韓金豐

基于OPC技術(shù)的白車身生產(chǎn)智能管理系統(tǒng)

韓金豐

（上汽通用（沈陽）北盛汽車有限公司，遼寧 沈陽 110000）

隨著自動生產(chǎn)技術(shù)的推廣，汽車生產(chǎn)自動化率不斷提高。針對汽車生產(chǎn)過程信息化的發(fā)展，介紹了汽車焊裝車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)地設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)利用OPC、PLC等技術(shù)，在現(xiàn)有自動控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了汽車生產(chǎn)信息化，具有低成本、低投入和擴(kuò)展方便等特點(diǎn)，且實(shí)際使用運(yùn)行良好。

汽車；OPC；PLC；數(shù)據(jù)采集

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化技術(shù)在各行各業(yè)都得到廣泛地應(yīng)用[1]。汽車制造企業(yè)積極的引入信息自動化技術(shù)，以此來提升市場競爭力，減少生產(chǎn)成本，更好地提高生產(chǎn)效率。這樣就需要一套數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對設(shè)備運(yùn)行過程進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

1 OPC技術(shù)介紹

OPC（OLE for process control）規(guī)范是OPC基金組織倡導(dǎo)的，工業(yè)控制和生產(chǎn)自動化領(lǐng)域中使用的硬件和軟件的接口標(biāo)準(zhǔn)。它是為了給工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用程序之間的通信建立一個接口標(biāo)準(zhǔn)，在工業(yè)控制設(shè)備與控制軟件之間建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存取規(guī)范。OPC基于Microsoft 的OLE/COM 和DCOM技術(shù)，是一種客戶端/服務(wù)器模式，具有語言無關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點(diǎn)[2]。OPC技術(shù)不管何種類型設(shè)備，客戶均可以使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行訪問，使得用戶從底層的開發(fā)中脫離出來。

OPC服務(wù)器分為三種層次上的接口：服務(wù)器、組對象和數(shù)據(jù)項。服務(wù)器接口包含所有信息，一個服務(wù)器接口對應(yīng)一個OPC服務(wù)器，對應(yīng)一種設(shè)備的驅(qū)動程序。組對象是服務(wù)器處理數(shù)據(jù)的一個單位，可以對一組數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，以及設(shè)置客戶端的數(shù)據(jù)更新速率。OPC規(guī)范定義了全劇組和局部組兩種組對象接口。一般來說，客戶和服務(wù)器的一對連接只定義一個組對象，在一個組中可以由若干個數(shù)據(jù)項。數(shù)據(jù)項是讀寫數(shù)據(jù)的最小邏輯單位，一個數(shù)據(jù)項與一個具體的位信號連接。OPC數(shù)據(jù)項是服務(wù)器端定義的對象，通常指向一個寄存器單元。

OPC規(guī)范提供兩種接口方案，即COM接口和自動接口[3]。規(guī)范詳細(xì)說明了這些COM接口，但并沒有提供接口的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。像所有的COM實(shí)現(xiàn)一樣，OPC的結(jié)構(gòu)是客戶機(jī)-服務(wù)器模式。各個OPC客戶程序通過OPC標(biāo)準(zhǔn)接口對各OPC服務(wù)器管理的設(shè)備進(jìn)行操作，而不需關(guān)心服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)及設(shè)備內(nèi)部的具體細(xì)節(jié)。服務(wù)器組件提供并管理那些到OPC對象的接口。圖1所示為OPC接口、OPC服務(wù)器及OPC客戶應(yīng)用的聯(lián)系。

圖1 OPC客戶與OPC服務(wù)器

2 汽車生產(chǎn)車身工藝過程及設(shè)備介紹

汽車車身是由薄板構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件，沖壓成形后的零部件通過裝配和焊接形成車身殼體（白車身）。汽車車身殼體是一個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，它是由百余種，甚至數(shù)百種薄板沖壓件經(jīng)焊接、鉚接、機(jī)械連結(jié)以及粘接等方法連結(jié)而成。

汽車車身制造工藝從車身地板分拼開始。第一步，分別進(jìn)行前圍、地板、后圍分總層的生產(chǎn)，并將三個分總成拼合成一個整體的汽車地板總層；第二步，進(jìn)行車身側(cè)位總層、行李箱隔板總層的生產(chǎn)，并在地板總層上進(jìn)行拼合安裝，組成車身的總拼總層；第三步，進(jìn)行頂蓋總層、四門總層的生產(chǎn)，并在總拼總層上進(jìn)行拼合安裝，完成整個汽車白車身地制造。汽車車身制造工藝流程圖如圖2所示。

