1.引言

在汽車(chē)各類(lèi)生產(chǎn)線上采用車(chē)體識(shí)別系統(tǒng)，可以對(duì)不同生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并可以及時(shí)向物料管理、生產(chǎn)調(diào)度、質(zhì)量保證以及其它相關(guān)各部門(mén)傳送，這對(duì)原材料供應(yīng)、生產(chǎn)調(diào)度、銷(xiāo)售服務(wù)、質(zhì)量監(jiān)控以及整車(chē)的終身質(zhì)量跟蹤等都起著非常重要的作用。

風(fēng)神襄樊汽車(chē)有限公司在生產(chǎn)天籟系列汽車(chē)時(shí)，一直采用由生產(chǎn)調(diào)度中心提前下計(jì)劃到車(chē)間，再由車(chē)間根據(jù)計(jì)劃調(diào)度工位生產(chǎn)的管理模式。這種多級(jí)管理模式不僅浪費(fèi)了大量人力資源，同時(shí)也浪費(fèi)了用來(lái)加載生產(chǎn)管理信息的紙張和打孔卡，而且這種管理模式的自動(dòng)化程度不高。為了降低公司生產(chǎn)管理成本，充分利用人力資源，提高自動(dòng)化程度而進(jìn)行了NEPID系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。在NEPID系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，使用耐高溫、無(wú)源的NEPID讀寫(xiě)卡裝備在每個(gè)車(chē)身，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備側(cè)立體庫(kù)的以太網(wǎng)控制。

課題的主要任務(wù)是對(duì)工廠的PBS立體成品庫(kù)和SBS面漆存儲(chǔ)庫(kù)的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其能夠接收由中央控制室服務(wù)器發(fā)出的控制信息，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)手動(dòng)指定或者由中央控制室服務(wù)器來(lái)決定車(chē)身搬入和搬出的功能，并將移動(dòng)中的車(chē)載信息通過(guò)以太網(wǎng)傳輸給中央控制室的服務(wù)器。同時(shí)具備調(diào)整和半自動(dòng)功能，方便用戶操作。為了使現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)能夠與生產(chǎn)管理服務(wù)器順利交換數(shù)據(jù)，與NEPID系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，選擇了使用可編程控制器及以太網(wǎng)模塊，以太網(wǎng)（Ethernet）指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)及沖突檢測(cè)）技術(shù)，并以10M/S的速率運(yùn)行在多種類(lèi)型的電纜上。建立通過(guò)以太網(wǎng)與生產(chǎn)管理服務(wù)器連接的方案。

2.系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的PLC功能

NEPID系統(tǒng)包括載碼體TAG（即數(shù)據(jù)載體或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）、載碼體讀/寫(xiě)裝置、接口模塊。NEPID系統(tǒng)開(kāi)發(fā)包括對(duì)面漆存儲(chǔ)庫(kù)SBS和立體成品庫(kù)PBS控制系統(tǒng)及中涂和上涂工位控制系統(tǒng)。歐姆龍可編程控制器在面漆存儲(chǔ)庫(kù)SBS和立體成品庫(kù)PBS控制系統(tǒng)中承擔(dān)控制任務(wù)，采用以太網(wǎng)與中央控制室進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。

2.1 PBS需要實(shí)現(xiàn)的功能

在成品立體庫(kù)中要求完成對(duì)進(jìn)入PBS立體庫(kù)的搬入控制、退出PBS立體庫(kù)的搬出控制、退出PBS立體庫(kù)的分支控制、退出PBS立體庫(kù)的搬出計(jì)劃制定和進(jìn)入總裝的空進(jìn)程控制，實(shí)現(xiàn)立體庫(kù)的功能。其功能體現(xiàn)在：

