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摘要：针对某塑胶厂传统的混合混色注塑生产成型工艺中存在分散的设备占地面积多，生产效率低，机位人手多且生产成本高的问题，设计基于CAN—BUS的混合混色注塑生产成型系统，该系统采用两套注塑生产设备和专用控制传送带，通过CAN—BUS现场总线技术进行高速通信，人机界面进行监视控制，以达到协调生产混合混色注塑产品的自动化生产要求。从应用效果来看，该系统不仅能够缩短生产周期，减少人力成本和占地面积，而且能够实现对生产设备和生产状态的实时监控，进一步提高了对生产设备的现场管理水平。
关键词：CANBUS； 人机界面； 监视控制
：A
Design of Mixed Injection Molding Production System Based on CANBUS
ZHOU Xien1，LUO Fei1，DENG Xiaoyan1，CHE Fengjiao2
（1.Institute of Automation Science and Engineer， South China University of Technology， Guangzhou510641，China；
2. Huiyang Allan plastic electrical industrial Co.LTD， Huizhou516035，China）
Abstract：Due to the problems of the traditional mixed injection molding production，such as the dispersed devices which take up too much area， the low production efficiency， the large number of labors， and the highcosts of the production， we designed a new mixed injection molding production system by using the CANBUS. This system employs two sets of injection molding production equipments and a specialized controlling conveyor. In order to meet the demands of automatic production， this system， adopting the CANBUS， can achieve a highspeed communication and a supervisory control with a Manmachine interface. From the application effect， this system can not only be good at shortening the cycletime of the production， reducing the basic costs and downsizing the area for devices， but also can fulfill the function of realtime monitoring for both of the equipments and status of the production， which will enhance the level of site management for production equipments.
Key words：CANBUS； humancomputer interface； monitoring control
1引言
现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统，它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化、及控管一体化的综合自动化功能[3]，通过CANBUS现场总线技术能够很好地实现混合混色塑料产品的自动化生产。
计算技术与自动化2012年9月
第31卷第3期周锡恩等：基于CANBUS的混合混色注塑生产成型系统设计
2系统工作原理
