王信野，陳書宏，楊仁楓，鄭德超

（中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所，沈陽(yáng) 110016）

基于無線通訊技術(shù)的卡車變速器試驗(yàn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王信野，陳書宏，楊仁楓，鄭德超

（中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所，沈陽(yáng) 110016）

0 引言

近年來，隨著我國(guó)工業(yè)水平的快速發(fā)展，人們對(duì)于卡車性能要求也不斷提高。變速器是卡車零部件的重要組成部分，變速器生產(chǎn)廠家不但對(duì)裝配水平的要求提高，而且對(duì)于變速器的測(cè)試水平也有所加強(qiáng)，所有變速器生產(chǎn)廠家對(duì)于變速器試驗(yàn)線在物流運(yùn)輸，氣密檢測(cè)，試驗(yàn)測(cè)試，錯(cuò)裝返修，試驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳等方面提出了更高的要求。

本文主要介紹某公司變速器裝配車間采用空中自行小車懸掛輸送系統(tǒng)的物流形式，基于無線通訊技術(shù)的變速器試驗(yàn)線的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。應(yīng)用西門子SCALANCE W無線通訊技術(shù)、倍加福RFID射頻技術(shù)等，達(dá)到試驗(yàn)線的各個(gè)工位自動(dòng)識(shí)別，試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳，變速器與試驗(yàn)數(shù)據(jù)一一綁定，道岔自動(dòng)切換的設(shè)計(jì)要求。

1 試驗(yàn)線的工藝布局及設(shè)計(jì)目標(biāo)

1.1 工藝布局

某卡車變速器生產(chǎn)公司某種型號(hào)變速器試驗(yàn)線主要采用空中自行小車懸掛輸送系統(tǒng)。工藝布局主要由注油和排油工位，氣密檢測(cè)系統(tǒng)，試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)，返修工位，綜合性能檢測(cè)系統(tǒng)，上線和下線工位，附件裝配工位構(gòu)成。工藝流程如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)線工藝流程

圖2 實(shí)際軌道路線圖

1.2 實(shí)際軌道線路設(shè)計(jì)

如圖2所示，本試驗(yàn)線系統(tǒng)，主要由4臺(tái)空載試驗(yàn)臺(tái)，1臺(tái)綜合檢測(cè)機(jī)組，1套注油排油過濾循環(huán)系統(tǒng)，1臺(tái)氣密檢測(cè)系統(tǒng)，幾個(gè)輔助工位構(gòu)成，7個(gè)軌道線路切換道岔，12臺(tái)空中自行小車構(gòu)成。每臺(tái)空再試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試試驗(yàn)需要10分鐘，根據(jù)裝配線生產(chǎn)節(jié)拍要求每3分鐘下線一臺(tái)箱子，所以在實(shí)際軌道線路設(shè)計(jì)時(shí)采用并行4臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)同時(shí)工作的布局，每臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)工位進(jìn)口和出口各放置一個(gè)軌道切換道岔，進(jìn)行軌道切換，達(dá)到實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求。

1.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)上述的實(shí)際工藝布局來建立起運(yùn)行可靠，方便維護(hù)，數(shù)據(jù)可上傳的一套控制系統(tǒng)是很有必要的。通過西門子無線通訊技術(shù)，將自行小車，各個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，各個(gè)工位與試驗(yàn)線主控系統(tǒng)建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)信息交互。本條試驗(yàn)線控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）自行小車自動(dòng)運(yùn)行，攜帶掛鉤自動(dòng)升降，人工微調(diào)落位；

2）工位傳感器識(shí)別，各個(gè)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行測(cè)試；

3）自行小車通過RFID自動(dòng)識(shí)別各個(gè)工位信息，并且測(cè)試數(shù)據(jù)與每臺(tái)箱體進(jìn) 行綁定，上傳上層管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)每臺(tái)變速器測(cè)試數(shù)據(jù)可追溯；

