汽車(chē)生產(chǎn)線涂裝車(chē)間自動(dòng)化控制研究與實(shí)現(xiàn)

楊咪咪

[摘? ? 要 ]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化控制在汽車(chē)制造中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。這樣可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高加工質(zhì)量，進(jìn)一步推進(jìn)精益生產(chǎn)，為企業(yè)創(chuàng)造有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品提供有效保障。隨著市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化，國(guó)內(nèi)汽車(chē)廠商應(yīng)從庫(kù)存中促銷(xiāo)，帶動(dòng)生產(chǎn)模式。如何使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)透明化，進(jìn)行可視性管理，以減少中間環(huán)節(jié)的浪費(fèi)，節(jié)省勞動(dòng)力，迅速適應(yīng)市場(chǎng)需求，將成為企業(yè)關(guān)注的話題。自動(dòng)控制技術(shù)在制造業(yè)中由于噴漆車(chē)間的特殊性，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)身的實(shí)時(shí)跟蹤。

[關(guān)鍵詞]汽車(chē)生產(chǎn)線;涂裝車(chē)間;自動(dòng)化控制;研究;實(shí)現(xiàn)

[中圖分類號(hào)]TM63 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）04–00–03

[Abstract]With the development of science and technology， automation and control are playing an increasingly important role in automobile manufacturing.This can reduce labor intensity， improve processing quality， further promote lean production， and provide effective guarantee for enterprises to create competitive products.With the change of market structure.Domestic automobile manufacturers should promote sales from stock to drive production mode.How to make the production site transparent， visibility management， in order to reduce the waste of intermediate links， save labor， quickly adapt to market demand， will become a topic of concern to enterprises.Due to the particularity of spray painting vehicle threshold， automatic control technology can not realize real-time tracking of car body in manufacturing industry.

[Keywords]automobile production line; painting workshop; automatic control; research; realization

汽車(chē)涂裝車(chē)間是汽車(chē)制造企業(yè)最嚴(yán)重的污染源。噴漆車(chē)間的能耗、水和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）排放占汽車(chē)制造過(guò)程能耗的60%，降低了噴漆車(chē)間的關(guān)鍵能源成本，降低了汽車(chē)制造成本。因此，操作的透明度，確定任何對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和成本的影響，提高計(jì)劃的實(shí)時(shí)性和靈活性，以及能否提高生產(chǎn)線的效率就成為了企業(yè)關(guān)注的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)范圍概述

FAS系統(tǒng)覆蓋范圍：乘用車(chē)公司擴(kuò)建乘用車(chē)基地新建車(chē)廠焊接車(chē)間、涂裝車(chē)間、總裝車(chē)間。FAS系統(tǒng)主要包括以下兩個(gè)子系統(tǒng)：AVI系統(tǒng)和PMC系統(tǒng)：

AVI （Automatic Vehicle Identification，簡(jiǎn)稱AVI）是一種自動(dòng)車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)，它利用條形碼或RFID（無(wú)線車(chē)輛識(shí)別）等手段對(duì)車(chē)身、零部件和車(chē)輛/吊具進(jìn)行全程跟蹤。

AVI 系統(tǒng)底層生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)備連接到上層管理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的作用在MES系統(tǒng)至關(guān)重要，是一種最重要、最基本的功能模塊：收到工廠水平生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃系統(tǒng)的日常生產(chǎn)計(jì)劃，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)備發(fā)送指令調(diào)用相應(yīng)的處理程序指示生產(chǎn)，實(shí)際生產(chǎn)和返回的最后處理結(jié)果。同時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先確定的路由規(guī)則（遠(yuǎn)程模式）或完全人為WS（本地模式）焊接車(chē)間區(qū)域，分色存儲(chǔ)區(qū)域在油漆車(chē)間和組裝車(chē)間面積PBS車(chē)輛優(yōu)化調(diào)度，以確保車(chē)輛緩沖后重新排序序列盡可能計(jì)劃生產(chǎn)序列，從而極大地提高涂層車(chē)間和裝配車(chē)間的生產(chǎn)效率，同時(shí)減少損失的油漆車(chē)間和組裝車(chē)間材料供應(yīng)損失（多余的線邊緣材料存儲(chǔ)空間和不必要的來(lái)回移動(dòng)）。

