料架一體化無線暗燈系統的應用

于 磊

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東青島 266555）

0 引言

暗燈系統是一個在自動化生產現場使用的控制系統，當出現異常情況或者需要幫助時，員工可以通過拉動或自動發出的信號把遇到的問題或者信息傳遞給可以解決的人，此人通過看板信息和音樂的輸出去通過幫助，以最快的速度傳遞信息。傳統的暗燈裝置使用拉繩開關通過硬接線的方式連入遠程IO 箱，IO箱通過現場網絡連入PLC 系統，通過PLC 進行邏輯處理，把本工位的暗燈類型和位置發送給暗燈屏幕，并播放相關的音樂進行提醒，把生產線運行信息發送給相應人員。

1 技術背景

隨著企業的競爭壓力越來越大，人們對提高生產效率、降低生產成本、減少停線時間的需求越來越迫切，暗燈系統被越來越廣泛地應用于各行各業，比如，用于汽車行業的總裝、涂裝、焊接、沖壓等生產線上，用來幫助生產線上的工人在一定生產節拍內、完成質量可靠的產品裝配任務。

現有的暗燈裝置一般采用有線拉繩式結構，并使用固定暗燈看板顯示，此結構存在缺陷主要是：現場走線較為復雜，對現場的安裝條件限制較多；工程施工較為復雜，需消耗大量人力；安裝按鈕的物料架位置變更時必須將線拆除后再修復，造成二次施工。無線裝置在很好的滿足功能要求外可實現快速的施工和方便轉移設備使用。

2 組成結構

無線暗燈裝置系統包含以下部件，如圖1 所示。

（1）物料料架：用于存放汽車裝配零部件，并用于安裝無線按鈕操作盒。

（2）按鈕操作盒：用于固定無線按鈕和按鈕信息標識型號為XALD。

（3）無線按鈕：在有需求時人來觸發此按鈕開關，使用施耐德開關，型號為XB4RFA02，無線免電池按鈕，通過內部線圈產生基于ZigBee 協議頻率為2405 MHz 的無線信號。

（4）信息收集板：使用西門子ET200 作為遠程模塊，接受無線接收端的信號。

（5）上位機：使用上位機對接收到的信息進行邏輯處理，來區分呼叫幫助的工位地址和呼叫類型信息。

（6）暗燈看板：通過LED 看板把上位機處理的相關信息進行目視，便于現場和其他相應人員查看信息，并有喇叭進行聲音警示。

圖1 無線暗燈結構組成

3 無線按鈕的工作原理

無線暗燈裝置工作原理如圖2 所示，工作原理包括：用于采集信息的安裝在物料架上的無線按鈕，用于接收并處理無線按鈕發射信號的信息收集板，通過以太網以OPC 協議與信息收集板通信的用于輸出顯示畫面信號的上位機，與上位機連接用于顯示采集信息的暗燈看板。

無線暗燈裝置主要由無線按鈕、信息收集板、上位機和暗燈看板組成。無線按鈕安裝在物料架上。1 個物料架對應1 個工位，每個工位的物料架上都安裝無線按鈕，用于采集物料架上與物料有關的信息。不同工位的物料架上可以放置不同品種的物料，通過識別工位號可以獲得物料架上放置的物料的品種、名稱等信息。無線按鈕按下后向空中發射無線ZigBee 信號。信息收集板設置在遠離物料架的位置，收集所有物料架上的無線按鈕對應的接收端信號，并通過安裝中繼天線（型號為ZBRA1）進行信號放大處理，然后送至上位機。上位機通過以太網以OPC 協議與信息收集板通信，輸出顯示畫面信號至暗燈看板顯示來自各個工位的物料架的信息。上位機與暗燈看板直接連接可以方便地在線編輯更新顯示信息。

設置安裝在物料架上的無線按鈕，與信息收集板無線通信，物料架與信息收集板之間沒有有線連接的束縛，使無線按鈕可以與物料架一起方便地移動，解決了現有的有線拉繩式結構的暗燈系統存在的因現場走線較為復雜對現場的安裝條件限制較多，施工復雜需消耗大量人力，物料架位置變更時必須將線拆除后再修復導致二次施工等問題。

信息收集板主要由接收模塊、電子開關、IO 模塊和信息處理單元組成。接收模塊接收無線按鈕的發射信號并進行放大變換，輸出低頻信號至電子開關的控制端，當輸出達到一定幅度時電子開關由斷開變為接通。電子開關的2 個控制觸點1 個接直流電源，1 個接IO 模塊的輸入端，當其接通時將所連接的直流電源的高電平信號送至IO 模塊，表示有無線按鈕按下。不同物料架的無線按鈕發送的信號由不同的IO 口接收，由此可以判斷物料架對應的工位號。信息處理單元與IO 模塊輸出端相連，對IO 模塊輸出的數字信號進行邏輯判斷，比如判斷物料架對應的工位號、信號類型等。

信息處理單元可以采用微處理器芯片、單片機芯片、DSP 芯片等。由于暗燈看板的信息顯示要求人機交互性較強，編程方便，因此，本實施案例的信息處理單元采用可編程邏輯控制單元PLC。

為了能夠采集同一種物料的質量信息和數量信息，在每個物料架上安裝1 個物料質量呼叫無線按鈕和1 個物料數量呼叫無線按鈕。所述物料質量呼叫無線按鈕和物料數量呼叫無線按鈕對應不同IO 口，據此可識別接收到的是與物料質量有關的信號還是與物料數量有關的信號。當按下物料質量呼叫無線按鈕后，暗燈看板中顯示對應工位號物料架上的物料質量信息，工作人員看到后會通知相關人員會來處理物料質量問題；當按下物料數量呼叫無線按鈕后，暗燈看板中顯示對應工位號物料架上的物料數量信息，工作人員看到后會通知相關人員來處理物料數量問題。

4 結束語

隨著市場的需求越來越廣，快速、簡單和實用將直接決定產品的市場占有率，所以，面對汽車行業越來越激烈的競爭，必須具備大柔性生產線，而SPS 作為汽車流水線的后勤主要力量，必須隨時滿足主線的切換和產品的升級更換，這樣，就要求我們必須及時滿足現場的布局切換，而作為信息傳遞的最主要方式，暗燈系統必須馬上進行更新，而上述的新型暗燈裝置完全符合上述要求，而且容易制作，可完全復制到其他的應用領域。

圖2 無線暗燈系統工作原理

此系統還有一定的不足，就是線纜走線不夠簡便，根據目前的發展技術，無線按鈕技術已經穩定發展，后續會根據使用需求慢慢的使用無線按鈕去取代傳統的接線方式，這樣1 個料架對應1 個按鈕，1 個按鈕對應1 個畫面，1 個畫面對應1 個音樂，完全實現柔性化，甚至可直接引到其他區域而不需更換任何東西，完全做到系統化和標準化。