基于WEB的小型柔性系统FMS的远程控制

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针对如何提高工业现场设备的利用率的问题并突破时间与空间对现场设备控制的局限性，提出了基于WEB的小型柔性系统FMS（Flexib le Manufacturing System）的远程控制的解决方案。一方面利用PLC及其配套的CP2431IT通讯模块相连接完成FMS远程控制，另一方面利用相应的组态王软件6.53设计出与系统相匹配的人机界面来完成远程FMS的远程控制。通过实验证明远程控制FMS是可以实现的并且能够达到预期目标，取得的实际效果较好。
       
       
        随着当今世界经济和现代工业技术的飞速发展，FMS是工业自动化发展的方向，也是实现未来工厂新的发展趋势，它的发展具有战略意义。国际上已公认FMS是一种工厂自动化的先进模式和现代化工业生产的科学“哲理”。伴随现代网络技术的飞速发展，自动化的控制网络将一步步得到拓展；FMS是在计算机网络技术及其软件的支持下，在制造技术、自动化技术和信息技术的基础上，将以往企业中彼此互相独立的工程设计和生产制造等过程组成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统，可以突破时间和空间对控制系统的限制。
       
        1柔性制造系统的组成及规模
       
        柔性制造系统（Flexible Manufacturing System）简称FMS，是CIMS系统的子系统，作为先进工业自动化及制造的组成部分，是典型的制造自动化系统。FMS一般由多个柔性制造单元组合而成，并能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，同时它是由多个模块组合而成，适用于多品种中小批量生产。FMS有两个主要的特点：一是自动化，二是柔性。柔性可以表述为两方面：一方面是系统对自身变化有很好的适应能力，通过系统生产率与无干扰条件下系统生产率期望值之比进行衡量，同样可用在有干扰有故障的状况下；另一方面是系统对周围环境变化有很好的适应能力，其衡量的标准是对系统满足新产品要求的程度。
       
        FMS包含3个基本部分：加工系统、运储及管理系统和计算机控制系统。这套系统包括2台计算机，1个上料检测站，1个加工站，1个安装站，1个立体仓库站和4个操作手站，除了上料检测站配备了一台主控PLC——S7-300作为主站控制器，其他各站均使用S7-200 PLC作为从站控制器，其控制方案如图1所示。
           
         
         
       
        由一台上位PC机和一台下位PLC控制器来实现对整个柔性制造系统的协调控制，通过一对一的方式将系统中各设备的控制信号全部连接到PLC中，作为系统人机界面的上位PC机对系统进行监控，并通过PC机的RS232串口实现对各工作站程序的双向传输。在这种方案中，包含了两种重要的通信方式。一是PC通过PROFIBUS-DP总线，作为上位的计算机上和S7-300实现PLC对各个基站设备的协调控制，PC也作为友好的人机界面组态王实现对现场设备的实时监控。二是PC机还作为服务器与上层的以太网连接，从而使得局域网中的任何PC机可以在WEB浏览器里察看系统运行的实时情况和各种数据流，同时还能完成远程控制的网络，如图2所示。
         
       
        2远程控制的实现
       
        此套FMS系统中机械操作单元的控制主要由西门子S7系列的PLC完成，上位机监控由人机界面组态王进行。要实现系统的远程控制可以从PLC和组态软件等方面进行考虑。远程控制实现包括以下几个方面。
       
        2.1利用PLC进行远程控制
           
          利用PLC专用的网络通讯处理器CP243-1/CP243-1 IT可以将现场的PLC接到网络中。CP243-1 IT可以独立地处理经过工业以太网的数据业务量，其通讯基于TCP/IP协议，最多可以组态8个连接。对于连接控制，可以为主动和被动伙伴的所有的TCP/IP传输连接进行组态。使用CP243-1IT，通过工业以太网，可实现S7-200和其他S7-200或S7-300或S7-400 PLC之间的通讯。通过使用PC软件的S7OPC Server，可集成在PC应用程序中。
           
          CP243-1 IT允许S7-200编程软件STEP 7-Micro/WIN通过工业以太网访问S7-200.CP243-1 IT所具有的IT功能为远程控制提供了很大的便利：
          1）Web服务器：用标准浏览器可下载和浏览HTML页面。
       