PMC系統(tǒng)（生產(chǎn)控制系統(tǒng)）是一種生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，PMC系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)線自動(dòng)化設(shè)備的操作條件，并在第一時(shí)間全面實(shí)時(shí)報(bào)警故障信息通過(guò)人機(jī)接口通知車(chē)間相關(guān)人員：監(jiān)控生產(chǎn)狀況的改變每個(gè)生產(chǎn)線的節(jié)拍時(shí)間，設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)間，停機(jī)和故障類型。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄信息的整理和分析，生成定制化的生產(chǎn)報(bào)告，為真正實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的最終目標(biāo)——“預(yù)見(jiàn)性、預(yù)防性維修”奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及說(shuō)明

FAS系統(tǒng)架構(gòu)主要分為兩層。

（1）控制層。

控制層由中央機(jī)房及焊接、涂裝、總裝中控室的服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成。

（2）設(shè)備層。

設(shè)備層主要包括AVIPLC、AVI讀寫(xiě)站、指示終端、on screen等。

（3）PMC系統(tǒng)方案。

PMC系統(tǒng)是FAS系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，其主要功能是對(duì)車(chē)間設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警、生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和記錄，并提供相應(yīng)的報(bào)告，分析設(shè)備運(yùn)行情況。PMC系統(tǒng)分為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備維護(hù)、診斷平臺(tái)、報(bào)告等功能模塊。

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)搭建

3.1 入網(wǎng)設(shè)備及接口

（1）焊接網(wǎng)設(shè)備及生產(chǎn)線PLC 20臺(tái)，包括焊接主線、左右圍線、WBS、調(diào)整線、纏繞機(jī)等。

（2）涂網(wǎng)設(shè)備及生產(chǎn)線PLC數(shù)量為55臺(tái)，包括預(yù)處理電泳輸送系統(tǒng)、機(jī)械化輸送系統(tǒng)、噴涂機(jī)器人系統(tǒng)、涂膠機(jī)器人系統(tǒng)、烘干爐系統(tǒng)等。

（3）總裝網(wǎng)設(shè)備及生產(chǎn)線PLC數(shù)量為35臺(tái)，包括PBS、內(nèi)線、底盤(pán)線、裝配線、檢測(cè)線、車(chē)門(mén)裝配線、發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線等。

（4）線體及設(shè)備控制器采用西門(mén)子PLC S7-300系列，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及DP/DP光電耦合器接口，與PMC、AVI系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

3.2 設(shè)備接口類型

（1）PLC設(shè)備的狀態(tài)、生產(chǎn)、報(bào)警、工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在DB1000、DB1001、DB1002、DB1003中，系統(tǒng)通過(guò)OPCServer采集關(guān)鍵數(shù)據(jù)并記錄到PMC數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

（2）類似的設(shè)備，如檢測(cè)、灌裝、收緊膠卷暗盒應(yīng)該存儲(chǔ)在不同的表的信息，特別是生產(chǎn)信息應(yīng)該與條碼綁定，并提供數(shù)據(jù)表文件，通過(guò)閱讀其他數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄方法PMC數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的一些特殊的設(shè)備，設(shè)備制造商合作開(kāi)發(fā)自定義接口。

