欧姆龙以太网在成品库通信和控制方面的应用分析

1.引言

在汽车各类生产线上采用车体识别系统，可以对不同生产数据的统计、质量监控数据及信息进行实时采集，并可以及时向物料管理、生产调度、质量保证以及其它相关各部门传送，这对原材料供应、生产调度、销售服务、质量监控以及整车的终身质量跟踪等都起着非常重要的作用。

风神襄樊汽车有限公司在生产天籁系列汽车时，一直采用由生产调度中心提前下计划到车间，再由车间根据计划调度工位生产的管理模式。这种多级管理模式不仅浪费了大量人力资源，同时也浪费了用来加载生产管理信息的纸张和打孔卡，而且这种管理模式的自动化程度不高。为了降低公司生产管理成本，充分利用人力资源，提高自动化程度而进行了NEPID系统的开发。在NEPID系统的开发中，使用耐高温、无源的NEPID读写卡装备在每个车身，从而实现设备侧立体库的以太网控制。

课题的主要任务是对工厂的PBS立体成品库和SBS面漆存储库的控制系统进行改造，使其能够接收由中央控制室服务器发出的控制信息，在此基础上实现手动指定或者由中央控制室服务器来决定车身搬入和搬出的功能，并将移动中的车载信息通过以太网传输给中央控制室的服务器。同时具备调整和半自动功能，方便用户操作。为了使现场控制系统能够与生产管理服务器顺利交换数据，与NEPID系统进行网络连接，选择了使用可编程控制器及以太网模块，以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。建立通过以太网与生产管理服务器连接的方案。

2.系统开发中的PLC功能

NEPID系统包括载码体TAG（即数据载体或数据存储器）、载码体读/写装置、接口模块。NEPID系统开发包括对面漆存储库SBS和立体成品库PBS控制系统及中涂和上涂工位控制系统。欧姆龙可编程控制器在面漆存储库SBS和立体成品库PBS控制系统中承担控制任务，采用以太网与中央控制室进行数据交换，并对数据进行控制。

2.1 PBS需要实现的功能

在成品立体库中要求完成对进入PBS立体库的搬入控制、退出PBS立体库的搬出控制、退出PBS立体库的分支控制、退出PBS立体库的搬出计划制定和进入总装的空进程控制，实现立体库的功能。其功能体现在：

（1）车辆搬送功能；将涂装工程完成的车辆由涂装工厂向装配工厂搬送。

（2）吸收生产差异的缓冲器；涂装工程和装配工程之间的生产实际绩效存在差异的时候承担一个缓冲器的作用，使涂装工程和装配工程的生产损失相互之间互不影响。弥补在生产过程中因为设备故障、品质不良、出勤率低下、开动时间的差异等原因造成的生产损失。

（3）装配生产线投入顺序的补正功能；装配生产线的基本顺序是由在生成VIN码时，装配生产线的投入顺序决定的，但因为车体在涂装工程中不能保证顺序和零部件的完整，从而在PBS立体库控制中负担了投入顺序的补正机能。补正机能采用优先遵守同步生产连续编号顺序的同步生产模式和优先考虑装配作业时工数的平均化的平均化模式两种。

（4）缺件车保留；装配零件发生缺件的时候，避免向装配生产线上投入使用这种缺件的车辆，在PBS立体库中有保留这种车辆的功能。使用这种功能可以防止在装配工程生产线上发生缺件车的情况。

（5）空进程生成功能；在车种变更或者微小变更的时候，从在装配生产线上投入试制车，到作业熟练为止的期间内，在车辆的前后生成空进程，吸收与普通车的作业时间差，或在装配工程中将抽出的车辆装载回生产线，装配时在生产线上生成空进程，来满足生产管理数据的准确。

2.2 PLC在系统中的功能

在PBS部分，PLC在接受服务器发送的信息的同时，不断地与服务器进行数据交换。相互交换数据的内容是服务器发给本地站关于车身的信息，包括车身型号、同期生产号、颜色以及其他的一些关于进库的安排、车道的选择等有效数据信息，其传输数据的形式及报文的格式宏观上遵循TCP/IP协议，IP是英文Internet Protocol（网络之间互连的协议）的缩写，中文简称为“网协”，也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。任何厂家生产的计算机系统，只要遵守 IP协议就可以与因特网互连互通。而在具体细节上遵循协商的通信协议。本地站同时不断的将自身采集的库存车身的有效信息及现场运行的请求信息等传送给服务器。还需要将现场人员的手动操作部分的数据传送给服务器，保证库区数据的准确和实时更新。

