摘 要：PAC可编程自动化控制器相比PLC性能先进，优势明显；因此设计了一套基于PAC的柔性制造系统，阐述了柔性制造系统控制系统的构成及工作原理；详细介绍了PAC总控单元及作业单元的内部组成，结构及运行过程；并说明了柔性制造系统采用的以太网总线通信的拓补结构及其工作原理。
关键词：PAC；可编程自动化控制器；柔性制造
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.115
1 引言
随着中国制造2025战略规划的持续推进，传统的刚性生产、标准化产品的制造系统由于其灵活度和适应性差的特点，已经很难适应智能工厂，智能制造的需求。柔性生产由于其灵活多变的生产方式以及对市场差异化的适应能力已经成为未来制造业的趋势，但柔性制造系统的设计依然面临着信息化、大数据化、物联网化等诸多问题[1]。
PAC（Programmable Automation Controller，可编程自动化控制器）是在PLC技术基础上升级功能而来，兼具了可编程控制器的可靠性、耐用性和计算机的开放性、灵活性、通用性等的特点，目前PAC已经应用到诸多行业中。相对于的PLC技术，PAC技術更能适应于柔性制造系统对快速运算、海量存储、与其他硬件平台及互联网的连接等方面的需求。
2 PAC System Rx3i 系统简介
柔性制造系统采用GE（美国通用电气公司）的智能平台PAC System RX3i控制器作为各个制造单元的主控系统，拥有一个单一的控制引擎和一个通用的编程环境。其运算速度高，数据吞吐能力好，CPU采用主频为300MHz的Intel Celeron PentiumⅢ微处理器，拥有10MB用内存和10MB用户闪存，闪存可永久保存程序和重要数据，避免在系统断电或内置电池没电时丢失；CPU与其它模块通信采用27MHz的PIC总线；控制器还具有40种以上的I/O模块选择以及以太网接口。
PAC可编程自动化控制器工作原理和PLC非常相近，采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，但PAC结合了PC的处理器、内存及软件性能，以及PLC系统的稳定特性。PAC工作过程中，每个扫描周期分为输入，执行，输出三部分，输入扫描过程中集中读取输入端的状态信号，程序执行完成后，输出端集中刷新输出信号[2]。
柔性制造系统的总控单元的生产信息控制系统采用IFIX组态软件建立实时监控画面，总控单元实时与各制造单元进行数据交换，并以动态方式显示生产过程运行状态，仓库库存状态等。
3 柔性制造系统的组成
柔性制造系统由生产信息控制系统，柔性生产作业系统和物流储运系统构成，其中柔性生产作业系统由总控单元、上料单元、下料单元、加盖单元、穿销单元、伸缩换向单元、检测单元、分拣单元、码垛机立体仓库单元、废料单元十个单元组成，如图1所示。通过对各个单元的搭配组合，实现物料的上下料、加盖、穿销、质检，存储等功能，对于同类型产品的生产制造具有良好的适应能力。
总控单元的控制系统由PIC总线背板、电源模块、CPU模块、以太网通信模块、串行总线传输模块组成，总控单元是柔性生产作业系统的控制核心，依据产品的制造要求制定的加工工序路线程序存储于总控单元中，总控单元分别发送指令控制各执行单元完成其加工过程。
各执行单元的控制部分都由PIC总线背板、电源模块、CPU模块、以太网通讯模块、数字量输入模块、模拟量输入模块、数字量输出模块、模拟量输出模块、串行总线传输模块组成，如图2所示。各个执行单元控制器统一配置，具有良好的兼容性与互换性，执行单元接收到总控单元的控制指令后进行加工，各主要加工单元的过程如下：
上料单元利用四自由度机械手将料槽中的毛坯件抓取，机身扬臂、旋转、行走、并放至下料单元，RX3i控制器通过伺服电机驱动器控制伺服电机旋转以带动机械手运动。毛坯件下料后通过加盖单元加盖后进入穿销单元，穿销单元利用直线推动机构将销钉装配到上盖与毛培中，形成工件，销钉料槽中可放置不同类型销钉，通过光纤传感器和电感传感器以检测销钉，保证加工质量。
加工完成后进入检测单元，检测单元通过电容传感器，色标传感器，光电式传感器和电感式传感器检测工件颜色、装配情况、销钉材质各项性能，并将检测结果发至总控单元。总控单元依据检测结果控制分拣单元将成品中的废料分拣出去，再控制立体仓库单元将成品依照类型进行入库，立体仓库单元除了具有入库出库功能外，还具有库存查询功能，将各个库位的储存情况实施传输给总控单元，以方便实时查询和合理规划组织下一步的生产及仓储物流运输。
4 柔性制造系统的通信
传统的PLC控制核心利用RS-232等串口通信方式进行通信，通信速度慢，信息容量小。而PAC则通常利用以太网进行通信，GE电气高性能PAC Systems RX7i的CPU模块之中内置有10 /100 Mbps以太网以及双口交换机，在控制单元之间的以太网通信连接无需使用额外的交换机设备或者集线器设备[2]。而本柔性制造系统各制造单元采用以太网接口模块IC695ETM001，各单元通过以太网总线的方式连接到总控单元上，其连接方式如图3所示。
为了区分各单元，为每一个PAC控制器的以太网接口分配一个固定IP地址，为对应单元的组号，总控单元及其他单元通过多目广播技术（Multicast）的通信方式将EGD数据发送出。EGD数据中包含着信息有：发射模块的组号，通信类型，接收方的IP地址，数据重复发送的时间间隔，数据的发送状态，数据的起始地址及数据内容。发射完成后，EDG数据通过以太网总线同时到达其他各个单元，各个单元在收到总控单元的EDG数据后执行相应动作，并将执行结果及传感器采集到的信号通过组播Multicast的方式反馈到总控单元上，总控单元收到各执行单元的数据后依据生产加工的要求发出下一步的执行指令，继续加工工作。
5 结语
与传统的PLC控制的柔性制造系统相比，利用PAC构建柔性制造系统具有明显的优势，各加工单元将工件位置、加工进度、废品情况实时传输给总控单元，实现了集中控制，降低了加工风险，提高了生产效率。随着PAC系统的技术不断发展和完善，其在柔性制造系统中的运用将会呈现井喷式增长，必将成为未来智能制造控制系统的主流。
参考文献：
[1]曹运红.柔性制造系统、柔性制造单元和成组技术的发展及其应用[J].飞航导弹，2004（05）：59-63.
[2]张莉.PAC可编程自动控制器在谢桥新建选煤厂控制系统的应用[J].选煤技术，2013（03）：80-85.
作者简介：李瑾（1989-），男，山西离石人，硕士研究生，助教，研究方向：测控及机器人技术等。