3.3 車(chē)輛自動(dòng)識(shí)別與跟蹤

AVI系統(tǒng)子系統(tǒng)FAS系統(tǒng)的核心基地、生產(chǎn)序列，從上層AVI系統(tǒng)發(fā)布通過(guò)關(guān)鍵點(diǎn)AVI來(lái)說(shuō)，閱讀和寫(xiě)作通過(guò)掃描條形碼序列，或讀/寫(xiě)RDID跟蹤生產(chǎn)汽車(chē)和汽車(chē)以指導(dǎo)生產(chǎn)裝配指令，設(shè)備選擇和工藝參數(shù)，如通過(guò)在焊接車(chē)間，噴涂車(chē)間和組裝Ⅵ。我站根據(jù)計(jì)劃或條碼信息將車(chē)輛的車(chē)輛屬性寫(xiě)入載體代碼，并在這些重要位置從裝載代碼中讀出汽車(chē)車(chē)身的車(chē)輛屬性，以及車(chē)輛屬性的加工參數(shù)來(lái)指導(dǎo)其自動(dòng)化設(shè)備的準(zhǔn)確。站點(diǎn)AVI掃描站具有RFID讀寫(xiě)、掃描車(chē)輛條碼、條碼檢測(cè)、輸出計(jì)數(shù)、合格判斷等功能。

3.4 可編程序控制器（PLC）技術(shù)

隨著微電子技術(shù)大規(guī)模集成電路技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)的發(fā)展，PLC在技術(shù)和功能上都有了飛躍。在最初邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)上，增加模量等功能模塊，形成數(shù)值運(yùn)算和兌換調(diào)節(jié)。特別是PLC利用特殊的數(shù)據(jù)高速公路（高速公路）逐漸將一個(gè)共同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化，使PLC之間的通信制造企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。PLC實(shí)現(xiàn)條件和其他各種電腦系統(tǒng)和設(shè)備的整合，正在形成大型控制系統(tǒng)。道具控制了個(gè)人電腦系統(tǒng)和格式f717在pc程序開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的持續(xù)過(guò)程，目前以PLC的f717系統(tǒng)為依據(jù)在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用。

PLC投入運(yùn)行時(shí)，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。

（1）采樣輸入-輸入的氣閥狀態(tài)，存儲(chǔ)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步使用的檢查。

（2）執(zhí)行程序后，PLC依次執(zhí)行用戶程序中的指令，執(zhí)行結(jié)果暫時(shí)保存。

（3）根據(jù)更新輸出-1階段輸入狀態(tài)，輸入規(guī)定的輸出結(jié)果的第2階段程序。

這三個(gè)階段被稱為掃描周期。PLC的輪作過(guò)程全部按一定比例反復(fù)進(jìn)行，并執(zhí)行上述3個(gè)階段。PLC輸入數(shù)據(jù)處理的信號(hào)和控制輸出信號(hào)的不同時(shí)間掃描儀解析幫助系統(tǒng)能夠設(shè)計(jì)程序控制器的方法是盡可能利用目前先進(jìn)的電腦技術(shù)滿足用戶的需求，PLC和繼電器接入控制電路除了重要的差別之外，還需要其他界面和外部物理世界（如i/0點(diǎn)），實(shí)現(xiàn)其他內(nèi)部邏輯功能。這種邏輯功能不僅有替代性，而且大大超過(guò)了中間繼電器，計(jì)時(shí)繼電器等硬件的邏輯學(xué)的實(shí)現(xiàn)可能性，從而為PLC的穩(wěn)定性和簡(jiǎn)便編成奠定了基礎(chǔ)。

4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

4.1 控制系統(tǒng)組成

合理的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和穩(wěn)定性保護(hù)。圖1為系統(tǒng)示意圖。整個(gè)控制系統(tǒng)可以分為上層監(jiān)控系統(tǒng)、配電控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)部分?，F(xiàn)場(chǎng)部分由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)操作盒組成。

4.2 監(jiān)控界面的總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)有很多監(jiān)控設(shè)備，需要收集和顯示數(shù)據(jù)，不能在同一屏幕上顯示全部?jī)?nèi)容。于是根據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)成，把照片分類，分別開(kāi)發(fā)出不同的界面，通過(guò)轉(zhuǎn)折按鈕，將每張照片相互轉(zhuǎn)換。精密加工系統(tǒng)與真線加工系統(tǒng)相連接的單一系統(tǒng)，按通用系統(tǒng)屏幕上的設(shè)備圖標(biāo)，進(jìn)入各單一系統(tǒng)的詳細(xì)畫(huà)面。它們?cè)诒镜貐^(qū)都是由它們實(shí)際運(yùn)行的。這樣系統(tǒng)中大部分信息就能顯示在一張圖上。下圖顯示整個(gè)監(jiān)視系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

