黃利國

摘 要

本文首先介紹了包裝機(jī)模塊化編程的特點(diǎn)，然后引入國際標(biāo)準(zhǔn)ISA-TR88.00.02-2008中關(guān)于模塊化編程的PackML狀態(tài)模型，最后結(jié)合禮品箱裝箱機(jī)運(yùn)用模塊化編程的實(shí)例，詳細(xì)說明在包裝機(jī)編程中如何應(yīng)用模塊化編程。

【關(guān)鍵詞】模塊化編程 包裝機(jī)械 ISA88 PackML狀態(tài)模型

傳統(tǒng)的包裝機(jī)械設(shè)計(jì)方法已經(jīng)無法適應(yīng)定制化、小批量生產(chǎn)的要求?，F(xiàn)在模塊化設(shè)計(jì)成為包裝機(jī)械制造商可以同時(shí)從設(shè)計(jì)和制造兩個(gè)方面解決上述問題的較優(yōu)選擇。為了配合模塊化設(shè)計(jì)，使包裝機(jī)械適應(yīng)自動(dòng)化發(fā)展趨勢，包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)也朝著模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化方向發(fā)展。

1 包裝機(jī)模塊化編程介紹

1.1 為什么需要模塊化編程

設(shè)備制造商和最終用戶一樣，要求減少成本，同時(shí)還要求快速的傳輸和啟動(dòng)。應(yīng)用項(xiàng)目工程師必須找到一種方法快速有效的滿足他們的需求。為了完成這項(xiàng)任務(wù)，把機(jī)器拆分成模塊，每個(gè)模塊都需要監(jiān)督實(shí)現(xiàn)同步或異步的運(yùn)行。

目前，許多包裝機(jī)械制造商已成功地將模塊化編程用于產(chǎn)品的開發(fā)。

1.2 模塊化編程特點(diǎn)

1.2.1 應(yīng)用軟件開發(fā)的快速性和便捷性

提供經(jīng)過驗(yàn)證的軟件編程技術(shù)和編程風(fēng)格的實(shí)例，程序員可將其應(yīng)用于自己的代碼中，從而可以使程序員能夠?qū)Ｗ⒂诖a模塊的功能性而非程序執(zhí)行技巧。

1.2.2 改善應(yīng)用軟件的維護(hù)和操作

如果代碼是模塊化的，軟件人員可以在一個(gè)代碼中作出改變，而減少對(duì)系統(tǒng)中其他代碼模塊的影響。

1.2.3 應(yīng)用軟件更高的可靠性

使用模塊化編程不僅能增加程序的可重用性，還能使程序更容易閱讀。

2 PackML狀態(tài)模型

同一OEM制造商都沒有統(tǒng)一的軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，因此造成操作者和技術(shù)人員的面臨著培訓(xùn)和支持的挑戰(zhàn)，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和時(shí)間。這造成了很多PLC軟件同時(shí)存在，缺乏一致性，因此OMAC（the Organization for Machine Automation and Control）包裝工作組發(fā)展了PackML（Packing Machinery Language）狀態(tài)模型，提高了機(jī)器與機(jī)器間的集成，擴(kuò)展了操作者的能力，提高了和管理系統(tǒng)的集成。ISA-TR88.00.02-2008中包含了PackML定義及如何使用的范例。模塊化編程遵循ISA-88標(biāo)準(zhǔn)，ISA88的使用對(duì)開發(fā)模塊化編程、集成、診斷和調(diào)試工作起到了積極的影響。

PackML是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其旨在實(shí)現(xiàn)機(jī)器的狀態(tài)、操作模式和標(biāo)簽名的統(tǒng)一，并以模塊化的方式來實(shí)現(xiàn)控制架構(gòu)搭建以及軟件的設(shè)計(jì)。

2.1 ISA88物理分層模型

ISA88物理結(jié)構(gòu)分層有企業(yè)、地點(diǎn)、生產(chǎn)線、機(jī)器、設(shè)備模塊和控制模塊，物理模型表明企業(yè)可以包含多個(gè)地點(diǎn)，每個(gè)地點(diǎn)可以包含多條生產(chǎn)線，每個(gè)生產(chǎn)線可以包含多臺(tái)機(jī)器。