4）主控系統(tǒng)通過觸摸屏可以監(jiān)控每臺(tái)自行小車及各個(gè)測(cè)試系統(tǒng)工作狀態(tài)及故障報(bào)警信息；

5）控制系統(tǒng)確?？焖俜€(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工位運(yùn)行節(jié)拍為3分鐘以內(nèi)。

通過上述功能的實(shí)現(xiàn)， 達(dá)到提高試驗(yàn)線自動(dòng)化水平， 減少人為因素對(duì)測(cè)試過程的影響，提高生產(chǎn)效率的目標(biāo)。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

試驗(yàn)線控制系統(tǒng)主要由主控系統(tǒng)和自行小車控制系統(tǒng)構(gòu)成。

2.1 主控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

試驗(yàn)線主控系統(tǒng)主要功能：

1）通過自行小車反饋的位置信息，進(jìn)行邏輯判斷，控制自行小車電葫蘆鏈條升降，行進(jìn)電機(jī)運(yùn)行與停止；2）控制軌道線路切換道岔彎道與直道位置切換；3）通過各個(gè)測(cè)試臺(tái)上傳的數(shù)據(jù)與每輛變速器進(jìn)行綁定，通過以太網(wǎng)上傳到上層生產(chǎn)管理系統(tǒng)；

4）對(duì)小車狀態(tài)，位置信息，滑觸線供電系統(tǒng)，道岔切換位置進(jìn)行監(jiān)控和故障診斷報(bào)警。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，主控系統(tǒng)采用西門子最新一代PLC S7-1500 1516-3PN為控制核心，HMI TP-1200為人機(jī)交互界面，西門子無線通訊SALCANCE W788-1PRO為主控系統(tǒng)的接入點(diǎn)（AP），SALCANCE W744-1PRO為從站系統(tǒng)的客戶端構(gòu)成以太網(wǎng)無線通訊網(wǎng)絡(luò)，試驗(yàn)線各個(gè)工位采用離散分布的形式，自行小車通過RFID射頻設(shè)備識(shí)別每個(gè)工位上的RFID載體信息，然后將信息上傳到主控PLC，主控系統(tǒng)根據(jù)載體信息來判斷自行小車實(shí)際位置。主控系統(tǒng)基于SALCANCE W無線通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示。

圖3 主控系統(tǒng)基于SALANCE W無線通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2 自行小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

自行小車控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能：

1）由于試驗(yàn)線采用離散式，工位分布通過RFID識(shí)別工位信息；

2）通過自行小車需要實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行，臨近工位時(shí)需要減速運(yùn)行；

3）德馬格電葫蘆實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降；

4）自行小車前后車防止碰撞。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能要求，自行小車系統(tǒng)采用西門子PLC S7-1200 1214C為從站PLC，采用倍加福RFID IQTF116識(shí)別工位信息，通過RS-485串口與從站PLC通訊；采用西門子SALCANCE W744-1PRO客戶端與主站PLC實(shí)現(xiàn)無線通信；采用西門子G120變頻器實(shí)現(xiàn)自行小車運(yùn)行電機(jī)變速運(yùn)行，通過CU250S控制器與小車PLC實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通訊；采用I/O硬件鏈接來解決電葫蘆自動(dòng)升降問題，在自行小車車頭增加光電開關(guān)和車尾增加反光板來解決前后小車碰撞問題。

自行小車控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示。

2.3 試驗(yàn)線控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

圖4 自行小車控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

控制系統(tǒng)的基本控制方案和硬件選擇確定后，我們?cè)谖鏖T子的編程軟件博途中進(jìn)行硬件組態(tài)，如圖5所示。主裝配線的PLCS7-1500 1516 3PN有3個(gè)以太網(wǎng)口，可以連接至少32個(gè)S7通訊協(xié)議從站。首先給主站PLC，觸摸屏和從站PLC分配IP地址192.168.0.1到192.168.0.20，主站PLC以太網(wǎng)接口與SALCANCE W788-1PRO連接，從站以太網(wǎng)口與SALCANCE W744-1PRO連接，并且通過西門子專門的無線通訊軟件Firmware進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。然后通過串口調(diào)試軟件Docklight和倍加福RFID ITQ-F116一體式讀寫站，向RFID載體寫工位信息編號(hào)001-014。最后，通過西門子Starter軟件設(shè)置CU250S控制器與從站PLC的通訊協(xié)建立聯(lián)系。

