焊裝線PLC控制系統車型傳遞程序的開發與應用

康廣權 程鵬力 施國棟 陳仁申

（一汽模具制造有限公司，長春130000）

1 前言

汽車多車型柔性自動化焊接生產線生產過程中，需要賦予每1個車身車型、流水號、類型等多種信息，這些信息需要伴隨每1個白車身在自動生產線中傳遞。通過這些信息的傳遞，生產線自動實現不同的工藝動作，同時生產人員也會根據顯示的車型信息完成準確的相關操作。采取何種方式采集車型信息，怎么實現在PLC程序中的數據處理和程序邏輯關系，將直接影響著信息傳遞的準確性和穩定性，同時影響在后續維護程序和應對突發狀況時能準確地判斷和快速處理突發問題。

根據多車型柔性自動化焊裝線PLC控制系統需要穩定準確的車型傳遞需求，通過開發程序塊“CARTYP”實現PLC接收MES系統的車型信息。同時也通過“CARTYP”功能塊實現車型信息在多上料口進行同步的功能。在實現PLC控制程序主體車型傳遞的功能之后，繼續開發了標準塊“liaokou”用來實現上料口與對應線體內部的車型實時同步功能。

2 PLC接收MES系統車型信息和存儲

2.1 PLC與MES系統車型傳遞方案

焊裝線PLC控制系統的車型傳遞程序，主要內容由2部分組成。第1部分為MES系統對PLC發送車型信息，第2部分為PLC接收并存儲車型信息。本次開發的主要內容為第2部分，即PLC接收并通過“CARTYP”功能塊存儲車型信息。根據車型信息的傳遞方式和需求，總結如下車型傳遞方案，如圖1所示。圖1中車型信息的傳遞從PLC部分向MES部分發送數據請求開始，當MES部分接收到數據請求后，將車型信息發送至“ITEM”（臨時數據存儲區）。之后由MES置位發送“下發數據完成”信號。PLC接收到“下發數據完成”信號后校驗“ITEM”中數據。如果數據正確并且成功通過“CARTYP”功能塊進行存儲，則反饋“數據正確”信號并且復位“下發數據完成”信號。最后由MES復位“數據正確”完成本次車型信息傳遞的循環。

圖1 PLC與MES系統車型傳遞示意

根據上述的車型信息傳遞方案，需要在程序中建立相對應的程序信號點。通過對程序信號的邏輯編程實現上述描述的循環過程。程序信號如圖2所示，建立的內容由3部分組成。

圖2 車型信息存儲區和信號變量

a.獨立的全局變量存儲塊DB500用來存儲PLC與MES系統交互的信號；

b.交互信號包括“發送數據請求”、“下發數據完成”、“數據正確”、“數據錯誤”；

c.用于車型信息的存儲區名稱為“ITEM”，其由“流水號”、“車型”、“狀態字”和“預留”4部分組成。

2.2 PLC程序邏輯組成部分

首先檢測車型信息存儲區是否為空，以確保車型信息可以存儲。再通過校驗其余“管理寫入隊列為空”、“車型隊列存儲區未滿”、“下發數據完成”、“數據正確”、“畫面更改隊列按鈕”和“抓手排空按鈕”等條件均滿足后向MES系統發送“發送數據請求”信號，如圖3所示。

其中程序段6由PLC存儲接收到的車型信息。在存儲之前檢測車型信息是否正確，檢測正確之后進行存儲，同時將“下發數據完成”信號復位，以保證下一個循環正確執行。如果不正確則向MES系統反饋“數據錯誤”，如圖4所示。

圖4 PLC程序邏輯部分二

3 標準車型存儲塊“CARTYP”

上述章節2中描述了1個單獨的車型信息的傳遞過程，為了滿足自動生產線的持續運行，PLC與MES系統車型傳遞需要存儲多個車型的信息。在存儲車型信息的同時也需要通過“CARTYP”功能塊將車型信息同步發送給多個上料口，并且將已經生產的車型信息清除。本章節介紹了為實現這種功能所建立的標準車型存儲功能塊“CART?YP”。

