一種虛擬隊列信息的應用

于磊

摘 要：虛擬隊列，即在汽車生產線的首個工位增加掃碼裝置對車身碼進行掃碼，生產線在運行過程中車體隨著工位的變化把對應的車體信息順次的傳遞到相關工位，產生一個虛擬的車身碼信息，此信息共享給線邊的設備，線旁設備無需再進行車身碼掃碼，消除人員步行時間和多余動作浪費，有效的提升生產效率。

關鍵詞：虛擬隊列 掃碼裝置 車體信息

An Application of Virtual Queue Information

Yu Lei

Abstract：Virtual queue，a code scanning device is added to the first station of the automobile production line to scan the body code. During the operation of the production line，the body of the car body will sequentially transfer the corresponding body information to the relevant workers according to the change of the station. It generates a virtual body code information. This information is shared with the line-side equipment. The line-side equipment does not need to scan the body code. This eliminates the waste of walking time and redundant actions and effectively improves production efficiency.

Key words：virtual queue，code scanning device，car body information

1 引言

隨著新能源汽車的快速發展，新能源汽車領域越來越多的滲透著整個制造業，中國在新能源汽車的制造領域獨占鰲頭，近些年一些傳統汽車制造企業和造車新勢力群雄而起。而新能能源汽車的制造中，法規要求比傳統燃油車更為嚴格，尤其是環保件和三電系統（電池、電機和電機控制器）的追溯系統，需要對汽車零部件和白車身進行信息的綁定，需要完成更多的信息掃碼裝置，手動掃描信息已經影響了生產效率和工人的勞動強度，需要一種全新裝置取代人工掃碼，提升生產效率，且要實現企業低成本高價值的價值觀，虛擬隊列信息概念由此誕生。

2 技術背景

目前汽車總裝車間生產線包含內飾一、內飾二、底盤一、底盤二、最終線和部裝線6個工藝段，每個工藝段包含定扭電槍、燈光揀選等需要車身碼信息設備，各工位獲取車體信息的方式為單獨增加掃描槍，整體投資高，且存在人員操作時間浪費，需要設計一種新的方案，取代掃描槍和人員操作，且成本要低于現在的方式。

3 基礎框架組成

設計一種集中掃碼裝置完成信息的掃碼，隨著生產線的運行，車體信息隨著白車身傳遞到對應工位，使用協議轉換模塊把車體信息轉換為串口協議取代掃描槍接口，如圖1所示（虛擬隊列框架圖）：

（1）上位機系統：對車體信息實時顯示，發現車體信息錯誤時進行信息校準;

（2）PLC：現場掃描槍接入，信息收集和信息下發給現場設備;

（3）協議轉換模塊：把掃描槍的串口數據轉換為PLC的EtherNetIP協議;

（4）掃描槍：車體信息掃描;

（5）協議轉換模塊：把PLC的EtherNetIP協議轉換為掃描槍的串口數據;

（6）定扭電槍：現場設備。

4 虛擬隊列信息的建立

a）掃描槍使用sick品牌IDM260-100H RS-232 kit（訂貨號6050057），手持掃描槍使用藍牙與底座進行數據傳輸，底座通過RS-2323 cable與NT50-RS-EN模塊通訊，把掃描槍掃到的車體數據傳遞給協議轉換模塊;

b）協議轉換模塊NT50-RS-EN，把掃描槍的串口數據通過內部協議轉換為EtherNetIP協議，把數據傳遞給現場網絡層;

c）EtherNetIP協議，車間級現場網絡，使用AB1756系列PLC進行通訊，使用1756-EN2T網絡模塊管理現場網絡;

d）PLC，對傳遞的信息進行隊列傳遞排序，并根據現場工位信號把信息傳遞到每一個物理工位，并把對應的物理工位車體信息傳遞給該工位的線旁設備（本例中對應的定扭電纜槍）;

e）協議轉換模塊NT100-RE-RS， 接收PLC傳遞改物理工位的車體信息，并把EtherNetIP協議轉換為串口協議，通過串口把信息傳遞給定扭電纜槍;

f）定扭電纜槍（線旁設備），接收虛擬隊列信息，執行相關的程序執行。

g）上位機系統，通過公司級網絡層和PLC進行通訊，管理虛擬隊列信息，并可校準隊列信息。

5 隊列信息配置流程

a）掃描槍配置，包含掃描方式和通訊波特率等;

b）協議轉換模塊配置方法：

IP地址設置：網關的默認IP為0.0.0.0，進行通訊前首先要通過Ethernet Device Setup軟件手動設置一個IP地址。這樣，才能進行下一步通過SYCON.net下載配置文件。打開Ethernet Device Setup軟件，單擊Search Devices按鈕，顯示已經找到的網關，單擊Configure按鈕，選擇Set IP Address，彈出設置IP地址對話框，在此對話框中設置網關的臨時IP地址，完成后單擊OK，此時，網關的IP地址已改為設置的地址，也可再次單擊Search Devices按鈕進行檢查，關閉Ethernet Device Setup軟件，完成網關IP地址設置。