圖5 控制系統(tǒng)在博途軟件的硬件組態(tài)

試驗(yàn)線主控系統(tǒng)主要分為五大模塊，分別為通訊模塊，道岔控制模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊，信息交互模塊和報(bào)警模塊。通訊模塊通過SALCANCE W無線通訊與各個(gè)自行小車從站，各個(gè)試驗(yàn)設(shè)備從站建立通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；道岔控制模塊主要是根據(jù)各個(gè)自行小車的位置信息進(jìn)行邏輯判斷控制軌道線路道岔切換；監(jiān)控模塊根據(jù)自行小車上傳的信息對(duì)小車位置及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)自行小車滑觸線供電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)道岔位置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，信息交互模塊根據(jù)各個(gè)試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)上傳數(shù)據(jù)與自行小車位置信息進(jìn)行邏輯判斷，將每臺(tái)變速器的箱體與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綁定，并且上傳上層管理系統(tǒng)；報(bào)警系統(tǒng)主要給出自行小車通訊故障報(bào)警，變頻器故障報(bào)警，道岔電機(jī)故障報(bào)警，供電系統(tǒng)故障報(bào)警等信息。

如圖6所示，主控系統(tǒng)的程序流程圖，首先系統(tǒng)上電之后進(jìn)行自檢，設(shè)備初始化之后，確保道岔運(yùn)行到位，自行小車和各個(gè)在線試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)線主控PLC通訊流暢；然后，自行小車裝載變速器開始自動(dòng)運(yùn)行每個(gè)工位，將試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，氣密試驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合檢測(cè)機(jī)組試驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳到下車自身攜帶RFID載體中，下線時(shí)統(tǒng)一上傳給總控PLC，在進(jìn)入試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試區(qū)時(shí)需要判斷軌道道岔的位置，然后進(jìn)入測(cè)試，出試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試區(qū)時(shí)同樣需要判斷運(yùn)行；最后，將變速器轉(zhuǎn)線到涂裝線。

3 結(jié)束語(yǔ)

圖6 主控程序流程圖

論述了基于西門子SALCANCE W無線通訊技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的卡車變速器試驗(yàn)線控制系統(tǒng)一種設(shè)計(jì)方式。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)變速器測(cè)試信息綁定上傳，自行小車實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證試驗(yàn)線的穩(wěn)定、快速、安全的運(yùn)行，一定程度上提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。目前，系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用與某卡車公司的裝配車間，如圖7所示，卡車變速器的年產(chǎn)量達(dá)到6萬(wàn)臺(tái)， 為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖片

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Design of control system of truck transmission test line on wireless communication technology

WANG Xin-ye, CHEN Shu-hong, YANG Ren-feng, ZHENG De-chao

介紹了一種采用空中自行小車懸掛輸送系統(tǒng)的卡車變速器試驗(yàn)線的控制系統(tǒng)，基于西門子PLC S7-1500邏輯控制，利用西門子SCALANCE W無線通訊技術(shù)數(shù)據(jù)交換，利用倍加福RFID射頻技術(shù)對(duì)離散工位進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了變速器與試驗(yàn)數(shù)據(jù)一一綁定上傳，空中自行小車懸掛輸送系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的功能。

卡車變速器；無線通訊技術(shù)；控制系統(tǒng)；自行小車

王信野（1986 -），男，遼寧沈陽(yáng)人，助理研究員，碩士，研究方向?yàn)镻LC控制及自動(dòng)化技術(shù)。

TH16

A

1009-0134(2015)12(上)-0028-04

10.3969/j.issn.1009-0134.2015.23.08

2015-08-17