基于MODBUS_TCP的防錯(cuò)驗(yàn)證監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

黃春筍 張俊

上汽通用五菱汽車股份有限公司 重慶市 401135

1 前言

發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，質(zhì)量一致性對(duì)客戶非常重要，為確保發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程質(zhì)量，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)線在各工位基本100%采用了各類防錯(cuò)措施，采用各類硬件加傳感器等方式實(shí)現(xiàn)制造過程缺陷不接受，不制造，不傳遞的目標(biāo)。對(duì)于新增的風(fēng)險(xiǎn)，通過不斷增加軟硬件的方式來探測(cè)，長(zhǎng)此以往，整個(gè)防錯(cuò)系統(tǒng)越來越臃腫，急需一套解決方案對(duì)各類防錯(cuò)驗(yàn)證的有效性進(jìn)行系統(tǒng)性管理。

本文以某公司發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線為例，通過該發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線開班防錯(cuò)驗(yàn)證過程的分析研究，發(fā)現(xiàn)了防錯(cuò)驗(yàn)證過程中存在的問題（部分裝置失效，不按操作規(guī)程執(zhí)行等）。針對(duì)這些問題，提出了基于modbus_tcp協(xié)議的低成本解決方案，開發(fā)了一套防錯(cuò)驗(yàn)證監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)自動(dòng)完成各防錯(cuò)驗(yàn)證狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，并定時(shí)輸出報(bào)表，預(yù)測(cè)防錯(cuò)功能失效風(fēng)險(xiǎn)。

2 開班防錯(cuò)驗(yàn)證方法分析

該公司發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線共有106個(gè)工位，分別由23個(gè)PLC控制，可同時(shí)共線生產(chǎn)多個(gè)機(jī)型。為防止出現(xiàn)錯(cuò)漏裝，每個(gè)工位都有相應(yīng)的防錯(cuò)功能，并要求按不同周期開展防錯(cuò)驗(yàn)證，以確保設(shè)備正常工作。

2.1 裝配過程

以安裝曲軸工位為例，該工位開班防錯(cuò)驗(yàn)證其中一項(xiàng)為掃描曲軸參考件二維碼，在操作工掃描完二維碼后，設(shè)備防錯(cuò)程序工作內(nèi)容如下：

1）通過匹配當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)與掃描得到的曲軸號(hào)的型號(hào)，確認(rèn)曲軸類型是否正確，如類型不匹配，則報(bào)警類型不匹配；

2）將掃描得到的曲軸號(hào)發(fā)送至質(zhì)量管理系統(tǒng)，驗(yàn)證該曲軸在生產(chǎn)過程中是否存在質(zhì)量鎖定，當(dāng)設(shè)備收到質(zhì)量管理系統(tǒng)反饋的錯(cuò)誤信息，則報(bào)警曲軸鎖定，當(dāng)超時(shí)未收到任何信息，則報(bào)警驗(yàn)證超時(shí)；

如果以上兩步驗(yàn)證都沒問題，操作工需在防錯(cuò)驗(yàn)證記錄本上畫“O”，表示防錯(cuò)驗(yàn)證沒問題，如存在問題，則暗燈呼叫班長(zhǎng)尋求幫助；

2.2 存在的問題

在防錯(cuò)驗(yàn)證過程中，過程完全依賴于人員是否按照標(biāo)準(zhǔn)化要求執(zhí)行，管理人員不能確定驗(yàn)證過程的有效性，可能的風(fēng)險(xiǎn)有：

1)防錯(cuò)驗(yàn)證未按要求定期在產(chǎn)品裝配前開展，導(dǎo)致裝配產(chǎn)品存在潛在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)；

2)防錯(cuò)裝置失效未及時(shí)反饋導(dǎo)致裝配質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)；

3)防錯(cuò)功能有缺陷(例如頻繁報(bào)警)未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致裝配質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)；

4)防錯(cuò)驗(yàn)證未記錄對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)碼，導(dǎo)致問題出現(xiàn)時(shí)無法精確快速鎖定可疑產(chǎn)品。

3 防錯(cuò)驗(yàn)證有效性控制方案

3.1 方案目標(biāo)

為解決防錯(cuò)驗(yàn)證過程的有效性，通過開發(fā)一種防錯(cuò)驗(yàn)證監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控該裝配線所有防錯(cuò)驗(yàn)證過程，該系統(tǒng)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：

1)同時(shí)監(jiān)控所有工位開班防錯(cuò)驗(yàn)證、防錯(cuò)報(bào)警頻次，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集；

2)所有防錯(cuò)驗(yàn)證觸發(fā)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)、防錯(cuò)類型、時(shí)間都自動(dòng)記錄，具備完整的質(zhì)量追溯數(shù)據(jù)；

3)開班防錯(cuò)信息，集成一頁(yè)顯示，已完成顯示“O”，未完成顯示“X”，使管理人員無需跟線驗(yàn)證即可知道當(dāng)班次開班防錯(cuò)驗(yàn)證狀態(tài)；

4)自動(dòng)推送報(bào)表，預(yù)測(cè)異常情況，供管理人員核對(duì)發(fā)現(xiàn)可疑情況；

3.2 方案邏輯架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

該方案分三步完成：防錯(cuò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)采集，客戶端顯示數(shù)據(jù)，生成報(bào)表。邏輯流程如圖1所示。

