汽車生產線涂裝車間自動化控制研究與實現

楊咪咪

[摘? ? 要 ]隨著科學技術的發展，自動化控制在汽車制造中發揮著越來越重要的作用。這樣可以降低勞動強度，提高加工質量，進一步推進精益生產，為企業創造有競爭力的產品提供有效保障。隨著市場結構的變化，國內汽車廠商應從庫存中促銷，帶動生產模式。如何使生產現場透明化，進行可視性管理，以減少中間環節的浪費，節省勞動力，迅速適應市場需求，將成為企業關注的話題。自動控制技術在制造業中由于噴漆車間的特殊性，不能實現對車身的實時跟蹤。

[關鍵詞]汽車生產線;涂裝車間;自動化控制;研究;實現

[中圖分類號]TM63 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）04–00–03

[Abstract]With the development of science and technology， automation and control are playing an increasingly important role in automobile manufacturing.This can reduce labor intensity， improve processing quality， further promote lean production， and provide effective guarantee for enterprises to create competitive products.With the change of market structure.Domestic automobile manufacturers should promote sales from stock to drive production mode.How to make the production site transparent， visibility management， in order to reduce the waste of intermediate links， save labor， quickly adapt to market demand， will become a topic of concern to enterprises.Due to the particularity of spray painting vehicle threshold， automatic control technology can not realize real-time tracking of car body in manufacturing industry.

[Keywords]automobile production line; painting workshop; automatic control; research; realization

汽車涂裝車間是汽車制造企業最嚴重的污染源。噴漆車間的能耗、水和揮發性有機化合物（VOC）排放占汽車制造過程能耗的60%，降低了噴漆車間的關鍵能源成本，降低了汽車制造成本。因此，操作的透明度，確定任何對產品質量和成本的影響，提高計劃的實時性和靈活性，以及能否提高生產線的效率就成為了企業關注的問題。

1 系統范圍概述

FAS系統覆蓋范圍：乘用車公司擴建乘用車基地新建車廠焊接車間、涂裝車間、總裝車間。FAS系統主要包括以下兩個子系統：AVI系統和PMC系統：

AVI （Automatic Vehicle Identification，簡稱AVI）是一種自動車輛識別系統，它利用條形碼或RFID（無線車輛識別）等手段對車身、零部件和車輛/吊具進行全程跟蹤。

AVI 系統底層生產自動化設備連接到上層管理信息系統的關鍵環節，它的作用在MES系統至關重要，是一種最重要、最基本的功能模塊：收到工廠水平生產調度計劃系統的日常生產計劃，根據生產計劃生產自動化設備發送指令調用相應的處理程序指示生產，實際生產和返回的最后處理結果。同時，系統可以根據預先確定的路由規則（遠程模式）或完全人為WS（本地模式）焊接車間區域，分色存儲區域在油漆車間和組裝車間面積PBS車輛優化調度，以確保車輛緩沖后重新排序序列盡可能計劃生產序列，從而極大地提高涂層車間和裝配車間的生產效率，同時減少損失的油漆車間和組裝車間材料供應損失（多余的線邊緣材料存儲空間和不必要的來回移動）。

PMC系統（生產控制系統）是一種生產過程監控系統，PMC系統可以實時監控生產線自動化設備的操作條件，并在第一時間全面實時報警故障信息通過人機接口通知車間相關人員：監控生產狀況的改變每個生產線的節拍時間，設備的正常運行時間，停機和故障類型。通過對數據庫中記錄信息的整理和分析，生成定制化的生產報告，為真正實現設備管理的最終目標——“預見性、預防性維修”奠定數據基礎。

2 系統架構及說明

FAS系統架構主要分為兩層。

（1）控制層。

控制層由中央機房及焊接、涂裝、總裝中控室的服務器、數據采集服務器和監控計算機組成。

（2）設備層。

設備層主要包括AVIPLC、AVI讀寫站、指示終端、on screen等。

（3）PMC系統方案。

PMC系統是FAS系統的一個子系統，其主要功能是對車間設備狀態、報警、生產工藝參數進行監控和記錄，并提供相應的報告，分析設備運行情況。PMC系統分為網絡建設、設備監控、設備維護、診斷平臺、報告等功能模塊。

3 系統網絡搭建

3.1 入網設備及接口

（1）焊接網設備及生產線PLC 20臺，包括焊接主線、左右圍線、WBS、調整線、纏繞機等。

（2）涂網設備及生產線PLC數量為55臺，包括預處理電泳輸送系統、機械化輸送系統、噴涂機器人系統、涂膠機器人系統、烘干爐系統等。

（3）總裝網設備及生產線PLC數量為35臺，包括PBS、內線、底盤線、裝配線、檢測線、車門裝配線、發動機裝配線等。

（4）線體及設備控制器采用西門子PLC S7-300系列，統一標準以太網及DP/DP光電耦合器接口，與PMC、AVI系統進行數據交互。

3.2 設備接口類型

（1）PLC設備的狀態、生產、報警、工藝參數等數據分別存儲在DB1000、DB1001、DB1002、DB1003中，系統通過OPCServer采集關鍵數據并記錄到PMC數據庫服務器。

（2）類似的設備，如檢測、灌裝、收緊膠卷暗盒應該存儲在不同的表的信息，特別是生產信息應該與條碼綁定，并提供數據表文件，通過閱讀其他數據庫系統數據記錄方法PMC數據庫服務器的一些特殊的設備，設備制造商合作開發自定義接口。

