車身涂裝底漆線控制系統(tǒng)集成化設計與應用

齊劍平 ，王 華 ，程 穩(wěn)

（1.湖北汽車工業(yè)學院 機械工程系，湖北 十堰442002；2.東風商用車公司，湖北 十堰442040）

底漆磷化線作為汽車生產(chǎn)中的重要涂裝線，專為確保駕駛室表面外觀質(zhì)量設計的，在整車質(zhì)量的控制中占有舉足輕重的地位。車身涂裝底漆線是車身生產(chǎn)流水線的瓶頸，具有工藝生產(chǎn)不可迂回、工作環(huán)境惡劣、噪音大、腐蝕性氣體濃度高、能耗大等特點。東風公司車身廠底漆磷化線是20世紀80年代從英國全套引進的流水線，該線設備一直被視作“精、大、稀、關”設備加以維護、保養(yǎng)。但是由于服役年限較長，加之汽車產(chǎn)量的不斷攀升，車型的不斷變化，加劇了設備的老化程度，導致該線設備故障率居高不下，嚴重制約了車身的生產(chǎn)，為穩(wěn)定涂裝線設備開動率，在現(xiàn)有條件下，改進增加一套行之有效的監(jiān)控系統(tǒng)，使其具有人機的交互性，這就必須完成上位機與各設備的通信連接。

1 系統(tǒng)的改造方案

1.1 問題的提出

底漆線1樓為預處理和電泳設備，2套設備以水泵為主，共計52臺。其中部分水泵需全天候開機，而為確保每臺水泵的良好運行，需運行工、維修工不停的巡檢每臺泵，以便及時發(fā)現(xiàn)隱患、及時消除隱患。在沒有狀態(tài)監(jiān)控設備的前提下，設備的老化程度加大、故障點多而廣、人員的不定因數(shù)都極易造成設備事故或工件批量質(zhì)量事故。

底漆線2樓主要設備是5條懸鏈，其中1條為儲存鏈，4條為工藝鏈。磷化懸鏈作為東風公司的重要設備，尚無法實現(xiàn)上位機與PLC的通信連接，更無法實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控，懸鏈一旦出現(xiàn)異常，由于整線范圍大、區(qū)域廣，排除故障較耗時，無形中延長了設備停工。每年磷化懸鏈故障所占全廠流水線的設備停工臺時的比例較大（約占20%），嚴重影響了正常生產(chǎn)。

1.2 系統(tǒng)的改造方案

1.2.1 提升懸鏈控制部件的性能

磷化2樓懸鏈的控制部件是基于Omron C200H系列的PLC控制組件，控制核心CPU01模塊功能單一，不具備最基本的串口通訊能力。程序維護采用手持編程器，顯示屏小，操作繁瑣?，F(xiàn)將PLC升級為C200HE系列CPU42型［1］，它具有標準的串口通訊能力，掃描周期更快，同時配合Omron系列 PLC 專用工具軟件 CPT、SSS［2］等。極大的方便了日常軟件維護工作，并可以動態(tài)、人機大屏幕交互方式顯示I/O各點的變化，同時也為上位機提供強大完善的監(jiān)控基礎。

1.2.2 開發(fā)全線的動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

利用上位機及電視畫面實現(xiàn)底漆線的動態(tài)監(jiān)控。系統(tǒng)采用工業(yè)控制微機為主導的控制方法，兼顧PLC、視頻矩陣控制為輔的集成控制方式，完成全線設備多畫面的實時監(jiān)控。另外采用電視機完成懸鏈上9個關鍵故障點的動態(tài)顯示任務，9個畫面可轉換為4個、1個畫面，并可設置滾動顯示、任意切換畫面。

1.2.3 實現(xiàn)開關量的數(shù)據(jù)采集

上位機加裝I/O板，主要針對未使用PLC的預處理系統(tǒng)中，無法通過PLC的通訊能力實現(xiàn)與上位機的聯(lián)系，通過增設4塊I/O板，對中控臺內(nèi)現(xiàn)有的開關量進行數(shù)據(jù)采集，使電泳預處理設備的狀態(tài)能很直觀的反映在終端顯示器上。