（1）車(chē)輛搬送功能；將涂裝工程完成的車(chē)輛由涂裝工廠向裝配工廠搬送。

（2）吸收生產(chǎn)差異的緩沖器；涂裝工程和裝配工程之間的生產(chǎn)實(shí)際績(jī)效存在差異的時(shí)候承擔(dān)一個(gè)緩沖器的作用，使涂裝工程和裝配工程的生產(chǎn)損失相互之間互不影響。彌補(bǔ)在生產(chǎn)過(guò)程中因?yàn)樵O(shè)備故障、品質(zhì)不良、出勤率低下、開(kāi)動(dòng)時(shí)間的差異等原因造成的生產(chǎn)損失。

（3）裝配生產(chǎn)線投入順序的補(bǔ)正功能；裝配生產(chǎn)線的基本順序是由在生成VIN碼時(shí)，裝配生產(chǎn)線的投入順序決定的，但因?yàn)檐?chē)體在涂裝工程中不能保證順序和零部件的完整，從而在PBS立體庫(kù)控制中負(fù)擔(dān)了投入順序的補(bǔ)正機(jī)能。補(bǔ)正機(jī)能采用優(yōu)先遵守同步生產(chǎn)連續(xù)編號(hào)順序的同步生產(chǎn)模式和優(yōu)先考慮裝配作業(yè)時(shí)工數(shù)的平均化的平均化模式兩種。

（4）缺件車(chē)保留；裝配零件發(fā)生缺件的時(shí)候，避免向裝配生產(chǎn)線上投入使用這種缺件的車(chē)輛，在PBS立體庫(kù)中有保留這種車(chē)輛的功能。使用這種功能可以防止在裝配工程生產(chǎn)線上發(fā)生缺件車(chē)的情況。

（5）空進(jìn)程生成功能；在車(chē)種變更或者微小變更的時(shí)候，從在裝配生產(chǎn)線上投入試制車(chē)，到作業(yè)熟練為止的期間內(nèi)，在車(chē)輛的前后生成空進(jìn)程，吸收與普通車(chē)的作業(yè)時(shí)間差，或在裝配工程中將抽出的車(chē)輛裝載回生產(chǎn)線，裝配時(shí)在生產(chǎn)線上生成空進(jìn)程，來(lái)滿足生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

2.2 PLC在系統(tǒng)中的功能

在PBS部分，PLC在接受服務(wù)器發(fā)送的信息的同時(shí)，不斷地與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。相互交換數(shù)據(jù)的內(nèi)容是服務(wù)器發(fā)給本地站關(guān)于車(chē)身的信息，包括車(chē)身型號(hào)、同期生產(chǎn)號(hào)、顏色以及其他的一些關(guān)于進(jìn)庫(kù)的安排、車(chē)道的選擇等有效數(shù)據(jù)信息，其傳輸數(shù)據(jù)的形式及報(bào)文的格式宏觀上遵循TCP/IP協(xié)議，IP是英文Internet Protocol（網(wǎng)絡(luò)之間互連的協(xié)議）的縮寫(xiě)，中文簡(jiǎn)稱為“網(wǎng)協(xié)”，也就是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接進(jìn)行通信而設(shè)計(jì)的協(xié)議。在因特網(wǎng)中，它是能使連接到網(wǎng)上的所有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互通信的一套規(guī)則，規(guī)定了計(jì)算機(jī)在因特網(wǎng)上進(jìn)行通信時(shí)應(yīng)當(dāng)遵守的規(guī)則。任何廠家生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只要遵守 IP協(xié)議就可以與因特網(wǎng)互連互通。而在具體細(xì)節(jié)上遵循協(xié)商的通信協(xié)議。本地站同時(shí)不斷的將自身采集的庫(kù)存車(chē)身的有效信息及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的請(qǐng)求信息等傳送給服務(wù)器。還需要將現(xiàn)場(chǎng)人員的手動(dòng)操作部分的數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器，保證庫(kù)區(qū)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)更新。

