變速器檢測線管理控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

常 凱，鄭德超，尹 健，邢 運(yùn)

（中國科學(xué)院 沈陽自動化研究所，沈陽 110016）

變速器檢測線管理控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

常 凱，鄭德超，尹 健，邢 運(yùn)

（中國科學(xué)院 沈陽自動化研究所，沈陽 110016）

該文介紹了一種變速器檢測線管理控制系統(tǒng)。檢測設(shè)備基于PLC邏輯控制，利用工業(yè)以太網(wǎng)通過OPC接口與管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)了管控一體化。一些檢測關(guān)鍵工位配置自動讀碼器，可將變速器檢測數(shù)據(jù)和對應(yīng)編碼上傳數(shù)據(jù)庫存檔。管理系統(tǒng)可實現(xiàn)檢測計劃的下達(dá)、產(chǎn)品檢測檔案的建立和設(shè)備狀態(tài)的反饋，提高了車間信息化水平和管理的效率。關(guān)鍵詞：管理控制系統(tǒng)；變速器檢測線；讀碼器；可編程邏輯控制器

汽車變速器出廠前的測試，是對變速器各個性能指標(biāo)按照一定工藝要求進(jìn)行流水檢測的過程。由于產(chǎn)品質(zhì)量對于企業(yè)的信譽(yù)至關(guān)重要，因此變速器出廠前的測試在整個生產(chǎn)過程中非常重要[1]。傳統(tǒng)的變速器檢測線由于人工參與較多，自動化程度偏低，檢測管理不集中統(tǒng)一，無法掌握變速器測試的過程數(shù)據(jù)信息，難以實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的追溯以幫助工藝人員發(fā)現(xiàn)變速器裝配工藝或零部件的某些缺陷[2]。在此，以華晨動力機(jī)械有限公司某變速器檢測線項目為例，介紹一種變速器出廠前的檢測線系統(tǒng)，由此實現(xiàn)自動化測試過程、檢測集中管理和變速器檢測檔案的建立。

1 檢測線布局和管理控制系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

1.1 工藝布局

華晨動力機(jī)械有限公司某變速器主檢測線，呈環(huán)形、總長度約百米，設(shè)有10臺變速器性能自動檢測設(shè)備，如圖1所示。上、下方的2個岔道分別為氣密測試不合格水密復(fù)檢上下線通道和試驗臺測試不合格上下線返修通道。

圖1 檢測線工藝布局Fig.1 Process layout of test line

1.2 管理控制系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)

根據(jù)技術(shù)協(xié)議，檢測線及設(shè)備的管控系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)以下具體功能：

（1）檢測線體與檢測設(shè)備的自動化運(yùn)行；

（2）實時監(jiān)控每個檢測工位設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并上傳管理系統(tǒng)；

（3）變速器檢測計劃的集中下達(dá)和統(tǒng)一管理；

（4）建立產(chǎn)品檢測檔案，通過變速器上的二維碼追溯每個變速器性能測試的關(guān)鍵數(shù)據(jù)等信息。

2 管理控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 檢測線控制系統(tǒng)的設(shè)計

采用工業(yè)以太網(wǎng)作為控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接的硬件平臺，實現(xiàn)檢測線PLC與線上各個檢測設(shè)備PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸。

檢測線采用主控PLC西門子的1513-1PN和2個分布式從站模塊ET 200SP，模塊分3個區(qū)域接收I/O信號。檢測線上的10臺設(shè)備均采用西門子S7-1200系列PLC作為智能從站，分別編程控制10個測試過程的邏輯動作。所有設(shè)備的PLC經(jīng)過交換機(jī)與檢測線主控PLC的以太網(wǎng)口相連，通過Profinet總線協(xié)議進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)每個檢測工位設(shè)備變速器就位、啟動檢測過程、完成校檢過程、變速器放行過程的全自動化。

為實現(xiàn)對檢測工位關(guān)鍵數(shù)據(jù)自動采集和變速器自身二維編碼的綁定，方便后期的質(zhì)量追溯，在這些工位配置了自動二維碼讀碼器。每個讀碼器都帶有工業(yè)以太網(wǎng)的接口，可連接到該檢測工位設(shè)備PLC的以太網(wǎng)接口上，通過Profinet總線協(xié)議進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)的編程[3]。例如，在氣密檢測機(jī)組工位，通過編程可將測試變速器的二維碼編碼和該變速器泄漏量等參數(shù)，保存到PLC相應(yīng)地址中供管理系統(tǒng)讀取，整個過程無需人工操作。至此，所建立的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)Fig.2 Network diagram of control system

2.2 檢測線管理系統(tǒng)的設(shè)計

為實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，以工控機(jī)為核心組建管理系統(tǒng)的硬件平臺，如圖3所示。

工控機(jī)與二維碼打印機(jī)可通過以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)的客戶端軟件，檢測管理人員可分別下達(dá)檢測計劃的初始流水號信息到二維碼打印機(jī)中。每個待測變速器到達(dá)貼碼工位，打印機(jī)自動執(zhí)行打印工作1次，流水號自動加1，為每個變速器生成唯一的二維碼檢測標(biāo)識。

工控機(jī)平臺可通過OPC接口與每個設(shè)備的PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此管理系統(tǒng)也能夠?qū)崟r掌握檢測線每個工位的檢測信息，并將這些實時信息如設(shè)備急停、超時報警，以及檢測下線的變速器數(shù)量等生產(chǎn)信息都統(tǒng)一顯示到大屏幕上，使車間管理高效靈活。