2.2 PackML狀態(tài)模型

PackML主要包含兩個(gè)概念：模式及狀態(tài)和變量

2.2.1 模式及狀態(tài)

狀態(tài)模型主要將機(jī)器分為幾個(gè)模式，如生產(chǎn)，手動(dòng)，維護(hù)等，每個(gè)模式預(yù)定義了17個(gè)狀態(tài)，但是不需要的狀態(tài)可以不使用。模式轉(zhuǎn)換只能在不同模式的相同狀態(tài)下轉(zhuǎn)換。

2.2.2 變量定義

主要分為三類：命令變量，狀態(tài)變量和管理變量。

2.3 模塊化編程的基本單元

2.3.1 用戶自定義數(shù)據(jù)類型

自定義數(shù)據(jù)類型可以實(shí)現(xiàn)組織數(shù)據(jù)，將同一對(duì)象的數(shù)據(jù)放在一個(gè)結(jié)構(gòu)體，便于實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮木幊獭?/p>

2.3.2 功能塊

功能塊是客戶化指令，可以設(shè)計(jì)和創(chuàng)建，用來封裝常用的功能和設(shè)備控制。優(yōu)勢在于通過一次性修改指令，就能完成所有引用指令的改變。功能塊可以從應(yīng)用項(xiàng)目中導(dǎo)出，導(dǎo)入到另一個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目中，并創(chuàng)建模塊庫。

3 應(yīng)用實(shí)例

本文以禮品箱裝箱機(jī)為例，介紹應(yīng)用于模塊化編程的步驟。禮品箱裝箱機(jī)主要用于利樂鉆產(chǎn)品的裝箱，包括進(jìn)包、進(jìn)箱、裝箱1、裝箱2和封箱等部分，實(shí)現(xiàn)鉆石包上下分層裝箱和封箱功能。

3.1 硬件配置

本機(jī)采用羅克韋爾ControlLogix 1756-L72 PLC控制，HMI使用施耐德HMIGTO6310觸摸屏。

3.2 程序結(jié)構(gòu)

程序框架如圖所示，UN01_Machine主要包括PackML功能塊，主要實(shí)現(xiàn)機(jī)器模式和狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，將命令發(fā)到各設(shè)備模塊，接收各設(shè)備模塊的狀態(tài)。FutltHandler子程序中報(bào)警事件分為停機(jī)事件、警告事件和通用事件，同時(shí)HMI上能顯示當(dāng)前發(fā)生的三類事任。分解的設(shè)備模塊和控制模塊主要分為進(jìn)包、進(jìn)箱、裝箱1、裝箱2和封箱設(shè)備模塊，每個(gè)設(shè)備模塊各包含數(shù)個(gè)控制模塊。如圖1所示。

3.3 開發(fā)步驟

開發(fā)程序時(shí)遵循以下步驟：

（1）按照S88物理分層標(biāo)準(zhǔn)將機(jī)器分成單元、設(shè)備模和控制模塊。

（2）定義PackML的模式和狀態(tài)。

（3）定義單元、設(shè)備模和控制模塊在每個(gè)模式的每個(gè)狀態(tài)下的動(dòng)作。

（4）定義用于生產(chǎn)線集成和MES功能的變量。

（5）定義報(bào)警。

（6）編程。

4 結(jié)束語

綜上所述，采用模塊化編程有利于包裝機(jī)新機(jī)型的研發(fā)，提高了程序一致性和可重用性。PLC和觸摸屏結(jié)合的電氣控制方案，與機(jī)械設(shè)計(jì)模塊化組合，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。

參考文獻(xiàn)

[1]ISA-TR88.00.02-2008 Machine and Unit States：An Implementation Example of ISA-88.

作者單位

杭州中亞機(jī)械股份有限公司 浙江省杭州市 310011