在SBS成品庫(kù)部分，本地站只將服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存在數(shù)據(jù)記憶寄存器中，在庫(kù)區(qū)的出入口各設(shè)置一個(gè)觸摸屏來(lái)顯示當(dāng)前的生產(chǎn)狀態(tài)、庫(kù)存信息及全部手動(dòng)控制操作按紐。對(duì)中涂自動(dòng)吹灰機(jī)，利用總裝中央控制室服務(wù)器發(fā)送的信息來(lái)控制噴涂機(jī)的工作狀態(tài)，噴涂機(jī)的主要工作部位為雙作用式氣動(dòng)液壓增壓泵，換向機(jī)構(gòu)為特殊形式的先導(dǎo)式全氣控配氣換向裝置。入壓縮空氣后，活塞移動(dòng)到氣缸上端部或下端部時(shí)，使上先導(dǎo)閥或下先導(dǎo)閥動(dòng)作，控制氣流瞬間推動(dòng)配氣換向裝置換向，從而便氣動(dòng)馬達(dá)的活塞作穩(wěn)定連續(xù)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于活塞與涂料柱塞泵中的柱塞剛性連接，并且，活塞的面積比柱塞的面積大。因而使吸入的涂料增壓。被增壓的涂料，經(jīng)高壓軟管輸送到無(wú)氣噴槍?zhuān)詈笤跓o(wú)氣噴嘴處釋放液壓，瞬時(shí)霧化后噴向被涂物表面，形成涂膜層。 通過(guò)以太網(wǎng)來(lái)接受服務(wù)器發(fā)送的控制噴涂機(jī)狀態(tài)的控制信息，實(shí)現(xiàn)工位的自動(dòng)化操作。

3.以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)NEPID系統(tǒng)生產(chǎn)管理自動(dòng)化，在參考?xì)W姆龍以太網(wǎng)的操作設(shè)計(jì)手冊(cè)和現(xiàn)場(chǎng)控制工藝流程的基礎(chǔ)上，完成了對(duì)以太網(wǎng)通信和控制部分設(shè)計(jì)。

3.1 以太網(wǎng)通信控制設(shè)計(jì)

在PBS項(xiàng)目中，設(shè)置以太網(wǎng)單元號(hào)為5，計(jì)算出CIO存儲(chǔ)區(qū)的首地址字為1634和DM存儲(chǔ)區(qū)的首地址字D30518，在此基礎(chǔ)上編寫(xiě)CX-P源通信程序。其流程圖如圖1所示。

在通信控制程序上首先設(shè)置數(shù)據(jù)緩存區(qū)，包括發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的緩存區(qū)，在此基礎(chǔ)運(yùn)用大量的數(shù)據(jù)邏輯指令來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信功能。

3.2 以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)立體庫(kù)的現(xiàn)場(chǎng)控制項(xiàng)目改造要求，在實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信的基礎(chǔ)上需要對(duì)PBS立體庫(kù)的自動(dòng)控制進(jìn)一步研究?？刂埔c(diǎn)在于大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和通信控制。通信控制器管理到主機(jī)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)輸入輸出。它可以是復(fù)雜的前臺(tái)大型計(jì)算機(jī)接口或者簡(jiǎn)單的設(shè)備如多路復(fù)用器、橋接器和路由器。這些設(shè)備把計(jì)算機(jī)的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為通信線上傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)，并完成所有必要的控制功能、錯(cuò)誤檢測(cè)和同步?，F(xiàn)代設(shè)備還完成數(shù)據(jù)壓縮、路由選擇、安全性功能，并收集管理信息。當(dāng)雪橇到達(dá)NEPID讀取滾床位置后，雪橇停止，由可編程控制器輸出請(qǐng)求信號(hào)給NEPID系統(tǒng)，請(qǐng)求NEPID系統(tǒng)設(shè)定盤(pán)讀取NEPID卡的信息。當(dāng)NEPID系統(tǒng)設(shè)定盤(pán)檢測(cè)信息有問(wèn)題，輸出NEPID系統(tǒng)設(shè)定盤(pán)報(bào)警信號(hào)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，通知操作人員處理。當(dāng)雪橇控制系統(tǒng)檢測(cè)到NEPID系統(tǒng)設(shè)定盤(pán)有報(bào)警信號(hào)時(shí)，該滾床停止，不做任何動(dòng)作。直到雪橇控制系統(tǒng)檢測(cè)到NEPID系統(tǒng)設(shè)定盤(pán)的OK信號(hào)后，才能控制雪橇前進(jìn)，并發(fā)出清除OK信號(hào)給NEPID系統(tǒng)設(shè)定盤(pán)。實(shí)現(xiàn)PBS的搬入控制、搬出控制、搬出分支控制，搬出計(jì)劃調(diào)度和進(jìn)入總裝進(jìn)程控制。