现有传统的混合混色塑料产品生产工艺中，不同原料生产的软硬部件分别由两立的注塑机进行注塑成型，注塑机之间不存在通信，软硬部件注塑完成后再通过人工进行装配，人工成本较高，生产效率和自动化程度较低，已经不适应现代化生产的需要。针对传统混合混色产品生产工艺的不足，对现有的生产线进行设计。如图1所示，塑料产品含有两种不同类型和颜色的塑料，需要两台注塑机和机械手协调配合工作。当硬胶注塑机完成硬胶部分成型后，由机械手2将其抓取到专用传送带上（此时硬胶注塑机继续做下一个产品）。机械手1得到信息后，去专用传送带上取走该未完成产品，并将其放入软胶注塑机进行软胶成型，最终产品成型后，由机械手1将其抓取到产品传送带上，然后再到达专用传送带取下一件未完成产品，如此循环工作，设备之间的高速通信采用CAN总线技术[4—5]，并通过上位机对生产过程进行监控，以实现生产线的自动化生产。
图1混合混色塑胶制品自动注塑加工成型生产工艺流程图
3硬件配置设计
系统装置采用两台卧式电动注塑机，配以两台可以五自由度运动的机械手，机械手通过专用控制器控制，生产的制品通
注塑机为日本FANUC公司生产的卧式电动注塑机，机械手为WITTMANN公司生产的具有开放式控制结构的可五自由度运动机械手，其控制器为R8控制器，该控制器可提供灵活接口，用于与电脑或注塑机高级通信，增加了用于自动化系统联系的输入/ 输出硬件、CanOpen 实时接口、以太网接口和USB接口。采用伺服电机带动专用传送带，采用三菱可编程控制器（FX2N）控制伺服电机。采用三相异步电动机带动产品传送带。
4基于CANBUS的通信设计
整个生产系统的设备之间以及与上位机的高速通信均通过CANBUS进行，上位机采用PC机设计人机界面对整个系统进行监控，如图2所示。
由于上位机PC机本身不带CAN接口[6]，所以采用致远公司的PCCAN接口卡USBCANII智能CAN接口卡[7]，使PC机可以通过USB总线连接至CAN网络，该接口卡自带光电隔离模块，增强了系统在恶劣环境中使用的可靠性。控制注塑机和伺服电机的plc具有RS—232串行功能[8]，为了实现PLC与CAN总线进行通信，采用致远公司的CAN232MB智能协议转换器可以快速将RS232通信设备连接到CANBUS现场总线。
图2CANBUS通信设计结构框图
5人机界面设计
上位机的人机界面是在WINCC V6.0平台上设计的[9—10]，WINCC集生产自动化和过程自动化于一体，利用组态技术的组态界面实现实时控制、监视，其良好的人机界面实现了对整个生产系统的有效监控。
在界面显示方面，建立监控系统启动界面，加料监控界面、注塑机监控界面、机械手监控界面和传送带监控界面。每个监控界面都建立相应监控面板，在面板上放置文本框、按钮、数字框等控件来完成对CAN总线上的数据显示，从而实现对整个生产系统的监控。界面设计结构框图如图3所示：
图3界面设计结构框图
6结语
针对传统混合混色塑胶制品生产工艺的不足，利用CANBUS现场总线技术将分散的设备进行集中监控，提高了生产的自动化程度，形成混合混色注塑生产成型自动化系统。从实际应用效果来看，每个塑料产品的生产周期至少减少4秒，降低了产品不良率。对于生产该类型的塑料，若实行三班倒，每套生产线节约送料、注塑、装配人员18人。今后还可以通过优化机械手动作程序等进一步缩短生产周期，为企业节省了大量的劳动力成本，提高了生产效率并提升了对生产车间的管理水平，能够使企业更好地达到“优质、高效、低耗”目标，可以使企业在注塑行业发展中占据领先地位，在同行业竞争中取得优势。
参考文献
宋春华.高档注塑机的发展动向[J].机床与液压，2012，2（40）：122—125.
侯照君.基于模糊PID的紧密注塑机控制系统设计与研究[D].大连：大连理工大学，2009.
[3]张永军.大型高压离心压缩机稳定运行监控系统[J].哈尔滨理工大学学报，2010，15（3）：111—113.
[4]Natale D.Marco.Scheduling the CAN Bus With Earliest Deadline Techniques[C].21st IEEE Real—time Systems Symposium， Orlando，FL，USA， 2000： 259 —268.
[5]才红玉，李允.CAN总线车载网络通讯组件的研究和实现[J].微计算机信息，2010，26（7）：111—113.
[6]黄崇莉.基于CAN总线PLC控制实验系统[J].中国现代教育装备，2009，2：42—44.
[7]邵斌，朱茂桃.混合动力汽车CAN 网络信号监测与故障诊断系统的开发[J].汽车技术，2009，2：46—49.
[8]袁玲，杜启亮.计算机与FX2N系列PLC串行通信的几种方法[J].计算技术与自动化，2011，2（30）：130—133.
[9]赵少华，罗飞.基于WinCC的热连轧消息报警系统设计与实现[J].微计算机信息，2009，25（3）：17—19.
[10]祝宁，于海生. 基于S7200及WinCC6.0的PLC综合实验系统研制[J].青岛大学学报：工程技术版，2012，27（1）：53—57.
