齊劍平 ，王 華 ，程 穩(wěn)

（1.湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系，湖北 十堰442002；2.東風(fēng)商用車(chē)公司，湖北 十堰442040）

底漆磷化線(xiàn)作為汽車(chē)生產(chǎn)中的重要涂裝線(xiàn)，專(zhuān)為確保駕駛室表面外觀質(zhì)量設(shè)計(jì)的，在整車(chē)質(zhì)量的控制中占有舉足輕重的地位。車(chē)身涂裝底漆線(xiàn)是車(chē)身生產(chǎn)流水線(xiàn)的瓶頸，具有工藝生產(chǎn)不可迂回、工作環(huán)境惡劣、噪音大、腐蝕性氣體濃度高、能耗大等特點(diǎn)。東風(fēng)公司車(chē)身廠底漆磷化線(xiàn)是20世紀(jì)80年代從英國(guó)全套引進(jìn)的流水線(xiàn)，該線(xiàn)設(shè)備一直被視作“精、大、稀、關(guān)”設(shè)備加以維護(hù)、保養(yǎng)。但是由于服役年限較長(zhǎng)，加之汽車(chē)產(chǎn)量的不斷攀升，車(chē)型的不斷變化，加劇了設(shè)備的老化程度，導(dǎo)致該線(xiàn)設(shè)備故障率居高不下，嚴(yán)重制約了車(chē)身的生產(chǎn)，為穩(wěn)定涂裝線(xiàn)設(shè)備開(kāi)動(dòng)率，在現(xiàn)有條件下，改進(jìn)增加一套行之有效的監(jiān)控系統(tǒng)，使其具有人機(jī)的交互性，這就必須完成上位機(jī)與各設(shè)備的通信連接。

1 系統(tǒng)的改造方案

1.1 問(wèn)題的提出

底漆線(xiàn)1樓為預(yù)處理和電泳設(shè)備，2套設(shè)備以水泵為主，共計(jì)52臺(tái)。其中部分水泵需全天候開(kāi)機(jī)，而為確保每臺(tái)水泵的良好運(yùn)行，需運(yùn)行工、維修工不停的巡檢每臺(tái)泵，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患、及時(shí)消除隱患。在沒(méi)有狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備的前提下，設(shè)備的老化程度加大、故障點(diǎn)多而廣、人員的不定因數(shù)都極易造成設(shè)備事故或工件批量質(zhì)量事故。

底漆線(xiàn)2樓主要設(shè)備是5條懸鏈，其中1條為儲(chǔ)存鏈，4條為工藝鏈。磷化懸鏈作為東風(fēng)公司的重要設(shè)備，尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC的通信連接，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控，懸鏈一旦出現(xiàn)異常，由于整線(xiàn)范圍大、區(qū)域廣，排除故障較耗時(shí)，無(wú)形中延長(zhǎng)了設(shè)備停工。每年磷化懸鏈故障所占全廠流水線(xiàn)的設(shè)備停工臺(tái)時(shí)的比例較大（約占20%），嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)。

1.2 系統(tǒng)的改造方案

1.2.1 提升懸鏈控制部件的性能

磷化2樓懸鏈的控制部件是基于Omron C200H系列的PLC控制組件，控制核心CPU01模塊功能單一，不具備最基本的串口通訊能力。程序維護(hù)采用手持編程器，顯示屏小，操作繁瑣?，F(xiàn)將PLC升級(jí)為C200HE系列CPU42型［1］，它具有標(biāo)準(zhǔn)的串口通訊能力，掃描周期更快，同時(shí)配合Omron系列 PLC 專(zhuān)用工具軟件 CPT、SSS［2］等。極大的方便了日常軟件維護(hù)工作，并可以動(dòng)態(tài)、人機(jī)大屏幕交互方式顯示I/O各點(diǎn)的變化，同時(shí)也為上位機(jī)提供強(qiáng)大完善的監(jiān)控基礎(chǔ)。

1.2.2 開(kāi)發(fā)全線(xiàn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

利用上位機(jī)及電視畫(huà)面實(shí)現(xiàn)底漆線(xiàn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。系統(tǒng)采用工業(yè)控制微機(jī)為主導(dǎo)的控制方法，兼顧PLC、視頻矩陣控制為輔的集成控制方式，完成全線(xiàn)設(shè)備多畫(huà)面的實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外采用電視機(jī)完成懸鏈上9個(gè)關(guān)鍵故障點(diǎn)的動(dòng)態(tài)顯示任務(wù)，9個(gè)畫(huà)面可轉(zhuǎn)換為4個(gè)、1個(gè)畫(huà)面，并可設(shè)置滾動(dòng)顯示、任意切換畫(huà)面。

