數(shù)據(jù)螺栓系統(tǒng)在汽車發(fā)動機缸體生產(chǎn)線應(yīng)用設(shè)計

劉兵峰

（臺州濱海吉利發(fā)動機有限公司 浙江 臺州 318000）

引言

汽車發(fā)動機缸體是汽車發(fā)動機的3 大核心部件之一[1]，生產(chǎn)成本較高。目前，各大汽車發(fā)動機企業(yè)都自己生產(chǎn)缸體以滿足發(fā)動機生產(chǎn)需要。但是缸體生產(chǎn)工序多，過程復(fù)雜，需要的生產(chǎn)設(shè)備多樣，給整個生產(chǎn)過程自動化帶來了不少壓力。特別是大批量生產(chǎn)時，生產(chǎn)過程追溯[2]、工序之間的防錯功能都需要實現(xiàn)。所以，缸體上采用數(shù)據(jù)螺栓至關(guān)重要，只有采用數(shù)據(jù)螺栓，才能在各工序中進行數(shù)據(jù)傳送，實現(xiàn)過程追溯和各類防錯功能。本文說明了數(shù)據(jù)螺栓系統(tǒng)組件選型、硬件系統(tǒng)組成原理、軟件功能模塊設(shè)計及其與各設(shè)備通信控制原理，介紹了數(shù)據(jù)通過處理器單元在數(shù)據(jù)載體和讀/寫頭之間傳輸?shù)娇刂破鳎瑢崿F(xiàn)缸體全自動化智能化生產(chǎn)。

1 數(shù)據(jù)螺栓選擇

數(shù)據(jù)螺栓是缸體生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)傳送載體，缸體生產(chǎn)過程中，各工序通過讀/寫頭在數(shù)據(jù)螺栓上進行數(shù)據(jù)讀/寫。數(shù)據(jù)螺栓的設(shè)計要求是：安裝在缸體側(cè)面，不影響加工，方便安裝在其它所有設(shè)備上的讀/寫頭進行信息讀/寫，充分考慮發(fā)動機缸體的加工環(huán)境。本文所用的數(shù)據(jù)螺栓選擇巴魯夫公司的射頻系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)載體，型號是BIS M-143-02/A-M8，使用13.56 MHz 的高頻（HF），符合DIN ISO 15693 和/或DIN ISO 14443 的標(biāo)準(zhǔn)。見圖示1。

數(shù)據(jù)螺栓的技術(shù)參數(shù)見表1[3]。

表1 數(shù)據(jù)螺栓的技術(shù)參數(shù)

圖1 數(shù)據(jù)螺栓結(jié)構(gòu)

根據(jù)表1 的技術(shù)參數(shù)，此數(shù)據(jù)螺栓完全滿足加工中心和清洗機等惡劣的工作環(huán)境，適合所有發(fā)動機企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境使用要求。

2 數(shù)據(jù)螺栓讀/寫頭

數(shù)據(jù)螺栓讀/寫頭需要安裝在生產(chǎn)線各工序設(shè)備進口和出口處，主要進行上工序完成情況數(shù)據(jù)讀取以及本工序完成情況數(shù)據(jù)寫入，本文的數(shù)據(jù)螺栓讀/寫頭采用巴魯夫公司的射頻系統(tǒng)中的高頻讀/寫頭，型號是BIS VM-344-401-S4，使用13.56 MHz 的高頻（HF），符合DIN ISO 15693 和DIN ISO 14443 的標(biāo)準(zhǔn)。見圖示2。

圖2 數(shù)據(jù)螺栓讀/寫頭結(jié)構(gòu)

此數(shù)據(jù)螺栓讀/寫頭的技術(shù)參數(shù)見表2[4]。

表2 數(shù)據(jù)螺栓讀/寫頭技術(shù)參數(shù)

根據(jù)表2 的技術(shù)參數(shù)，此數(shù)據(jù)螺栓讀/寫頭完全滿足各工序設(shè)備進出口使用要求，適合所有發(fā)動機企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境使用要求。

