基于PLC和觸摸屏的照片揀選亮燈防錯(cuò)裝置設(shè)計(jì)

陳 祥

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東青島266555）

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)后，汽車行業(yè)得到了前所未有的發(fā)展，中國(guó)汽車市場(chǎng)迅速飽和，各類型車企如雨后春筍般涌現(xiàn)。但是，各大車企在投資建廠的時(shí)候，從經(jīng)濟(jì)效益的角度考量，大多依賴于收購(gòu)和使用老舊廠房及設(shè)備，導(dǎo)致各大車企的制造系統(tǒng)自動(dòng)化程度低，大部分裝配工作都依靠人工完成。

1 照片揀選裝置設(shè)計(jì)背景

在汽車制造過程中，車間的自動(dòng)化程度較低，需要大量的人工參與。裝配工盡管受過專業(yè)的崗前培訓(xùn)，且都嚴(yán)格按照工藝流程進(jìn)行操作，但仍不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些質(zhì)量問題，例如漏裝、扭力失效等。

以總裝車間終線工段的揀選隨車照片工位為例，該工位需要找到對(duì)應(yīng)車輛的隨車照片并放置于車內(nèi)，便于車輛下線后的檢測(cè)。當(dāng)前工位有A類普通車型照片77個(gè)品種，再加上B類訂單車型照片，合計(jì)90余個(gè)品種，員工要根據(jù)標(biāo)識(shí)卡的車輛裝配信息來區(qū)分隨車照片的種類。員工通過核對(duì)信息揀選1張照片需要耗費(fèi)10 s左右的時(shí)間，且員工完全憑借記憶進(jìn)行識(shí)別，存在錯(cuò)選的風(fēng)險(xiǎn)隱患，RPN（風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)）高達(dá)180，這是一個(gè)典型的極易產(chǎn)生質(zhì)量問題的工位。一旦員工在揀選照片時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，就有可能造成后續(xù)一系列的質(zhì)量問題。

筆者在全面了解該工位的基礎(chǔ)上，采用PLC和觸摸屏設(shè)計(jì)了一套半自動(dòng)的照片揀選亮燈防錯(cuò)裝置。PLC（可編程控制器）作為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的核心控制器，具有程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠和實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。工控觸摸屏是操作人員與PLC之間雙向溝通的橋梁，其不僅能夠?qū)崟r(shí)顯示PLC的I/O狀態(tài)，而且能夠接收操作人員發(fā)出的各種指令。本次設(shè)計(jì)采用羅克韋爾AB1769 PLC作為照片揀選亮燈防錯(cuò)裝置的核心控制器，西門子MP370觸摸屏作為照片揀選亮燈防錯(cuò)裝置的人機(jī)交互界面。

2 具體設(shè)計(jì)內(nèi)容

照片揀選亮燈防錯(cuò)裝置的設(shè)計(jì)制造主要包含機(jī)械、電氣、程序設(shè)計(jì)3個(gè)部分。機(jī)械部分要對(duì)原有的照片存放料架進(jìn)行改造，形成X、Y坐標(biāo)，方便之后的照片排布及放置，使觸摸屏能夠精準(zhǔn)地顯示位置坐標(biāo)并亮燈提示。電氣部分則需要建立一個(gè)新的PLC架構(gòu)，設(shè)計(jì)方案采用以太網(wǎng)（Ethernet）連接的控制模式，由羅克韋爾AB1769 PLC主控制器作為系統(tǒng)的核心控制器，輸出的LED燈帶連接到繼電器上，繼電器的線圈再連接到PLC的輸出模塊上。程序設(shè)計(jì)部分將整個(gè)系統(tǒng)通過RSLinx軟件進(jìn)行組態(tài)，再使用RSLogix5000軟件進(jìn)行程序編寫，分別實(shí)現(xiàn)掃描槍讀取程序、繼電器輸出程序、觸摸屏顯示程序各個(gè)模塊的功能。此外，觸摸屏應(yīng)用程序需要單獨(dú)通過WinCCflexible2008組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)，實(shí)現(xiàn)員工操作過程人機(jī)信息交互功能。

2.1 機(jī)械部分

原有照片存放料架如圖1所示，照片順序隨意擺放，料架占地面積大，照片排放沒有規(guī)律?，F(xiàn)根據(jù)員工的需求，設(shè)計(jì)制造了一套新的照片存放料架，共計(jì)15×7=105格照片框，將統(tǒng)計(jì)的照片代碼及對(duì)應(yīng)照片存放按照人機(jī)工程最優(yōu)的原則，分別放入對(duì)應(yīng)的照片框內(nèi)。如圖2所示，新的照片存放料架全部采用鋁型材裝配而成，質(zhì)量輕且結(jié)構(gòu)牢固，將電控柜固定在料架的上部，方便員工讀取觸摸屏信息。

圖1 原有照片存放料架

圖2 新型照片存放料架

2.2 電氣部分

本設(shè)計(jì)根據(jù)新的需求，首先需要設(shè)計(jì)鋪設(shè)亮燈電路，亮燈材料使用24 V的飛利浦LED燈帶。新的料架是7行15列，一共需要22個(gè)繼電器進(jìn)行控制，根據(jù)行正列負(fù)的原則，將同一行的燈帶正極焊接起來相串聯(lián)，再將同一列的燈帶負(fù)極焊接起來相串聯(lián)，用玻璃膠固定燈帶到對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的照片框下，這樣就完成了燈帶系統(tǒng)的布置。

