1、引言
風(fēng)神襄樊汽車有限公司在生產(chǎn)天籟系列汽車時(shí),一直采用由生產(chǎn)調(diào)度中心提前下計(jì)劃到車間,再由車間根據(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(含有車身信息如:同期生產(chǎn)號(hào)、流水號(hào)等)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)(汽車自動(dòng)化生產(chǎn)管理系統(tǒng),以下簡(jiǎn)稱NEPID系統(tǒng))的開發(fā)。在NEPID系統(tǒng)的開發(fā)中,使用耐高溫、無(wú)源的NEPID讀寫卡裝備在每個(gè)車身,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)決定車身搬入和搬出的功能,并將移動(dòng)中的車載信息通過(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,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)開發(fā)中的PLC功能
NEPID系統(tǒng)開發(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。在NEPID系統(tǒng)中,還連接有多臺(tái)NEPID系統(tǒng)設(shè)定盤及視頻監(jiān)聽設(shè)備作為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),使得現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)功能更加完善。
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) 車輛搬送功能;將涂裝工程完成的車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)檐圀w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輛,在PBS立體庫(kù)中有保留這種車輛的功能。使用這種功能可以防止在裝配工程生產(chǎn)線上發(fā)生缺件車的情況。
(5) 空進(jìn)程生成功能;在車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,到作業(yè)熟練為止的期間內(nèi),在車輛的前后生成空進(jìn)程,吸收與普通車的作業(yè)時(shí)間差,或在裝配工程中將抽出的車輛裝載回生產(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)于車身的信息,包括車身型號(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,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),進(jìn)行顏色的自動(dòng)識(shí)別和搭配,實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作。
對(duì)面涂自動(dòng)噴涂機(jī),對(duì)信息實(shí)現(xiàn)的功能與中涂吹灰機(jī)一樣,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CX-P源通信程序。其流程圖如圖1所示。
圖1 通信控制流程圖
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。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)定盤讀取NEPID卡的信息。NEPID系統(tǒng)設(shè)定盤分析讀取的信息好壞,并輸出NEPID系統(tǒng)設(shè)定盤的OK或報(bào)警信號(hào)。當(dāng)NEPID系統(tǒng)設(shè)定盤檢測(cè)信息有問(wèn)題,輸出NEPID系統(tǒng)設(shè)定盤報(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。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。
圖2 PBS庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)及控制信號(hào)圖
在圖中:
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)
車載信息調(diào)度管理的自動(dòng)化,已被國(guó)外各大汽車廠商廣泛使用,國(guó)內(nèi)三大汽車廠商之一的東風(fēng)汽車公司僅在其下屬的風(fēng)神汽車有限公司推行這種方案,其余的廠家還在沿用人工讀取車載信息的生產(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。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。立體庫(kù)以太網(wǎng)控制還可以有效地對(duì)進(jìn)入總裝的車身順序進(jìn)行修正,對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行更新,使更新生產(chǎn)計(jì)劃的周期大大縮短。