关键词：CANBUS； 人机界面； 监视控制
：A
Design of Mixed Injection Molding Production System Based on CANBUS
ZHOU Xien1，LUO Fei1，DENG Xiaoyan1，CHE Fengjiao2
（1.Institute of Automation Science and Engineer， South China University of Technology， Guangzhou510641，China；
2. Huiyang Allan plastic electrical industrial Co.LTD， Huizhou516035，China）
Abstract：Due to the problems of the traditional mixed injection molding production，such as the dispersed devices which take up too much area， the low production efficiency， the large number of labors， and the highcosts of the production， we designed a new mixed injection molding production system by using the CANBUS. This system employs two sets of injection molding production equipments and a specialized controlling conveyor. In order to meet the demands of automatic production， this system， adopting the CANBUS， can achieve a highspeed communication and a supervisory control with a Manmachine interface. From the application effect， this system can not only be good at shortening the cycletime of the production， reducing the basic costs and downsizing the area for devices， but also can fulfill the function of realtime monitoring for both of the equipments and status of the production， which will enhance the level of site management for production equipments.
Key words：CANBUS； humancomputer interface； monitoring control
1引言
源于：论文格式字体要求www.udooo.com
随着人们生活水平的提高，对塑料产品的需求量越来越大，品种越来越多样化，特别是对于软硬混合混色的塑料产品的需求量增大。塑料产品的核心生产装置是注塑机，注塑机是将热塑性或热固性塑料通过塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。它能够一次成型外形复杂、尺寸精度高或带有金属嵌件的质地致密的塑料制品，被广泛应用于国防、机电、汽车、交通运输、建材、包装等各个领域。而混合混色塑料产品是指同一产品中，有不同颜色和软硬不同的塑料组成，这对于塑料产品的生产和装配工艺要求很高，不仅要多台注塑机注塑不同颜色和软硬不同的塑料配件，还要将这些配件迅速组装成产品。如果采用传统的生产方法，存在分散的设备占地面积多，生产效率低，机位人手多且生产成本高的问题。也有改进传统方法进行一体化生产，使用一套设备进行软硬部件连续注塑，虽然减少了人力，但是也存在设备改造困难，生产过程复杂，容易产生不良产品，而且生产周期较长等问题。现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统，它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化、及控管一体化的综合自动化功能[3]，通过CANBUS现场总线技术能够很好地实现混合混色塑料产品的自动化生产。
计算技术与自动化2012年9月
第31卷第3期周锡恩等：基于CANBUS的混合混色注塑生产成型系统设计
2系统工作原理