電氣部分采用十字交叉點(diǎn)坐標(biāo)的連接方式，最大限度地減少了繼電器的使用，節(jié)約了成本。將7個(gè)正極和15個(gè)負(fù)極分別接進(jìn)繼電器后，再將繼電器的線圈觸點(diǎn)接進(jìn)PLC的輸出模塊，這樣就可以通過程序的輸出來控制燈帶的亮滅。例如，當(dāng)需要3行5列的照片框LED燈亮?xí)r，只需要控制PLC同時(shí)輸出3行的正極繼電器和5列的負(fù)極繼電器線圈吸合，這樣3行5列的LED燈就能亮起來。電控柜布局如圖3所示。

圖3 電控柜布局

2.3 程序設(shè)計(jì)部分

在電控柜完成配盤后，接下來就是程序的編寫。首先是掃描槍讀取程序，這一過程需要實(shí)現(xiàn)掃描槍錄入車輛VSN信息的功能。羅克韋爾AB1769 PLC控制器模塊本身自帶RS232串口，本設(shè)計(jì)選用的掃描槍是西克IDM無線掃描槍，按照說明在對(duì)掃描槍進(jìn)行初始化配置后，將串口連接到PLC的控制模塊，同時(shí)在程序中使用ARL指令即可實(shí)現(xiàn)掃碼讀取功能。

接下來是繼電器輸出程序，這一過程需要在讀到取條碼信息后，實(shí)現(xiàn)輸出對(duì)應(yīng)照片坐標(biāo)的功能。VSN的條碼信息在程序里為一段16位的ASCII碼，根據(jù)需要將1～4位數(shù)字和8～9位數(shù)字重新組合形成6位的車輛照片代碼，新的照片代碼與料架上的坐標(biāo)信息一一對(duì)應(yīng)。這一部分最重要的是需要建立照片代碼與坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，采用如圖4所示的數(shù)據(jù)庫標(biāo)簽，HMI_BCR_Code 為一個(gè)容量1 000 的字符串標(biāo)簽，HMI_BCR_Code.ScanCode_Set 為6 位數(shù)字的照片代碼，HMI_BCR_Code.X_Pos 為 X 坐 標(biāo) 的 信 息 ，HMI_BCR_Code.Y_Pos為Y坐標(biāo)的信息，數(shù)據(jù)庫的錄入可以用EXCEL批量導(dǎo)入或者通過之后的觸摸屏輸入。當(dāng)掃描槍讀取到信息時(shí)，先將信息處理成6數(shù)字位的照片條碼，再通過FIND指令快速匹配數(shù)據(jù)庫中的信息，最終輸出對(duì)應(yīng)的照片坐標(biāo)信息，完成亮燈操作。

圖4 數(shù)據(jù)庫標(biāo)簽

最后是觸摸屏顯示程序，這一部分要在PLC和觸摸屏之間建立變量連接，實(shí)現(xiàn)觸摸屏人機(jī)交互的功能。通過WinCCflexible2008組態(tài)軟件使觸摸屏與PLC建立連接，將PLC的變量信息輸入觸摸屏，使觸摸屏和PLC的變量能夠互相讀寫，這時(shí)觸摸屏就能在掃碼之后完成車輛信息的顯示，方便員工在拿取照片后核對(duì)信息。此外，員工還能通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)代碼信息的錄入，根據(jù)柔性生產(chǎn)需求靈活增加車輛照片。觸摸屏設(shè)置畫面如圖5所示。

圖5 觸摸屏設(shè)置畫面

在實(shí)際操作過程中，員工需要提前在觸摸屏中輸入所有車型代碼及其對(duì)應(yīng)的照片坐標(biāo)，建立一套照片代碼數(shù)據(jù)庫。當(dāng)裝配車輛到來時(shí)，通過裝置配備的掃描槍掃描車輛配置單上的VSN（車輛配置信息）碼，PLC通過內(nèi)部運(yùn)算即可將對(duì)應(yīng)的車輛信息顯示在觸摸屏上，并且該車型對(duì)應(yīng)照片的位置也會(huì)亮起LED燈提示員工進(jìn)行操作，在拿取完畢后員工需要通過復(fù)位按鈕來熄滅LED燈確認(rèn)信息。最終的照片揀選亮燈防錯(cuò)裝置效果圖如圖6所示。

圖6 照片揀選亮燈防錯(cuò)裝置效果圖

3 結(jié)語

隨著汽車行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，自動(dòng)化防錯(cuò)系統(tǒng)在汽車裝配過程中的應(yīng)用會(huì)越來越多。本文設(shè)計(jì)的是一套基于PLC和觸摸屏的照片揀選亮燈防錯(cuò)裝置，不僅簡(jiǎn)化了員工的操作步驟，節(jié)約了操作時(shí)間，還具備一定的防錯(cuò)功能。在現(xiàn)代化的汽車工廠中，總裝車間是人力使用最多的工藝裝配車間，如果能夠多增加一些類似的自動(dòng)化防錯(cuò)設(shè)備，將大幅減少員工在操作中的失誤，提高汽車裝配質(zhì)量。