3.3 車輛自動識別與跟蹤

AVI系統子系統FAS系統的核心基地、生產序列，從上層AVI系統發布通過關鍵點AVI來說，閱讀和寫作通過掃描條形碼序列，或讀/寫RDID跟蹤生產汽車和汽車以指導生產裝配指令，設備選擇和工藝參數，如通過在焊接車間，噴涂車間和組裝Ⅵ。我站根據計劃或條碼信息將車輛的車輛屬性寫入載體代碼，并在這些重要位置從裝載代碼中讀出汽車車身的車輛屬性，以及車輛屬性的加工參數來指導其自動化設備的準確。站點AVI掃描站具有RFID讀寫、掃描車輛條碼、條碼檢測、輸出計數、合格判斷等功能。

3.4 可編程序控制器（PLC）技術

隨著微電子技術大規模集成電路技術，計算機技術以及通信技術的發展，PLC在技術和功能上都有了飛躍。在最初邏輯運算的基礎上，增加模量等功能模塊，形成數值運算和兌換調節。特別是PLC利用特殊的數據高速公路（高速公路）逐漸將一個共同的網絡標準化，使PLC之間的通信制造企業標準化。PLC實現條件和其他各種電腦系統和設備的整合，正在形成大型控制系統。道具控制了個人電腦系統和格式f717在pc程序開發領域的持續過程，目前以PLC的f717系統為依據在國內外廣泛應用。

PLC投入運行時，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。

（1）采樣輸入-輸入的氣閥狀態，存儲狀態數據進行下一步使用的檢查。

（2）執行程序后，PLC依次執行用戶程序中的指令，執行結果暫時保存。

（3）根據更新輸出-1階段輸入狀態，輸入規定的輸出結果的第2階段程序。

這三個階段被稱為掃描周期。PLC的輪作過程全部按一定比例反復進行，并執行上述3個階段。PLC輸入數據處理的信號和控制輸出信號的不同時間掃描儀解析幫助系統能夠設計程序控制器的方法是盡可能利用目前先進的電腦技術滿足用戶的需求，PLC和繼電器接入控制電路除了重要的差別之外，還需要其他界面和外部物理世界（如i/0點），實現其他內部邏輯功能。這種邏輯功能不僅有替代性，而且大大超過了中間繼電器，計時繼電器等硬件的邏輯學的實現可能性，從而為PLC的穩定性和簡便編成奠定了基礎。

4 系統總體設計

4.1 控制系統組成

合理的控制系統設計能夠提高系統的穩定性、可靠性和穩定性保護。圖1為系統示意圖。整個控制系統可以分為上層監控系統、配電控制系統、現場部分。現場部分由現場設備和現場操作盒組成。

4.2 監控界面的總體設計

該系統有很多監控設備，需要收集和顯示數據，不能在同一屏幕上顯示全部內容。于是根據系統的構成，把照片分類，分別開發出不同的界面，通過轉折按鈕，將每張照片相互轉換。精密加工系統與真線加工系統相連接的單一系統，按通用系統屏幕上的設備圖標，進入各單一系統的詳細畫面。它們在本地區都是由它們實際運行的。這樣系統中大部分信息就能顯示在一張圖上。下圖顯示整個監視系統的結構。

4.3 上位監控及工程師站

上述裝置使用了兩臺西門子工業控制計算機。它主要負責系統各種變量的人機交流、安裝、監控、數據儲存等操作，還負責工程畫面，工藝流程和設備的生產運行標識。現場設備可以手動操作，控制命令可以在圖表熒光屏上發布。生產過程中的可執行數據可經常保存在端口歷史中。管理所可以開發軟件和網絡通信部。操作系統平臺是中文windows XP，高級監控軟件是由西門子windows cc6.0組第二次開發。

4.4 PLC與UPS柜

PLC將安裝儲物柜，PLC和UPS等配件。這可以完成對所有現場工程的收集和控制。PLC：儀表板上安裝了s7-400個控制器模塊、電源模塊及eatnet模塊。PLC kipe還搭載了德國鳳凰防震總線模塊及總線DI、D0、AI、A0模塊。擴展、運行和維護都很容易，這些模塊可以從程序中選擇輸入模塊的信號類型，輸出模塊直接具有功率的輸出功能，可以完成各種規則和復雜的控制電路。PLC是用歐元區隔離器進行攔截的，PLC本身利用新自由膜很容易與上位器連接。PLC儀表板上還安裝了緊急停止按鈕，因此一旦發生緊急狀況，就會被停止工作。

4.5 現場配電柜與變頻器控制柜

控制器是控制室精密的線路系統中各種發動機，傳感器和其他裝備的滾輪動力，控制板電氣設備電壓等級為380/220V。這是由中控制室統一控制PLC實現的。船體自動等待、自動前進、后退、上下移動PLC。中央控制室的上述單位（在選擇工業控制計算機的前提下）可以對電氣設備的運行狀況，參數和故障經過進行監測。變頻器主要用于控制精煉線的真空和出口速度。頻率變速器安裝了本地操作按鈕，通過頻率變速器控制滾筒電的速度和機器停止狀態。

4.6 現場操作盒

一種是直接操作現場，另一種是連接各遠程I/O站點，將各設備狀態信號傳送給PLC，手動操作比中央控制室更優先，只有通過遠程遙控改變狀態開關才能自動控制。因此，在連接自動運營體系之前，首先進行連接現場各運營箱子的調試。該系統控制系統上各滾筒的前進、后退、起降、現場設備手動緊急停止控制、現場設備位置恢復控制等。

5 結語

本文從涂料車間生產鏈識別系統的研究出發，分析了自動控制技術在制造業中的應用。這個項目不僅反映了投資為了節省成本，減少能源消耗，減少現場工作和其他方面，關鍵是自動的初步嘗試，未來可以實現在焊接車間和組裝車間，減少工人的勞動強度，減少工人的勞動強度，提高管理的質量，進一步促進精益生產，創造產品競爭力的基礎。

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