1.2.3 實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的數(shù)據(jù)采集

上位機(jī)加裝I/O板，主要針對(duì)未使用PLC的預(yù)處理系統(tǒng)中，無(wú)法通過(guò)PLC的通訊能力實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的聯(lián)系，通過(guò)增設(shè)4塊I/O板，對(duì)中控臺(tái)內(nèi)現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，使電泳預(yù)處理設(shè)備的狀態(tài)能很直觀的反映在終端顯示器上。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法及效果

系統(tǒng)中工控機(jī)承擔(dān)了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、故障分析、動(dòng)態(tài)圖形顯示、視頻顯示、數(shù)據(jù)處理、與PLC間的數(shù)據(jù)通訊等任務(wù)（圖1）。這里選用上位機(jī)配置為研華、P3/1G、21顯示器。

圖1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.1 PLC與上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的實(shí)現(xiàn)

2.1.1 接口實(shí)現(xiàn)

懸鏈升級(jí)后使用的PLC（Omron C200HE)具有標(biāo)準(zhǔn)的 RS－232 通訊端口［3］，可以與上位機(jī)的通訊端口 RS－232、RS－422 （RS－232<－－＞RS422 適配器）。由接口標(biāo)準(zhǔn)的差異比較如表1所示。

表1 接口標(biāo)準(zhǔn)的差異比較

由此可知，RS232總線(xiàn)的工作方式為非平衡，在干擾和長(zhǎng)距離時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，從而速率下降，對(duì)于擴(kuò)展性來(lái)說(shuō)，RS232只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，而RS422就更加靈活，多點(diǎn)傳輸。

為實(shí)現(xiàn)更高的穩(wěn)定性，更長(zhǎng)的傳輸距離,更好的可擴(kuò)展性,更大的傳輸率，同時(shí)滿(mǎn)足未來(lái)發(fā)展的需要，RS422總線(xiàn)方式更合適，而PLC提供的是RS232接口，由RS232與RS422的電氣特性比較如表2所示。

表2 RS232與RS422的電氣特性比較

雖然RS422是RS232的升級(jí)版，但存在很多不相兼容的地方，所以實(shí)現(xiàn)PLC的RS232與上位機(jī) RS422 的通信，就必須使用 RS－232<－－＞RS－422適配器相連接，以完成PLC與上位機(jī)的互通。

2.1.2 數(shù)據(jù)通訊實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)對(duì)通訊方式?jīng)]有過(guò)多的要求，所以采用一種既優(yōu)化又經(jīng)濟(jì)的通訊方式，即Hostlink系統(tǒng)［4］，該系統(tǒng)是將上位機(jī)鏈接通信通過(guò)在上位機(jī)和PC之間交換命令和應(yīng)答實(shí)現(xiàn)的，一次交換傳輸?shù)拿罨驊?yīng)答數(shù)為一幀，最多包含131個(gè)數(shù)據(jù)字符，其命令格式如圖2所示。

圖2 上位機(jī)和PC之間的交換命令格式

Hostlink系統(tǒng)允許一臺(tái)上位機(jī)通過(guò)上位機(jī)鏈接命令向Hostlink系統(tǒng)的PLC發(fā)送命令，PLC處理來(lái)自上位機(jī)的每條指令，并把結(jié)果傳回上位機(jī)。

上位機(jī)監(jiān)控：上位機(jī)可對(duì)PLC的程序進(jìn)行傳送或讀取，并可對(duì)PLC數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

雙重檢查系統(tǒng)：所有通信都將作奇偶檢驗(yàn)和幀檢驗(yàn)，從而能估計(jì)出通信中的錯(cuò)誤。

2.1.3 上位機(jī)與視頻信號(hào)的實(shí)現(xiàn)

一方面由現(xiàn)場(chǎng)9路攝像頭采樣懸鏈9個(gè)視頻關(guān)鍵點(diǎn)，由9路畫(huà)面分割器輸出在TV上，作為主要監(jiān)控

另一方面將9路采樣視頻關(guān)鍵點(diǎn)由10路畫(huà)面轉(zhuǎn)換矩陣器輸入到上位機(jī)的視頻卡中，通過(guò)視頻播放軟件進(jìn)行輔助監(jiān)控，其圖像控制由矩陣器提供的控制接口RS－485與上位機(jī)的RS－232來(lái)完成的，由于接口特性的差別如表3所示。

表3 RS-485與RS-232的電氣特性比較

這里使用（RS－232<－－＞RS－485 適配器）,以達(dá)到電氣特性匹配。

上位機(jī)的圖形顯示是經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理的，反映底漆線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的畫(huà)面，著重反映“面”。而電視監(jiān)視系統(tǒng)是直接反映2樓現(xiàn)生產(chǎn)的狀況懸鏈運(yùn)行的狀況，著重反映“點(diǎn)”。在懸鏈關(guān)鍵點(diǎn)及設(shè)備故障多發(fā)點(diǎn)安裝了9個(gè)攝像頭，來(lái)直觀的反映設(shè)備現(xiàn)狀。如4#鏈2個(gè)驅(qū)動(dòng)站、懸鏈與懸鏈間的轉(zhuǎn)掛點(diǎn)、4#積放段拐彎處、4#鏈護(hù)網(wǎng)大下坡處等幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。通過(guò)九畫(huà)面分割器來(lái)隨意選擇、切換畫(huà)面，九畫(huà)面、四畫(huà)面、單畫(huà)面均可滾動(dòng)顯示。