圖1 方案邏輯框架

1)防錯(cuò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)采集：以單個(gè)PLC為例，首先對(duì)所有防錯(cuò)驗(yàn)證項(xiàng)目進(jìn)行編號(hào)，每個(gè)防錯(cuò)驗(yàn)證都具有單獨(dú)的ID，并且不同機(jī)型需設(shè)置不同的ID，同時(shí)在PLC中對(duì)應(yīng)單獨(dú)的線圈地址，以便在讀取和存儲(chǔ)分析時(shí)區(qū)分不同的防錯(cuò)驗(yàn)證，具體如表1所示：

完成編號(hào)后，編寫防錯(cuò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)采集程序，讀取PLC線圈存儲(chǔ)的信息，同時(shí)讀取每個(gè)工位當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)，將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)庫(kù)保存；

2)客戶端顯示數(shù)據(jù)：開發(fā)客戶端軟件，匯總顯示每班次開班防錯(cuò)驗(yàn)證執(zhí)行狀態(tài)；

3)生成報(bào)表：編寫程序定期發(fā)送防錯(cuò)驗(yàn)證匯總報(bào)表，分析潛在的失效風(fēng)險(xiǎn)，給管理人員提供決策依據(jù)。

4 方案實(shí)施

4.1 防錯(cuò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)采集

修改PLC程序，將防錯(cuò)驗(yàn)證報(bào)警按順序引至連續(xù)的線圈，方便采集程序讀取，且要與表1中防錯(cuò)編號(hào)順序一一對(duì)應(yīng)，如圖3所示。

圖3 PLC程序修改示例

表1 防錯(cuò)驗(yàn)證ID編號(hào)

工作站作為主站client端，各PLC作為從站server端，為防止因網(wǎng)絡(luò)堵塞導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失，使用Python multiprocessing創(chuàng)建多進(jìn)程，給每個(gè)PLC通訊單獨(dú)分配一個(gè)進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程與對(duì)應(yīng)的PLC創(chuàng)建一個(gè)modbus_tcp連接，獲取防錯(cuò)報(bào)警狀態(tài)，方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。在得到防錯(cuò)報(bào)警觸發(fā)的信號(hào)后，與預(yù)先設(shè)定的防錯(cuò)驗(yàn)證ID進(jìn)行匹配，最后將ID、發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)、時(shí)間等存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

圖2 方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

此外，由于在開班一小時(shí)內(nèi)可能同時(shí)生產(chǎn)多種機(jī)型，考慮到減少客戶端顯示的無用信息，所以需要額外增加一列標(biāo)簽，用于表示某個(gè)防錯(cuò)是否在本次開班防錯(cuò)驗(yàn)證要求中，并在后期開發(fā)客戶端時(shí)以此列標(biāo)簽篩選，只顯示當(dāng)班次需要驗(yàn)證的防錯(cuò)。

4.2 客戶端展示防錯(cuò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)

使用PyQt5編寫客戶端，并將每日開班防錯(cuò)信息集成在客戶端首頁(yè)，只顯示本班次需要完成的防錯(cuò)驗(yàn)證，并優(yōu)先將未按時(shí)完成的項(xiàng)目展示在前排，客戶端界面如圖4所示。

圖4 客戶端展示開班防錯(cuò)驗(yàn)證狀態(tài)

4.3 推送報(bào)表

在開班一小時(shí)后，使用企業(yè)微信API推送未觸發(fā)防錯(cuò)報(bào)警的項(xiàng)目，提醒管理人員及時(shí)介入查找原因，如圖5所示。

圖5 企業(yè)微信推送未完成項(xiàng)

同時(shí)，每天自動(dòng)生成報(bào)表推送。如圖6所示，當(dāng)班次防錯(cuò)驗(yàn)證501未按時(shí)完成，1001觸發(fā)報(bào)警次數(shù)過多，這兩項(xiàng)都需要管理者管理者立即介入調(diào)查，以防潛在質(zhì)量缺陷發(fā)生。

圖6 防錯(cuò)報(bào)警觸發(fā)次數(shù)統(tǒng)計(jì)

5 小結(jié)

本文通過對(duì)某公司發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線防錯(cuò)驗(yàn)證過程的分析研究，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)前防錯(cuò)驗(yàn)證過程中潛在的質(zhì)量問題，且整個(gè)防錯(cuò)防錯(cuò)驗(yàn)證缺乏系統(tǒng)性的管理方案。為解決這些問題，基于modbus_tcp協(xié)議使用python編程開發(fā)了防錯(cuò)驗(yàn)證監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)自動(dòng)完成生產(chǎn)大數(shù)據(jù)采集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將開班防錯(cuò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)集成在客戶端中顯示，同時(shí)使用企業(yè)微信推送未完成項(xiàng)目、日?qǐng)?bào)，對(duì)生產(chǎn)過程中的潛在防錯(cuò)失效進(jìn)行預(yù)警。該方案，使整個(gè)防錯(cuò)驗(yàn)證體系得到了有效的管理，實(shí)現(xiàn)了防錯(cuò)驗(yàn)證的閉環(huán)控制，同時(shí)為數(shù)字化工廠改進(jìn)提供了一個(gè)有效的低成本解決方案。