4.3 上位監(jiān)控及工程師站

上述裝置使用了兩臺(tái)西門(mén)子工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)各種變量的人機(jī)交流、安裝、監(jiān)控、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等操作，還負(fù)責(zé)工程畫(huà)面，工藝流程和設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行標(biāo)識(shí)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以手動(dòng)操作，控制命令可以在圖表熒光屏上發(fā)布。生產(chǎn)過(guò)程中的可執(zhí)行數(shù)據(jù)可經(jīng)常保存在端口歷史中。管理所可以開(kāi)發(fā)軟件和網(wǎng)絡(luò)通信部。操作系統(tǒng)平臺(tái)是中文windows XP，高級(jí)監(jiān)控軟件是由西門(mén)子windows cc6.0組第二次開(kāi)發(fā)。

4.4 PLC與UPS柜

PLC將安裝儲(chǔ)物柜，PLC和UPS等配件。這可以完成對(duì)所有現(xiàn)場(chǎng)工程的收集和控制。PLC：儀表板上安裝了s7-400個(gè)控制器模塊、電源模塊及eatnet模塊。PLC kipe還搭載了德國(guó)鳳凰防震總線模塊及總線DI、D0、AI、A0模塊。擴(kuò)展、運(yùn)行和維護(hù)都很容易，這些模塊可以從程序中選擇輸入模塊的信號(hào)類型，輸出模塊直接具有功率的輸出功能，可以完成各種規(guī)則和復(fù)雜的控制電路。PLC是用歐元區(qū)隔離器進(jìn)行攔截的，PLC本身利用新自由膜很容易與上位器連接。PLC儀表板上還安裝了緊急停止按鈕，因此一旦發(fā)生緊急狀況，就會(huì)被停止工作。

4.5 現(xiàn)場(chǎng)配電柜與變頻器控制柜

控制器是控制室精密的線路系統(tǒng)中各種發(fā)動(dòng)機(jī)，傳感器和其他裝備的滾輪動(dòng)力，控制板電氣設(shè)備電壓等級(jí)為380/220V。這是由中控制室統(tǒng)一控制PLC實(shí)現(xiàn)的。船體自動(dòng)等待、自動(dòng)前進(jìn)、后退、上下移動(dòng)PLC。中央控制室的上述單位（在選擇工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的前提下）可以對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況，參數(shù)和故障經(jīng)過(guò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。變頻器主要用于控制精煉線的真空和出口速度。頻率變速器安裝了本地操作按鈕，通過(guò)頻率變速器控制滾筒電的速度和機(jī)器停止?fàn)顟B(tài)。

4.6 現(xiàn)場(chǎng)操作盒

一種是直接操作現(xiàn)場(chǎng)，另一種是連接各遠(yuǎn)程I/O站點(diǎn)，將各設(shè)備狀態(tài)信號(hào)傳送給PLC，手動(dòng)操作比中央控制室更優(yōu)先，只有通過(guò)遠(yuǎn)程遙控改變狀態(tài)開(kāi)關(guān)才能自動(dòng)控制。因此，在連接自動(dòng)運(yùn)營(yíng)體系之前，首先進(jìn)行連接現(xiàn)場(chǎng)各運(yùn)營(yíng)箱子的調(diào)試。該系統(tǒng)控制系統(tǒng)上各滾筒的前進(jìn)、后退、起降、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備手動(dòng)緊急停止控制、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備位置恢復(fù)控制等。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從涂料車(chē)間生產(chǎn)鏈識(shí)別系統(tǒng)的研究出發(fā)，分析了自動(dòng)控制技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用。這個(gè)項(xiàng)目不僅反映了投資為了節(jié)省成本，減少能源消耗，減少現(xiàn)場(chǎng)工作和其他方面，關(guān)鍵是自動(dòng)的初步嘗試，未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)在焊接車(chē)間和組裝車(chē)間，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高管理的質(zhì)量，進(jìn)一步促進(jìn)精益生產(chǎn)，創(chuàng)造產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ)。

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