3.1 創建車型信息主隊列存儲區

以1個長度為11的車型存儲隊列為例，每1個存儲區都可以存儲包含“流水號”、“車型”、“狀態字”和“預留”4種信息。可以根據不同生產線的不同需求更改隊列長度或者內容，如圖5所示。

圖5 車型信息隊列存儲區

3.2 車型信息存儲的邏輯編程

車型存儲功能塊“CARTYP”主要包含如下3種功能。

a.將車型信息寫入存儲隊列；

b.隊列寫出車型數據和隊列上移；

c.故障報警和數據輸出化。

3.2.1 將車型信息寫入存儲隊列

通過查詢每1個存儲區內是否存在數據，統計出隊列被占用的數量，將車型信息寫入空白隊列中。在章節2中提到的“下發數據完成”、“數據正確”、“下發數據正確”和“寫出使能”等條件組成1個“寫入使能”命令，根據該命令執行列隊的存儲過程，如圖6所示。

圖6 隊列寫入使能構成

有“寫入使能”脈沖時，將數據存入空白存儲區需要滿足條件：當前隊列數小于設定最大值，臨時存儲區數據正確，沒有上一循環存儲數據正確。同時輸出寫入完成信號，清除臨時存儲區數據。得到數據存儲正確信號，復位寫入完成。保證對1個車型信息的存儲在1個循環周期內。

3.2.2 隊列寫出車型數據和隊列上移

車型信息存儲過程結束后，需要對第1條隊列的車型信息進行讀取。讀取完成后清除已讀取過的車型信息。清除完成后需要將隊列依次上移。

3.2.3 故障報警和數據輸出化

在程序執行過程中如果出現如下情況則產生報警：數據超出最大存儲數量或者寫入和寫出過程出現超時，也可以根據不同的情況自定義報警情況以及內容。

以上程序的編寫實現了PLC控制系統接收MES系統發送的車型信息，再由PLC控制系統實現存儲和寫出清除等功能。該部分程序的特點也可以視為2個控制系統之間的信號傳遞并存儲，在將以上程序封裝為標準程序塊后可以拓展其使用范圍。

4 “CARTYP”標準程序塊在多上料口同步車型時的應用

PLC控制系統接收MES系統發送的車型信息的過程為一對一的形式，在將程序封裝為“CART?YP”標準程序塊后，PLC程序與上料口信息交互時可以實現一對多形式的拓展應用。

4.1 PLC與多料口車型傳遞方案

以3個上料口與PLC程序進行車型傳遞為例，PLC需要同時下發車型信息至3個上料口，PLC在清除下發數據時，需要考慮3個上料口都已正確讀取并存儲車型數據，同時對3個上料口的狀態進行監控，如圖7所示。

圖7 PLC與3個上料口車型傳遞方案

4.2 PLC與上料口車型傳遞程序

首先PLC需要為每個上料口建立獨立的車型存儲區，用來存儲PLC下發的存儲數據。因為PLC是與3個上料口進行信號交互，所以PLC清除下發車型數據的時候必須同時考慮3個上料口的狀態。如圖8所示，車型數據成功存儲的信號為3個料口反饋信號的集合。同樣PLC數據清除完成信號，也需要同時發送給3個上料口，這樣才算完成當前一組車型數據傳遞過程。

圖8 清除車型信息

5 自動線體內車型傳遞和分支料口同步車型

通過“CARTYP”功能塊將車型信息同步發送給多個上料口后，車型信息和零件信息在線體內就已形成一對一的對應關系。隨著零件在自動線體內的流轉，車型信息應伴隨零件流轉路徑進行傳輸，同時分裝料口通過零件在自動線體內的位置和所攜帶的車型信息提示操作人員放置相應的零件，并且可以根據自動線體內的車型信息預先準備多個車型的零件。為了實現上述2種功能做了如下開發。