        2）Web页面：用于监视S7-200控制器；标准页面可用于系统诊断，并提供有一个简单的变量编辑器。其它客户化页面可使用任何HTML工具创建。
       
        3）E-mail：报文可从应用程序通过预定义的E-mail发送。变量可集成到文本中。
       
        4）FTP通讯：CPU可将数据块作为文件发送到其它PC，或读取或删除其他PC的文件（客户机功能）。对于大多数操作系统平台，都可通过KIP进行通讯。
       
        在局域网中将S7-224 PLC与C2P243-1 IT相接，PLC与操作单元相连，PLC与主服务器通过PPI电缆连接：CP243-1 IT、主服务器和远程计算机接局域网。系统构建好以后就可以对CP243-1 IT模块进行组态在STEP7-Micro/WIN32.PPI电缆通讯的英特网向导中给IT通讯模块配置一个IP地址，局域网内的任何一台电脑，都可以通过这个IP地址，利用STEP7-Micro/WIN32软件编写程序，并监控程序的运行状况，与此同时还可以在主服务器上联有摄像头，这样构成了一个完整的局域网远程操作系统。
       
        在局域网远程控制的基础上，利用CP243-1 IT通讯模块本身具有HTTP和FTP服务器功能对CP243-1 IT进行IP地址组态，就可以通过WEB网页访问与之连接的PLC的动作程序，通过运行这些程序来控制机械手的动作，从而达到远程控制现场设备的目的。
       
        2.2利用组态软件进行远程监控
           
          将现场设备中的上位PC机作为服务器，组态王软件从C/S模式转化成B/S模式，通过WEB浏览器进行远程控制。组态王6.53能提供非常友好的人机界面来实现远程监控，并和管理层集成在一起，它不仅提供了大量的工程图库来动态地显示现场设备的工作状态，同时还允许开发图形界面用于监视过程数据和当前的应用并具备综合安全性。组态王可以最优地集成到用户的自动化和IT解决方案中：作为全集成自动化的一部分，组态王可以与SIMATIC产品的自动化系统和其它厂商的自动化系统都能协调工作。组态王能通过准化的接口与其它IT解决方案进行数据交换。为满足过程的需要，可以优化定制组态王。支持大范围的组态可能性，可以从单用户系统和客户机-服务器系统到具有多台服务器的冗余分布式系统。用户在控制过程以及过程数据的时候，是通过开放的组态王编程接口连接自己的程序来实现的。即使组态完成后也可随时修改组态王的组态。
       
        在此FMS系统中，我们首先设计了系统的登录界面，如图3所示，这个登录界面可以通过不同用户名和密码来区分操作者的权限，从而使不同操作者具有不同的权限，同时也避免了没有权限的人进入操作系统。图中用左侧椭圆标注的器件是无线电发射塔，用于ACV小车与上位机的通讯。系统登录成功后会进入我们实现根据系统的实际需要绘制好的柔性控制系统的监控画面，如图4所示。
         
         
         
        在系统监控和AGV调度画面中分别设置好参数就可以远程进行系统的操作与监控。现场设备运行的情况将会实时的显示在控制画面中，通过画面可以很好得获知相应信息，从而实现了系统设备的远程控制，解决了由于时间与地点的限制对系统利用率所造成的局限性问题。
       
        3结束语
       
        从PLC方面研究，通过CP243-1 IT实现小型柔性系统的远程控制是可行的；从人机界面组态王方面研究，通过虚拟控制画面可以实现对小型柔性系统的远程控制；系统基于互联网的远程控制是基于WEB浏览器上，所以基于WEB的互联网技术有待深入研究。
       
        最后，通过对小型柔性系统的远程控制进行的研究，将会对远程控制技术在科学研究、工业应用、远程教育等方面的研究与应用起到积极的促进作用。将该技术应用到工业应用领域，将使工业现场设备的控制突破时间与地点的限制，随时随地可进行操作与运行的监控，使工业资源达到优化配置；将该技术应用到教学领域，可以实现实验室教学设备的远程控制，搭建远程实验室平台，是学生们可以最佳利用教学设备进行试验研究。