現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)及控制信號(hào)如圖2所示。

在圖2中：1表示到位信號(hào)（DI-P） （PLC→NEPID：1Bit）；2表示空實(shí)信號(hào)（DI-P） （PLC→NEPID：1Bit）；3表示OK,NEPID系統(tǒng)設(shè)定盤(pán)報(bào)警信號(hào)信號(hào) （NEPID→PLC：2Bit）；4表示搬入道指示信號(hào)（DO-P） （Server→PLC：4Bit）；5表示通過(guò)信號(hào)（DI-P） （PLC→Server：1Bit）；6表示搬入側(cè)設(shè)備異常信號(hào)（DI-S） （PLC→Server：496Bit）；7表示搬出指示要求信號(hào)（DI-P） （PLC→Server：1Bit）；8表示搬出道指示信號(hào)（DO-P） （Server→PLC：4Bit）；9表示先行指示信號(hào)（DO-P） （Server→PLC：2Bit）；10表示通過(guò)信號(hào)（DI-P）（PLC→Server：2Bit）；11表示先行異常信號(hào)（DO-P） （Server→PLC：1Bit）；12表示在位信號(hào)（DI-P） （PLC→NEPID：1Bit）；13表示OK,NG信號(hào) （NEPID→PLC：2Bit）；14表示搬出側(cè)設(shè)備異常信號(hào)（DI-S） （PLC→Server：496Bit）。

為了實(shí)現(xiàn)通信控制和現(xiàn)場(chǎng)控制結(jié)合在一起工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，將所有的控制和請(qǐng)求信息都通過(guò)以太網(wǎng)來(lái)進(jìn)行傳送，達(dá)到完全自動(dòng)化生產(chǎn)管理的目的。

4.結(jié)束語(yǔ)

車(chē)載信息調(diào)度管理的自動(dòng)化，已被國(guó)外各大汽車(chē)廠商廣泛使用，國(guó)內(nèi)三大汽車(chē)廠商之一的東風(fēng)汽車(chē)公司僅在其下屬的風(fēng)神汽車(chē)有限公司推行這種方案，其余的廠家還在沿用人工讀取車(chē)載信息的生產(chǎn)模式。課題在緊密聯(lián)系產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)的前提下研究應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用。

目前，系統(tǒng)使用歐姆龍以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)完成了對(duì)成品庫(kù)的通信和控制。以太網(wǎng)技術(shù)指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox,Intel和DEC公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)及沖突檢測(cè)技術(shù)）技術(shù)，并以10M/S的速率運(yùn)行在多種類(lèi)型的電纜上。以太網(wǎng)與IEEE802·3系列標(biāo)準(zhǔn)相類(lèi)似。以太網(wǎng)不是一種具體的網(wǎng)絡(luò)，是一種技術(shù)規(guī)范。在現(xiàn)場(chǎng)，使用歐姆龍工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)一起，實(shí)現(xiàn)了對(duì)成品庫(kù)的自動(dòng)有效控制，達(dá)到了按計(jì)劃自動(dòng)出入庫(kù)的設(shè)計(jì)要求。

在成品庫(kù)的控制中，新的管理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)自動(dòng)更新和數(shù)據(jù)自動(dòng)比較排序功能，使現(xiàn)場(chǎng)控制的穩(wěn)定性大大提高。和原來(lái)的人工操作出入庫(kù)模式相比，準(zhǔn)確率由82.4%升高到96%以上，對(duì)車(chē)身信息的控制實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性也得到了保障。