯動,都要設計一些電氣線路,機臺內部的線路可以按照相關標準設計,這裡主要介紹聯動裝置的總進線的設計及控制問題。一般小型聯動裝置的電源可以集中成一條總進線，然後由接觸器分到各裝置進行控制，我司開發的A型元器件自動線就是這種控制方式。這種方式的優點是線路設計簡單，控制程式比較容易編寫。對於功率比較大或者聯動較長的裝置，由於功率大或者走線太長，不適合用這種方式。採用這種線路設計的裝置一般可以採用2.1節和2.2節介紹的裝置聯網方法進行連線。對這種總進線的控制一般採用硬體控制和軟體控制的雙控方法控制。對於大型聯動裝置，一般聯動中的裝置要麼功率比較大，要麼整條線比較長。對於這種裝置的電源控制，最好採用分開獨立控制。裝置間採用2.3介紹的聯網方式進行通訊，因此這種裝置的電源控制在緊急情況下既可以單獨關斷，也可以使用上位機關斷，能夠很好的保證整個聯動裝置的安全性。
3.2聯動裝置的程式設計
3.2.1單PLC主機加擴充套件模組聯動裝置的'程式設計這種聯動裝置的程式編寫主要是在原有程式上進行修改,不涉及到通訊等問題，也不涉及到工藝引數管理。它的主要難點是有時要改變原有機臺的動作時序和程式流程，一般編寫合理的程式都有一個清晰的框架，修改這種程式最好不要更改它的框架，只需要在原程式後面新增所需程式，對需要的狀態資訊只做引用，越少更改原程式越合理。在更改的地方最好是不刪除只新增，最大限度的保證原程式的原貌，這樣做有益以後的更改和找錯。進行程式設計時，先要對原程式的動作時序和結構框架有一個清晰的認識，最好畫出動作時序圖和程式流程圖，先對動作時序圖和程式流程圖做新增修改，然後編寫程式，除錯程式時，先更改作時序圖和程式流程圖然後更改程式。程式編寫時每步都要寫註解，編寫完成後要寫詳細的設計筆記。這樣有益於下次的更改、少做重複的試錯，能夠花較少時間想起以前的設計思路，找出其中的問題。3.2.2多個PLC主機相互通訊聯動裝置的程式設計對於多個PLC主機的程式設計，不但要考慮每個主機的程式編寫，還要考慮到它們之間相互通訊和引數管理方面的問題。每個PLC主機控制的裝置，其控制程式相對比較獨立，多個裝置聯動時，動作需要相互協調配合的地方主要在裝置的入口處和出口處。工藝引數相互互動的地方一般在此處也較為常見。裝置入口和出口處的程式最好做成標準介面。標準介面使得程式結構清晰，有利於程式的再利用和除錯找錯。以我司B型元器件自動線中烘箱間的出入口程式為例。如圖5所示，每個烘箱的出口和入口都有一個標準的介面，每個介面都有5個訊號和一個工藝引數資訊。當烘箱出口處需要出盤時發出出盤請求訊號，接收到出盤允許訊號時執行出盤動作，動作完成時，將引數資訊傳送到中轉站，併發出出盤完成訊號，當接收到出盤異常時報警，接收到出盤正常訊號時，整個出盤動作完成。在下一個烘箱入口處，當接收到進盤請求訊號時，判斷條件是否成熟，當條件成熟時發出允許進盤訊號，接收到進盤完成訊號時，判斷進盤是否正常，如果異常發出異常訊號，如果正常發出正常訊號並讀取工藝引數。多個PLC主機相互通訊，一般通訊量有限，而且通訊量越大佔用的掃描時間就越長，因此如果能在主機中完成的控制任務就不要選擇用從機完成而加大通訊量通訊量。若是避免不了通訊的話，也可以採用少量多分批次通訊的方法，對於需要高速處理的程式不能採用通訊的方法完成。對於工藝引數的管理，可以分段儲存在不同的PLC主機中，利用多個觸控式螢幕分別和PLC通訊，或者單個觸控式螢幕運用RS485通訊協議和多個PLC通訊的方式進行工藝引數管理。3.2.3多個PLC主機和工控機連線、工控機統一管理通訊的程式設計這種控制方式的程式設計同樣要考慮每個主機的程式編寫，以及它們之間相互通訊和引數管理方面的問題。其程式設計和3.2.2節基本相同。和3.2.2節不同的是PLC主機通訊的物件由PLC變成工控機，進行工藝引數管理的也是工控機。工控機在這個控制中起到管理者和協調者的角色，因此工控機的程式設計是比較重要的一個環節。工控機的程式設計一般都是對各種組態軟體的二次開發，現在市面上用得比較多的組態軟體有：InTouch、WinCC、Movicon、組態王KingView等。工控機可以做動作控制，但它並不擅長做動作控制，這主要是因為它的穩定性、反應速度和成本都比不上PLC。所以涉及到動作控制最好由PLC完成。工控機的最大優勢在於它的資料採集和處理能力，以及其強大的網路通訊能力。現在的自動化、智慧化裝置越來越注重產品的資料採集與儲存、分析處理，以及網路實時共享能力。對工控機的程式設計也主要從這幾個方面著手。資料採集與儲存就是工控機通過網路和各個PLC主機通訊，建立變數後將需要的變數實時的採集到工控機儲存，或者通過資料採集卡直接對資料進行採集並且儲存。採集資料最重要的一點就是採集的頻率問題，如果通過通訊的方式採集資料，掃描頻率一般在50毫秒以上。若需要更高的採集頻率可以用專用的採集卡直接對資料進行採集。資料的分析處理可以使用多種方式，簡單的處理可以直接通過組態軟體自帶的功能完成，形成各種報表，趨勢圖等分析圖表，通過一定的編輯設定還可以形成報警資訊並反饋回PLC，讓PLC做出相應的處理。比較複雜的資料處理可以藉助第三方軟體來完成，一般這種軟體都支援OPC介面或者DDE介面，它們和組態軟體可以相互通訊，通過第三方軟體的開發和組態軟體的二次開發，完成各種各樣的強大功能。網路實時共享是指各個裝置的PLC通過和組態軟體連線後，底層執行機構、各個PLC主機、觸控式螢幕，各個工控機都能實時將資料共享，甚至很多組態軟體（如組態王）通過二次開發可以直接連線Internet，做到遠端控制和管理。
4結語
我司自主開發的A型元器件自動線和B型元器件自動線，我主要負責電控線路的設計和程式軟體開發。這兩條自動線通過自動化手段將各個工序零散的裝置連線起來，減少了產品生產週期，提高了生產效率，產品質量的一致性也得到了提高。裝置的電控技術是一門多學科綜合性很強的技術，涉及到自動化、計算機、感測器、通訊、機械等多種知識，這種技術只有在長期的學習和實踐中才能慢慢積累和提高。
參考文獻
[1]《FX3U程式設計手冊》日本三菱公司編寫.
[2]《松下A5系列伺服電機選型手冊》日本松下電器公司編寫.
[3]《三菱觸控式螢幕選型手冊》日本三菱公司編寫.
[4]程子華原理與程式設計例項分析[M].國防工業出版社,2007.