2.1.4 開(kāi)關(guān)量采集實(shí)現(xiàn)

對(duì)于現(xiàn)有中控室內(nèi)的開(kāi)關(guān)量進(jìn)行采集，終端板卡為PLCD－880，該卡為數(shù)據(jù)采集提供方便可靠的信號(hào)配線(xiàn)，而采集卡選用PCL－733，不僅其具有32個(gè)2500VDC隔離保護(hù)的輸入通道，在工業(yè)應(yīng)用上運(yùn)行非常穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)每個(gè)通道都預(yù)留電壓保護(hù)。將開(kāi)關(guān)量分段接入在終端板卡上。

2.2 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)成功的解決了多種信號(hào)組織和傳遞，最終由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一處理，并集中顯示、報(bào)警、控制，實(shí)現(xiàn)了全方位、動(dòng)態(tài)的、可視化的集中處理方式。為中控臺(tái)提供了提前發(fā)現(xiàn)故障，顯示了故障的形成、發(fā)展、停機(jī)的全過(guò)程，為設(shè)備的快速維護(hù)修復(fù)，提供了有利保證。通過(guò)PLC與上位機(jī)直接通訊，使得上、下位機(jī)貫通一體，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控，由于內(nèi)部的程序存儲(chǔ)空間增加，也為進(jìn)一步的懸鏈同步系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，在硬件上創(chuàng)造了條件。懸鏈PLC程序的在線(xiàn)編程及輔助維修的功能。

上位機(jī)可讀取PLC完整的程序，并可進(jìn)行在線(xiàn)編輯修改，還可利用在線(xiàn)的程序梯形圖迅速排查懸鏈的電氣故障。在梯形圖上，哪一個(gè)輸入條件不滿(mǎn)足導(dǎo)致無(wú)輸出，一目了然。

2.3 車(chē)身涂裝底漆線(xiàn)改造效果

中控臺(tái)的中央監(jiān)控功能得到加強(qiáng)，在中控臺(tái)實(shí)現(xiàn)了底漆車(chē)間懸鏈、電泳、預(yù)處理3套主要設(shè)備系統(tǒng)的集中動(dòng)態(tài)監(jiān)視（圖3）。操作人員在中控臺(tái)足不出戶(hù)即可全覽車(chē)間設(shè)備的運(yùn)行狀況及生產(chǎn)現(xiàn)狀，由于消除人為誤操作的可能和巡檢的不及時(shí)，電泳預(yù)處理設(shè)備的故障下降60%以上。懸鏈系統(tǒng)采用關(guān)鍵畫(huà)面（圖4）的索取，亦可通過(guò)電視畫(huà)面和計(jì)算機(jī)圖形顯示及時(shí)掌握設(shè)備信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，防止故障的擴(kuò)大化，利于發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患以便及時(shí)維護(hù)。如：1）高空驅(qū)動(dòng)站的電機(jī)、減速機(jī)的運(yùn)行狀況；2）停止器及行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作是否異常；3）積放段的記數(shù)與實(shí)際是否相符等等。畫(huà)面為排除故障提供了科學(xué)有效的依據(jù)。

圖3 主要設(shè)備系統(tǒng)的集中監(jiān)視

圖4 懸鏈系統(tǒng)界面

3 結(jié)束語(yǔ)

通信系統(tǒng)的完成打好了監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ),使得監(jiān)控系統(tǒng)能夠完成一系列的外圍集信號(hào)采集、故障診斷、圖形處理。系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)合其他外圍設(shè)備的具體應(yīng)用，以簡(jiǎn)單,多方面的設(shè)計(jì)，來(lái)真實(shí)表述底漆線(xiàn)在生產(chǎn)中的全部動(dòng)態(tài)過(guò)程。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，可以實(shí)現(xiàn)了設(shè)備及生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)管理。監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，是對(duì)傳統(tǒng)的事后維修的管理模式的重大改革。

［1］ 可 編 程 序 控 制 器 編 程 手 冊(cè) ［K］.C200H/C200HG/C200HE1997.

［2］ 廖常初.PLC編程及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［3］ 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

［4］ 俞忠厚，陳一民.工業(yè)過(guò)程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，1995.

［5］ 林 華，宋世發(fā).一類(lèi)上下位機(jī)控制系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)［J］.湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，22（11）：48－50.