现有传统的混合混色塑料产品生产工艺中，不同原料生产的软硬部件分别由两立的注塑机进行注塑成型，注塑机之间不存在通信，软硬部件注塑完成后再通过人工进行装配，人工成本较高，生产效率和自动化程度较低，已经不适应现代化生产的需要。针对传统混合混色产品生产工艺的不足，对现有的生产线进行设计。如图1所示，塑料产品含有两种不同类型和颜色的塑料，需要两台注塑机和机械手协调配合工作。当硬胶注塑机完成硬胶部分成型后，由机械手2将其抓取到专用传送带上（此时硬胶注塑机继续做下一个产品）。机械手1得到信息后，去专用传送带上取走该未完成产品，并将其放入软胶注塑机进行软胶成型，最终产品成型后，由机械手1将其抓取到产品传送带上，然后再到达专用传送带取下一件未完成产品，如此循环工作，设备之间的高速通信采用CAN总线技术[4—5]，并通过上位机对生产过程进行监控，以实现生产线的自动化生产。
图1混合混色塑胶制品自动注塑加工成型生产工艺流程图
3硬件配置设计
系统装置采用两台卧式电动注塑机，配以两台可以五自由度运动的机械手，机械手通过专用控制器控制，生产的制品通
摘自：本科毕业论文结论www.udooo.com
过专用定位控制传送带和产品传送带传送，整个装置设备之间采用CANBUS现场总线技术进行高速通信，使整个装置能够自动协调进行注塑加工成型生产。硬件具体配置如下：注塑机为日本FANUC公司生产的卧式电动注塑机，机械手为WITTMANN公司生产的具有开放式控制结构的可五自由度运动机械手，其控制器为R8控制器，该控制器可提供灵活接口，用于与电脑或注塑机高级通信，增加了用于自动化系统联系的输入/ 输出硬件、CanOpen 实时接口、以太网接口和USB接口。采用伺服电机带动专用传送带，采用三菱可编程控制器（FX2N）控制伺服电机。采用三相异步电动机带动产品传送带。
4基于CANBUS的通信设计
整个生产系统的设备之间以及与上位机的高速通信均通过CANBUS进行，上位机采用PC机设计人机界面对整个系统进行监控，如图2所示。
由于上位机PC机本身不带CAN接口[6]，所以采用致远公司的PCCAN接口卡USBCANII智能CAN接口卡[7]，使PC机可以通过USB总线连接至CAN网络，该接口卡自带光电隔离模块，增强了系统在恶劣环境中使用的可靠性。控制注塑机和伺服电机的plc具有RS—232串行功能[8]，为了实现PLC与CAN总线进行通信，采用致远公司的CAN232MB智能协议转换器可以快速将RS232通信设备连接到CANBUS现场总线。
图2CANBUS通信设计结构框图
5人机界面设计
上位机的人机界面是在WINCC V6.0平台上设计的[9—10]，WINCC集生产自动化和过程自动化于一体，利用组态技术的组态界面实现实时控制、监视，其良好的人机界面实现了对整个生产系统的有效监控。
在界面显示方面，建立监控系统启动界面，加料监控界面、注塑机监控界面、机械手监控界面和传送带监控界面。每个监控界面都建立相应监控面板，在面板上放置文本框、按钮、数字框等控件来完成对CAN总线上的数据显示，从而实现对整个生产系统的监控。界面设计结构框图如图3所示：
图3界面设计结构框图
6结语
针对传统混合混色塑胶制品生产工艺的不足，利用CANBUS现场总线技术将分散的设备进行集中监控，提高了生产的自动化程度，形成混合混色注塑生产成型自动化系统。从实际应用效果来看，每个塑料产品的生产周期至少减少4秒，降低了产品不良率。对于生产该类型的塑料，若实行三班倒，每套生产线节约送料、注塑、装配人员18人。今后还可以通过优化机械手动作程序等进一步缩短生产周期，为企业节省了大量的劳动力成本，提高了生产效率并提升了对生产车间的管理水平，能够使企业更好地达到“优质、高效、低耗”目标，可以使企业在注塑行业发展中占据领先地位，在同行业竞争中取得优势。
参考文献
宋春华.高档注塑机的发展动向[J].机床与液压，2012，2（40）：122—125.
侯照君.基于模糊PID的紧密注塑机控制系统设计与研究[D].大连：大连理工大学，2009.
[3]张永军.大型高压离心压缩机稳定运行监控系统[J].哈尔滨理工大学学报，2010，15（3）：111—113.
[4]Natale D.Marco.Scheduling the CAN Bus With Earliest Deadline Techniques[C].21st IEEE Real—time Systems Symposium， Orlando，FL，USA， 2000： 259 —268.
[5]才红玉，李允.CAN总线车载网络通讯组件的研究和实现[J].微计算机信息，2010，26（7）：111—113.
[6]黄崇莉.基于CAN总线PLC控制实验系统[J].中国现代教育装备，2009，2：42—44.
[7]邵斌，朱茂桃.混合动力汽车CAN 网络信号监测与故障诊断系统的开发[J].汽车技术，2009，2：46—49.
[8]袁玲，杜启亮.计算机与FX2N系列PLC串行通信的几种方法[J].计算技术与自动化，2011，2（30）：130—133.
[9]赵少华，罗飞.基于WinCC的热连轧消息报警系统设计与实现[J].微计算机信息，2009，25（3）：17—19.
[10]祝宁，于海生. 基于S7200及WinCC6.0的PLC综合实验系统研制[J].青岛大学学报：工程技术版，2012，27（1）：53—57.