在SBS成品库部分，本地站只将服务器发送的数据转存在数据记忆寄存器中，在库区的出入口各设置一个触摸屏来显示当前的生产状态、库存信息及全部手动控制操作按纽。对中涂自动吹灰机，利用总装中央控制室服务器发送的信息来控制喷涂机的工作状态，喷涂机的主要工作部位为双作用式气动液压增压泵，换向机构为特殊形式的先导式全气控配气换向装置。入压缩空气后，活塞移动到气缸上端部或下端部时，使上先导阀或下先导阀动作，控制气流瞬间推动配气换向装置换向，从而便气动马达的活塞作稳定连续的往复运动。由于活塞与涂料柱塞泵中的柱塞刚性连接，并且，活塞的面积比柱塞的面积大。因而使吸入的涂料增压。被增压的涂料，经高压软管输送到无气喷枪，最后在无气喷嘴处释放液压，瞬时雾化后喷向被涂物表面，形成涂膜层。 通过以太网来接受服务器发送的控制喷涂机状态的控制信息，实现工位的自动化操作。

3.以太网控制系统的设计

为了实现NEPID系统生产管理自动化，在参考欧姆龙以太网的操作设计手册和现场控制工艺流程的基础上，完成了对以太网通信和控制部分设计。

3.1 以太网通信控制设计

在PBS项目中，设置以太网单元号为5，计算出CIO存储区的首地址字为1634和DM存储区的首地址字D30518，在此基础上编写CX-P源通信程序。其流程图如图1所示。

在通信控制程序上首先设置数据缓存区，包括发送和接收数据的缓存区，在此基础运用大量的数据逻辑指令来发送数据和接受数据，实现以太网通信功能。

3.2 以太网现场控制设计

为实现立体库的现场控制项目改造要求，在实现以太网通信的基础上需要对PBS立体库的自动控制进一步研究。控制要点在于大量的现场数据采集和通信控制。通信控制器管理到主机或计算机网络的数据输入输出。它可以是复杂的前台大型计算机接口或者简单的设备如多路复用器、桥接器和路由器。这些设备把计算机的并行数据转换为通信线上传输的串行数据，并完成所有必要的控制功能、错误检测和同步。现代设备还完成数据压缩、路由选择、安全性功能，并收集管理信息。当雪橇到达NEPID读取滚床位置后，雪橇停止，由可编程控制器输出请求信号给NEPID系统，请求NEPID系统设定盘读取NEPID卡的信息。当NEPID系统设定盘检测信息有问题，输出NEPID系统设定盘报警信号，并发出声光报警信号，通知操作人员处理。当雪橇控制系统检测到NEPID系统设定盘有报警信号时，该滚床停止，不做任何动作。直到雪橇控制系统检测到NEPID系统设定盘的OK信号后，才能控制雪橇前进，并发出清除OK信号给NEPID系统设定盘。实现PBS的搬入控制、搬出控制、搬出分支控制，搬出计划调度和进入总装进程控制。

现场确认及控制信号如图2所示。

在图2中：1表示到位信号（DI-P） （PLC→NEPID：1Bit）；2表示空实信号（DI-P） （PLC→NEPID：1Bit）；3表示OK,NEPID系统设定盘报警信号信号 （NEPID→PLC：2Bit）；4表示搬入道指示信号（DO-P） （Server→PLC：4Bit）；5表示通过信号（DI-P） （PLC→Server：1Bit）；6表示搬入侧设备异常信号（DI-S） （PLC→Server：496Bit）；7表示搬出指示要求信号（DI-P） （PLC→Server：1Bit）；8表示搬出道指示信号（DO-P） （Server→PLC：4Bit）；9表示先行指示信号（DO-P） （Server→PLC：2Bit）；10表示通过信号（DI-P）（PLC→Server：2Bit）；11表示先行异常信号（DO-P） （Server→PLC：1Bit）；12表示在位信号（DI-P） （PLC→NEPID：1Bit）；13表示OK,NG信号 （NEPID→PLC：2Bit）；14表示搬出侧设备异常信号（DI-S） （PLC→Server：496Bit）。

为了实现通信控制和现场控制结合在一起工作，实现系统与上位机联网，将所有的控制和请求信息都通过以太网来进行传送，达到完全自动化生产管理的目的。

4.结束语

车载信息调度管理的自动化，已被国外各大汽车厂商广泛使用，国内三大汽车厂商之一的东风汽车公司仅在其下属的风神汽车有限公司推行这种方案，其余的厂家还在沿用人工读取车载信息的生产模式。课题在紧密联系产业动态的前提下研究应用工业以太网的应用。

目前，系统使用欧姆龙以太网技术已经完成了对成品库的通信和控制。以太网技术指的是由Xerox公司创建并由Xerox,Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测技术）技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802·3系列标准相类似。以太网不是一种具体的网络，是一种技术规范。在现场，使用欧姆龙工业以太网与现场总线技术一起，实现了对成品库的自动有效控制，达到了按计划自动出入库的设计要求。

在成品库的控制中，新的管理系统具有数据自动更新和数据自动比较排序功能，使现场控制的稳定性大大提高。和原来的人工操作出入库模式相比，准确率由82.4%升高到96%以上，对车身信息的控制实现了自动化，系统运行的安全可靠性也得到了保障。