2 系統(tǒng)設計實現(xiàn)方法及效果

系統(tǒng)中工控機承擔了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、故障分析、動態(tài)圖形顯示、視頻顯示、數(shù)據(jù)處理、與PLC間的數(shù)據(jù)通訊等任務（圖1）。這里選用上位機配置為研華、P3/1G、21顯示器。

圖1 拓撲結構圖

2.1 PLC與上位機網(wǎng)絡通訊的實現(xiàn)

2.1.1 接口實現(xiàn)

懸鏈升級后使用的PLC（Omron C200HE)具有標準的 RS－232 通訊端口［3］，可以與上位機的通訊端口 RS－232、RS－422 （RS－232<－－＞RS422 適配器）。由接口標準的差異比較如表1所示。

表1 接口標準的差異比較

由此可知，RS232總線的工作方式為非平衡，在干擾和長距離時，傳輸數(shù)據(jù)不準確，從而速率下降，對于擴展性來說，RS232只能點對點傳輸，而RS422就更加靈活，多點傳輸。

為實現(xiàn)更高的穩(wěn)定性，更長的傳輸距離,更好的可擴展性,更大的傳輸率，同時滿足未來發(fā)展的需要，RS422總線方式更合適，而PLC提供的是RS232接口，由RS232與RS422的電氣特性比較如表2所示。

表2 RS232與RS422的電氣特性比較

雖然RS422是RS232的升級版，但存在很多不相兼容的地方，所以實現(xiàn)PLC的RS232與上位機 RS422 的通信，就必須使用 RS－232<－－＞RS－422適配器相連接，以完成PLC與上位機的互通。

2.1.2 數(shù)據(jù)通訊實現(xiàn)

系統(tǒng)對通訊方式?jīng)]有過多的要求，所以采用一種既優(yōu)化又經(jīng)濟的通訊方式，即Hostlink系統(tǒng)［4］，該系統(tǒng)是將上位機鏈接通信通過在上位機和PC之間交換命令和應答實現(xiàn)的，一次交換傳輸?shù)拿罨驊饠?shù)為一幀，最多包含131個數(shù)據(jù)字符，其命令格式如圖2所示。

圖2 上位機和PC之間的交換命令格式

Hostlink系統(tǒng)允許一臺上位機通過上位機鏈接命令向Hostlink系統(tǒng)的PLC發(fā)送命令，PLC處理來自上位機的每條指令，并把結果傳回上位機。

上位機監(jiān)控：上位機可對PLC的程序進行傳送或讀取，并可對PLC數(shù)據(jù)區(qū)進行讀寫操作。

雙重檢查系統(tǒng)：所有通信都將作奇偶檢驗和幀檢驗，從而能估計出通信中的錯誤。

2.1.3 上位機與視頻信號的實現(xiàn)

一方面由現(xiàn)場9路攝像頭采樣懸鏈9個視頻關鍵點，由9路畫面分割器輸出在TV上，作為主要監(jiān)控

另一方面將9路采樣視頻關鍵點由10路畫面轉換矩陣器輸入到上位機的視頻卡中，通過視頻播放軟件進行輔助監(jiān)控，其圖像控制由矩陣器提供的控制接口RS－485與上位機的RS－232來完成的，由于接口特性的差別如表3所示。

表3 RS-485與RS-232的電氣特性比較

這里使用（RS－232<－－＞RS－485 適配器）,以達到電氣特性匹配。

上位機的圖形顯示是經(jīng)過計算機處理的，反映底漆線現(xiàn)場設備的畫面，著重反映“面”。而電視監(jiān)視系統(tǒng)是直接反映2樓現(xiàn)生產(chǎn)的狀況懸鏈運行的狀況，著重反映“點”。在懸鏈關鍵點及設備故障多發(fā)點安裝了9個攝像頭，來直觀的反映設備現(xiàn)狀。如4#鏈2個驅(qū)動站、懸鏈與懸鏈間的轉掛點、4#積放段拐彎處、4#鏈護網(wǎng)大下坡處等幾個關鍵點。通過九畫面分割器來隨意選擇、切換畫面，九畫面、四畫面、單畫面均可滾動顯示。