圖2 汽車車身工藝流程圖

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

汽車車身車間自動化情況簡介。車間設(shè)備自動控制系統(tǒng)使用AB 1756-73S PLC處理器，進(jìn)行各設(shè)備自動邏輯控制。在自動控制系統(tǒng)中，廣泛使用FANUC機(jī)器人完成零件的搬運(yùn)、涂膠、點(diǎn)焊工藝，各分總層的機(jī)運(yùn)部分使用AB 755變頻器和SEW變頻器完成伺服控制。另外，控制系統(tǒng)中還包含了大量現(xiàn)場分布式IO設(shè)備，以及安全設(shè)備。

由于汽車車身制造設(shè)備種類多，數(shù)量大，并且布局分散，無法使用專用設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一采集。所以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計時，分三步完成數(shù)據(jù)采集工作。第一步，使用PLC分區(qū)域通過 DeviceNet和以太網(wǎng),將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集存儲到PLC中；第二步，上位軟件通過以太網(wǎng)對車間各區(qū)域PLC進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)存儲到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中；最后在上位系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及具體展示，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲、報警、查詢和上傳至其他服務(wù)器。圖3 所示為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)圖

本系統(tǒng)使用Java語言進(jìn)行程序進(jìn)行開發(fā)，后臺使用SQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過Web界面進(jìn)行人機(jī)展示。

4 采集系統(tǒng)運(yùn)行效果介紹

汽車車身車間生產(chǎn)智能管理系統(tǒng)現(xiàn)場實(shí)施后，共計包含車間生產(chǎn)狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及車間能源消耗狀態(tài)三個方面內(nèi)容。具體包括車間實(shí)際生產(chǎn)線速、設(shè)備停線指標(biāo)數(shù)據(jù)、停機(jī)統(tǒng)計、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)械設(shè)備動作次數(shù)、修模狀態(tài)、焊槍打點(diǎn)數(shù)據(jù)、關(guān)鍵設(shè)備電機(jī)電流，以及車間水、電、氣及車間溫度數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)。通過運(yùn)行系統(tǒng)地建立，實(shí)現(xiàn)對車間運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控；專業(yè)工程師對車間設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的掌控，并根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行針對性分析。圖4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最終展示畫面。

5 結(jié)論

隨著信息化的發(fā)展，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中采集管理作為自動化工廠提高生產(chǎn)管理效率的一種方法越來越被重視，也將成為制造業(yè)今后生產(chǎn)集約化管理的發(fā)展趨勢。由此本文提出了一種基于OPC等技術(shù)來完成對汽車車身車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集管理的設(shè)計方案和實(shí)現(xiàn)方法，具有低投入、低成本、技術(shù)公開、方便擴(kuò)展等特點(diǎn)，在一年多實(shí)際使用過程中，系統(tǒng)運(yùn)行良好，性能穩(wěn)定，能滿足對生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集管理的要求，是一種切實(shí)可行的解決方案。

[1] 易豪武.基于OPC技術(shù)糖廠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)地設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].甘蔗糖業(yè),2011年(03):55-57.

[2] 方愛國.基于OPC技術(shù)的工業(yè)數(shù)據(jù)通訊應(yīng)用[J].信息與電腦(理論版), 2010(02):190-190.

[3] 何楊歡.OPC技術(shù)在DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].化工進(jìn)展, 2006(12):119-121.

Intelligent management system of body-in-white production based on OPC technology

Han Jinfeng

（Shanghai GM (Shenyang) Beisheng Automobile Col., Ltd, Liaoning Shenyang 110000）

With the popularization of automation, the automation rate of automobile production is improving continuously. In view of the development of information in automobile production process, the design and implementation of production data acquisition system in automobile welding workshop are introduced. Using OPC, PLC and other technologies, the system can realize the informatization of automobile production which based on the existing automatic control system. It has the characteristics of low cost, low investment and convenient expansion, and runs well in actual use.

Automobile; OPC; PLC; Data acquisition

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.06.059

U462

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韓金豐，碩士，中級工程師，就職于上汽通用（沈陽）北盛汽車有限公司，研究方向：控制理論與控制工程。