網關參數配置：打開 SYCON.net 配置軟件，在軟件界面右側選擇Fieldbus欄，將“Ethernet/IP”“Gateway / Stand-Alone Slave”文件夾展開，將NT50圖標拖放至界面中間的灰線處，雙擊該圖標，彈出配置對話框，選擇“netX Driver”欄中“TCP Connection”頁，確保“EnableTCP Conector”前已經打勾（打勾后需重啟軟件），單擊藍色加號，添加進行掃描的IP 地址。如果僅連接了一個網關，設置在Ethernet Device Setup軟件中設置的網關IP 地址;更多情況下，連接了多個網關，此時可以設置一個IP網段，完成后單擊“Save”保存。選擇“Device Assignment”欄，單擊Scan按鈕，掃描到網關硬件。勾選該網關并單擊Apply按鈕保存。選擇“Settings”欄，Port X2選擇Modbus RTU協議，Port X3選擇Ethernet/IP Adapter協議。選中對應的Available Firmware，單擊右側的Download 按鈕，下載對應的固件。固件下載完成后，單擊OK 按鈕退出該對話框。注：下完固件后，軟件中會彈出警告對話框，這是因為下載固件后把原來設置的IP 地址擦去了，此時需要用Ethernet Device Setup 軟件為網關重新設置IP。右擊網關圖標，選擇“Configuration”“Ethernet/IP Adapter”，彈出對話框，設置網關作為EtherNet/IP Adapter 的參數。去掉DHCP 前面的打勾，在IP Address 及Netmask 后面的Enable打勾，設置網關EtherNet/IP 通訊的IP 地址（建議與前面設置的IP 地址相同）及輸入輸出字節數。設置好之后單擊OK 按鈕保存并退出對話框。右擊網關圖標，選擇“Configuration”“Modbus RTU”，彈出對話框，設置網關作為Modbus RTU通訊主站或從站，站地址，及串口參數，如：串口類型、波特率、奇偶校驗等雙擊網關（或右擊網關，選擇“Configuration”“Gateway”），彈出對話框，選擇“Signal Mapping”項，進行數據映射，10） 數據映射的一般規則是總是把標有 Receive 的數據映射至標有Send 的數據，Receive 的方向是網關上某一個接口接收數據，Send 的方向是網關上另一個接口發送數據?？梢酝ㄟ^Ctrl 鍵或Shift 鍵選中多個Receive 數據。當把Receive 的字節型（Byte）數據映射給Send 的字型（Word）數據時，必須選中兩個字節的Receive 數據;當把Receive 的字型數據映射給Send的字節型數據時，軟件會自動將一個字的Receive 數據映射至兩個字節的Send 數據。至此，完成了網關的所有配置。右擊網關，選擇Download 將配置文件下載到網關中。根據所下載的固件和配置文件，網關就可以根據這些參數開始工作。

c）PLC配置方法：

導入網關的EDS 文件，在5000 軟件里面能直接找到NT50，設置NT50 的IP 地址，單擊Change 按鈕，選擇Disable Keying，數據長度則與NT50 在SYCON.net 軟件中設置的長度一致。

d）硬件條件：

由于NT50模塊串口接線變換，需要改變RS232接線線序，掃描槍端2-RXD，3-TXD，5-GND，NT50模塊端1-GND，6-RXD，8-TXD，對應接好后連入硬件接口。

e）程序握手：

首先握手過程有一個初始化的步驟。當網關上電后，網關在Ethernet/IP PLC這邊的第5個字節（前面4個字節是Ethernet/IP協議的定義，和應用沒有關系，可以忽略）會自動收到OX08數據，此時PLC需要給網關輸出區域的第一個字節發送一個0XC0，PLC輸入區第5個字節會自動變成0xC8。這樣完成初始化的步驟?？梢栽赑LC程序初始化過程中，直接給PLC輸出區域的第一個字節循環發送一個0XC0，或者在程序運行之前完成這個過程。網關完成初始化之后，PLC可以接收到串口設備的第一個數據。

f）程序邏輯：

增加1工位檢測開關1，在車體進入1工位時開始掃描車體信息，如果在此開關位置檢測到未接收到新的車體信息，則生產線停止運行，直至新的車體信息刷新，增加1工位檢測開關2，用于傳遞車體信息，該開關位于開關1后方微小距離，感應此開關后車體信息在隊列中位置整體移動1個位置，即隊列跟蹤信息完成傳遞。

g）防錯處理：

隊列進行傳遞時會因為信號的誤觸發等原因導致隊列信息錯誤，導致整體車體信息錯誤，造成質量缺陷，需要做防錯處理，即在每個隊列的實際工位后面增加車體信息校驗，在工位末端增加一把掃描槍，此掃描槍掃描數據和隊列中的對應工位信息互為校驗，如果出現錯誤生產線停止運行，使用上位機系統進行數據的校準。

6 結論

虛擬隊列信息相對于單工位自動讀取數據存在缺陷，但投入成本較低，配置簡單，容易實現，加上具有有效的防錯方法和校準措施，在制造業的生產中具有實際有效的應用價值，且可擴展性較強，投入成本低，大大降低了生產過程中存在的浪費，提升了生產效率，降低了二次投入的成本。

參考文獻：

[1]《IDM讀碼器與Hilscher Ethernet/IP網關通訊調試》，SICK.

[2]《NT 50-RS-EN使用手冊》，德國赫優訊.

[3]《NT 100-RE-RS使用手冊》，德國赫優訊.