5.1 自動線體內的車型傳遞

自動生產線內的車型傳遞主要目的是為了實現車型信息伴隨零件的移動。這里列舉的為線體內工位和機器人之間的車型信息傳遞。PLC程序開發如下。

首先為線體內所有機器人和工位創建獨立的車型信息存儲區，以存儲流動的車型信息，如圖9所示。

以圖10中機器人R904向工位R001放置零件的過程為例，展示車型信息在PLC處的傳遞。如圖10所示，1#機器人中有車型信息，2#工位中無車型信息，3#機器人R904已經將零件置于夾具上等待離開夾具，滿足以上3種條件后將車型信息由4#機器人R904存儲區內移動至5#工位R001存儲區內。得到信息移動成功的標志位6#則表示車型傳遞正確。

圖10 車型信息由機器人寫入工位

完成1次車型數據由機器人向夾具傳遞的閉環控制過程，如圖11所示。使用圖11中所標識的信號1#車型傳遞正確信號清除和信號2#機器人R904存儲區中數據，還有信號3#移動成功的標志清除成功，3個信號共同滿足后復位車型傳遞正確信號。

圖11 傳遞成功后復位信息

5.2 分支料口實時同步車型

分支料口實時同步車型方案如下。

實現車型信息在工位內移動存儲的功能后，可以拓展其應用內容。分支料口實時同步車型就是其在提示人員上件上的應用。

這種方案在描述上可以簡化成如圖12所示內容，即在上料口顯示出當前車型X以及后續車型Y、車型Z。

圖12 同步車型方案示意

根據以上的需求，找出車型X、車型Y、車型Z與工位或者機器人a、b、c、d、e之前的關系，制作表1所示的車型對應關系。

表1 車型對應關系

為實現上述功能，通過PLC開發出標準塊“liaokou”用以實現解決方案。

標準塊“liaokou”用于計算當前車型X、下一個車型Y、再下一個車型Z與生產線內車型對應關系。在標準塊中定義如下內容。

a.該工位或者機器人存在有效車型信息，那么則用實數“1”代替計算；

b.如果存儲區內沒有有效車型則用實數“0”代替計算；

c.工位內的夾具與機器人關系為加法；

d.上料口內的工位與機器人關系為減法。

通過以上規則就得到了當前車型X、下一個車型Y、再下一個車型Z與自動線體內各個工位之間車型的對應關系。根據這種關系編寫并封裝標準塊“liaokou”，實現在不同的料口使用該標準塊與線體內自動工位進行車型同步。

以工位R005為例，使用“liaokou”功能塊為其實現該功能。如圖13所示，將機器人a、機器人b、機器人c、機器人d、機器人e與自動線體內工位和機器人車型存儲區相對應。主拼工位根據分裝類型零件的情況單獨為其賦值。這樣就可以完成工位R005的車型對應線體內車型的工作。

圖13 R005工位料口同步功能

6 研發后的產業化應用

本次開發的車型傳遞程序已經在自動化焊裝生產線上得到了產業化的應用，該車型傳遞程序經過在自動化焊裝生產線的優化調試之后，完全滿足了自動化焊裝生產線的自動化車型匹配等生產需求，各項技術指標達到生產線的技術要求,實現如下技術目標。

a.成功地滿足了生產線的自動化車型傳遞目的，在使用的生產線上連續運行1年，并且生產各種車型近3萬臺；

b.實現了程序模塊化、標準化的封裝，可以廣泛的應用和推廣，并且標準化的程序便于后期自動生產線的維護和改造工作；

c.通過實際產業化的應用，掌握了自動生產線車型傳遞研發的關鍵技術。

7 結論

通過對車型傳遞程序的開發，研究并掌握了車型傳遞在不同的生產情況下的共有特性。在一汽紅旗某自動生產線上的應用不僅實現了上述功能，還在這種程序架構下拓展出了很多依托于車型傳遞而產生的附加功能，如抓手排空后檢修、自動判別零件工藝等。所述方法在實際焊裝生產線中得到跟蹤和驗證，滿足汽車廠商的多車型生產需求。隨著技術發展，柔性生產線的需求越來越多，車型傳遞技術在標準化上仍需要不斷地摸索。