3 數(shù)據(jù)處理器單元

數(shù)據(jù)處理器單元處理由讀取頭記錄的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)中繼到與PLC/PC 通信的工業(yè)現(xiàn)場總線。本文所應(yīng)用的處理器單元，型號為BIS V-6102-019-C001，可以一次操作多達4 個讀取頭。見圖3。

圖3 BIS V-6102-019-C001 型處理器單元

此處理器單元的技術(shù)參數(shù)見表3[5]。

表3 BIS V-6102-019-C001 型處理器單元技術(shù)參數(shù)

4 系統(tǒng)硬件組成

整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)螺栓、讀/寫頭、數(shù)據(jù)處理器和PLC CPU 組成。

讀數(shù)據(jù)原理：讀/寫頭通過13.56 MHz 的高頻（HF）射頻通信讀取數(shù)據(jù)螺栓內(nèi)數(shù)據(jù)，通過RS485 串口通信傳送給數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器處理數(shù)據(jù)后，通過Profibus 總線發(fā)送給PLC，PLC 通過程序控制判斷使設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的動作。

寫數(shù)據(jù)原理：PLC 通過Profibus 總線將工序完成的數(shù)據(jù)發(fā)給數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器通過RS485 串口通信將數(shù)據(jù)傳送到讀/寫頭，讀/寫頭通過13.56 MHz 的高頻（HF）射頻通信對數(shù)據(jù)螺栓進行寫數(shù)據(jù)。見圖示4。

圖4 數(shù)據(jù)螺栓系統(tǒng)原理圖

5 軟件配置及PLC 程序

整個數(shù)據(jù)系統(tǒng)主控方是設(shè)備PLC CPU，PLC 程序需要對數(shù)據(jù)處理器進行軟件組態(tài)，通過Profibus DP 總線通信，PLC 增加從站，并定義數(shù)據(jù)地址用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，通過編程最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀/寫功能。軟件組態(tài)配置見圖5，PLC 程序塊見圖6。

圖5 軟件組態(tài)配置圖

圖6 PLC 程序塊

6 數(shù)據(jù)螺栓內(nèi)部數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)螺栓數(shù)據(jù)內(nèi)容規(guī)則：首先定義編程的PLC數(shù)據(jù)地址及格式，再根據(jù)地址和格式配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包含線體編號、操作編號、機床編號、主軸加工的工件、中間過程狀態(tài)、最后的操作號、生產(chǎn)時間、工件完成的狀態(tài)。如1-沒有工件、2-工件合格、3-工件不合格、4-加工測量件、5-未加工測量件、6-間隔測量、7-換刀后的一個工件、8-返修件等。見圖7。

圖7 數(shù)據(jù)螺栓數(shù)據(jù)分布圖格式示例

7 數(shù)據(jù)螺栓過程追溯及防錯

生產(chǎn)線設(shè)備運行過程中，如OP10 工序工件加工完成后，會將工件信息通過PLC 傳送寫入數(shù)據(jù)螺栓，工件信息對應(yīng)數(shù)據(jù)定義的地址和內(nèi)容進行寫入；當(dāng)工件流入到OP20 工序時，首先會對數(shù)據(jù)螺栓進行讀取數(shù)據(jù)工作，如工件狀態(tài)是否合格、最后操作號是否為OP10。只有滿足要求，才允許OP20 進行加工，防止OP10 未加工完成工件流入OP20，導(dǎo)致機床撞擊和發(fā)生設(shè)備故障。同時，可以通過手持?jǐn)?shù)據(jù)讀/寫器對線體上的所有工件進行數(shù)據(jù)查詢和追溯，方便問題工件快速鎖定及返修處理。

8 結(jié)束語

數(shù)據(jù)螺栓系統(tǒng)設(shè)計需要掌握生產(chǎn)線工藝過程和各工序設(shè)備的電氣系統(tǒng)配置，然后通過硬件和軟件設(shè)計編程相結(jié)合，最終才能實現(xiàn)系統(tǒng)在整條生產(chǎn)線上可靠運行。