工控機(jī)管理系統(tǒng)客戶端，可實時讀取每臺檢測設(shè)備PLC上的變速器二維碼編號和相關(guān)的檢測參數(shù)記錄，并存儲到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。如果需要查看某變速器的檢測記錄時，可在管理系統(tǒng)客戶端輸入相關(guān)批次變速器的檢測時間或二維碼號即可調(diào)出相應(yīng)的信息。

圖3 管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)Fig.3 Hardware structure of management system

2.3 管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)的基本控制方案確定后，在西門子博圖軟件中進(jìn)行編程。檢測線PLC編程主要控制線體每個檢測工位擋停器的升降，輥道電機(jī)的啟停、和轉(zhuǎn)角升降臺的動作，實現(xiàn)變速器托盤的循環(huán)流動的功能。

檢測設(shè)備PLC程序由主要由檢測運(yùn)行模塊、設(shè)備狀態(tài)模塊、設(shè)備通訊模塊和讀碼器模塊構(gòu)成。檢測運(yùn)行模塊包括了設(shè)備對變速器檢測的所有運(yùn)行的邏輯動作。設(shè)備狀態(tài)模塊可將設(shè)備報警、運(yùn)行超時，每個變速器檢測過程是否異常等信號寫到對應(yīng)地址中上傳給管理系統(tǒng)。設(shè)備通訊模塊負(fù)責(zé)接收檢測線的工作狀態(tài)字，并向其傳送設(shè)備運(yùn)行的控制字，實現(xiàn)該工位設(shè)備自動啟動和托盤的放行。讀碼器模塊可通過總線讀取正在該工位檢測變速箱二維碼編號，待測試完成后連同該工位的相關(guān)檢測數(shù)據(jù)一并上傳到管理系統(tǒng)中。圖4所示為每個自動檢測設(shè)備程序基本流程。

為了在工控機(jī)平臺通過OPC接口實現(xiàn)對設(shè)備PLC數(shù)據(jù)采集，在工控機(jī)操作系統(tǒng)中裝入了驅(qū)動程序SIMATIC NET，并且把在博圖組態(tài)的所有設(shè)備的OPC應(yīng)用程序和整個連接下載到工控機(jī)OPC服務(wù)器中，實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)接口的互通[4]。

圖4 檢測設(shè)備程序基本流程Fig.4 Basic flow chart of test equipment program

在軟件設(shè)計方面，采用C#語言編寫工控機(jī)客戶端程序，SQL Sever 2008數(shù)據(jù)庫存儲變速器的檢測數(shù)據(jù)[5]。管理系統(tǒng)的整個程序包括數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、檢測管理和質(zhì)量管理4個功能模塊。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)通過OPC接口采集包括關(guān)鍵檢測數(shù)據(jù)信息如氣密泄漏量、啟動力矩和加載測試噪音等，并將這些信息對應(yīng)該變速器二維碼編號存儲到數(shù)據(jù)庫中[6]。過程監(jiān)控模塊可將每個檢測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和計劃檢測變速器及實際下線數(shù)量等信息反饋到客戶端和大屏幕等終端。檢測管理模塊負(fù)責(zé)設(shè)置檢測計劃并將其流水號信息將其傳送到條碼打印機(jī)，圖5為管理系統(tǒng)客戶端檢測計劃設(shè)置界面。質(zhì)量管理模塊可通過檢測數(shù)據(jù)形成變速器的質(zhì)量信息，并形成產(chǎn)品檔案和報表等功能。

圖5 檢測計劃操作界面Fig.5 Operation interface of test plan

3 結(jié)語

本文介紹了一種變速器性能檢測線管理和控制系統(tǒng)設(shè)計方式。系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)化的信息整合可實現(xiàn)變速器檢測線的管控一體化，提高了車間信息化的水平和管理的效率。目前，該系統(tǒng)已在華晨汽車某變速器檢測中投入使用，日檢測變速器200余臺，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 趙肖楠，趙晶，宋林森.應(yīng)用改進(jìn)型遺傳算法解決特殊約束的裝配線平衡問題[J].制造業(yè)自動化，2014，36（4）：39-42.

[2] 褚金錢，孔美靜，李國興，等.汽車自動駕駛機(jī)器人變速桿操縱機(jī)械手的設(shè)計與控制[J].機(jī)械管理開發(fā)，2010，25（2）：41-42.

[3] 崔堅，張春，趙欣.西門子工業(yè)自動化技術(shù)叢書：TIA博途軟件——STEP7 V11編程指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[4] 張晗，陳衛(wèi)東，王景川.多機(jī)器人探索系統(tǒng)的人機(jī)共享控制[J].機(jī)器人，2015，37（1）：17-24.

[5] 劉基林.Visual C#2008寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[6] 陸成剛，陳書宏，陳平.汽車變速器裝配生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].儀器儀表學(xué)報，2009，30（10）：56-59.

Design and Implementation of Management and Control System for Transmission Testing Line

CHANG Kai，ZHENG De-chao，YIN Jian，XING Yun

（Shenyang Institute of Automatiom，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016，China）

A management and control system of transmission test line is introduced.The test equipment is based on the control of PLC.It realizes the data exchange with OPC interface by industrial Ethernet and achieves integration of management and control.The key test stations configure automatic code reader，which can upload the test information and code of transmission to the database.Management system realize release of the test plan，establishment product test files and displaying device status to improve the information level and management efficiency of the workshop.

management and control system；transmission test line；code reader；programmable logic controller（PLC）

TP23；TP274+.4

B

1001-9944（2017）11-0064-03

10.19557/j.cnki.1001-9944.2017.11.015

2017-03-14；

2017-07-02

常凱（1984—），男，碩士，副研究員，研究方向為成套制造裝備數(shù)字化設(shè)計驗證制造技術(shù)、自動化生產(chǎn)線與機(jī)器人化制造裝備應(yīng)用與開發(fā)技術(shù)。