2.1.4 開關量采集實現(xiàn)

對于現(xiàn)有中控室內(nèi)的開關量進行采集，終端板卡為PLCD－880，該卡為數(shù)據(jù)采集提供方便可靠的信號配線，而采集卡選用PCL－733，不僅其具有32個2500VDC隔離保護的輸入通道，在工業(yè)應用上運行非常穩(wěn)定，同時對每個通道都預留電壓保護。將開關量分段接入在終端板卡上。

2.2 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

本系統(tǒng)成功的解決了多種信號組織和傳遞，最終由計算機統(tǒng)一處理，并集中顯示、報警、控制，實現(xiàn)了全方位、動態(tài)的、可視化的集中處理方式。為中控臺提供了提前發(fā)現(xiàn)故障，顯示了故障的形成、發(fā)展、停機的全過程，為設備的快速維護修復，提供了有利保證。通過PLC與上位機直接通訊，使得上、下位機貫通一體，從而實現(xiàn)遠距離監(jiān)控，由于內(nèi)部的程序存儲空間增加，也為進一步的懸鏈同步系統(tǒng)開發(fā)，在硬件上創(chuàng)造了條件。懸鏈PLC程序的在線編程及輔助維修的功能。

上位機可讀取PLC完整的程序，并可進行在線編輯修改，還可利用在線的程序梯形圖迅速排查懸鏈的電氣故障。在梯形圖上，哪一個輸入條件不滿足導致無輸出，一目了然。

2.3 車身涂裝底漆線改造效果

中控臺的中央監(jiān)控功能得到加強，在中控臺實現(xiàn)了底漆車間懸鏈、電泳、預處理3套主要設備系統(tǒng)的集中動態(tài)監(jiān)視（圖3）。操作人員在中控臺足不出戶即可全覽車間設備的運行狀況及生產(chǎn)現(xiàn)狀，由于消除人為誤操作的可能和巡檢的不及時，電泳預處理設備的故障下降60%以上。懸鏈系統(tǒng)采用關鍵畫面（圖4）的索取，亦可通過電視畫面和計算機圖形顯示及時掌握設備信息，及時發(fā)現(xiàn)故障，防止故障的擴大化，利于發(fā)現(xiàn)設備隱患以便及時維護。如：1）高空驅(qū)動站的電機、減速機的運行狀況；2）停止器及行程開關動作是否異常；3）積放段的記數(shù)與實際是否相符等等。畫面為排除故障提供了科學有效的依據(jù)。

圖3 主要設備系統(tǒng)的集中監(jiān)視

圖4 懸鏈系統(tǒng)界面

3 結束語

通信系統(tǒng)的完成打好了監(jiān)控系統(tǒng)的基礎,使得監(jiān)控系統(tǒng)能夠完成一系列的外圍集信號采集、故障診斷、圖形處理。系統(tǒng)通過上位機即工業(yè)控制計算機結合其他外圍設備的具體應用，以簡單,多方面的設計，來真實表述底漆線在生產(chǎn)中的全部動態(tài)過程。系統(tǒng)投入運行后，可以實現(xiàn)了設備及生產(chǎn)的動態(tài)管理。監(jiān)控系統(tǒng)的應用，是對傳統(tǒng)的事后維修的管理模式的重大改革。

［1］ 可 編 程 序 控 制 器 編 程 手 冊 ［K］.C200H/C200HG/C200HE1997.

［2］ 廖常初.PLC編程及應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［3］ 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2003.

［4］ 俞忠厚，陳一民.工業(yè)過程控制計算機系統(tǒng)［M］.北京：北京理工大學出版社，1995.

［5］ 林 華，宋世發(fā).一類上下位機控制系統(tǒng)的仿真設計［J］.湖北汽車工業(yè)學院學報，2008，22（11）：48－50.