基于PLC和觸摸屏的照片揀選亮燈防錯裝置設計

陳 祥

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東青島266555）

0 引言

進入21世紀后，汽車行業得到了前所未有的發展，中國汽車市場迅速飽和，各類型車企如雨后春筍般涌現。但是，各大車企在投資建廠的時候，從經濟效益的角度考量，大多依賴于收購和使用老舊廠房及設備，導致各大車企的制造系統自動化程度低，大部分裝配工作都依靠人工完成。

1 照片揀選裝置設計背景

在汽車制造過程中，車間的自動化程度較低，需要大量的人工參與。裝配工盡管受過專業的崗前培訓，且都嚴格按照工藝流程進行操作，但仍不可避免地會出現一些質量問題，例如漏裝、扭力失效等。

以總裝車間終線工段的揀選隨車照片工位為例，該工位需要找到對應車輛的隨車照片并放置于車內，便于車輛下線后的檢測。當前工位有A類普通車型照片77個品種，再加上B類訂單車型照片，合計90余個品種，員工要根據標識卡的車輛裝配信息來區分隨車照片的種類。員工通過核對信息揀選1張照片需要耗費10 s左右的時間，且員工完全憑借記憶進行識別，存在錯選的風險隱患，RPN（風險系數）高達180，這是一個典型的極易產生質量問題的工位。一旦員工在揀選照片時出現錯誤，就有可能造成后續一系列的質量問題。

筆者在全面了解該工位的基礎上，采用PLC和觸摸屏設計了一套半自動的照片揀選亮燈防錯裝置。PLC（可編程控制器）作為實現自動化控制的核心控制器，具有程序設計簡單、穩定、可靠和實時處理能力強等優點。工控觸摸屏是操作人員與PLC之間雙向溝通的橋梁，其不僅能夠實時顯示PLC的I/O狀態，而且能夠接收操作人員發出的各種指令。本次設計采用羅克韋爾AB1769 PLC作為照片揀選亮燈防錯裝置的核心控制器，西門子MP370觸摸屏作為照片揀選亮燈防錯裝置的人機交互界面。

2 具體設計內容

照片揀選亮燈防錯裝置的設計制造主要包含機械、電氣、程序設計3個部分。機械部分要對原有的照片存放料架進行改造，形成X、Y坐標，方便之后的照片排布及放置，使觸摸屏能夠精準地顯示位置坐標并亮燈提示。電氣部分則需要建立一個新的PLC架構，設計方案采用以太網（Ethernet）連接的控制模式，由羅克韋爾AB1769 PLC主控制器作為系統的核心控制器，輸出的LED燈帶連接到繼電器上，繼電器的線圈再連接到PLC的輸出模塊上。程序設計部分將整個系統通過RSLinx軟件進行組態，再使用RSLogix5000軟件進行程序編寫，分別實現掃描槍讀取程序、繼電器輸出程序、觸摸屏顯示程序各個模塊的功能。此外，觸摸屏應用程序需要單獨通過WinCCflexible2008組態軟件進行組態，實現員工操作過程人機信息交互功能。

2.1 機械部分

原有照片存放料架如圖1所示，照片順序隨意擺放，料架占地面積大，照片排放沒有規律?，F根據員工的需求，設計制造了一套新的照片存放料架，共計15×7=105格照片框，將統計的照片代碼及對應照片存放按照人機工程最優的原則，分別放入對應的照片框內。如圖2所示，新的照片存放料架全部采用鋁型材裝配而成，質量輕且結構牢固，將電控柜固定在料架的上部，方便員工讀取觸摸屏信息。

圖1 原有照片存放料架

圖2 新型照片存放料架

2.2 電氣部分

本設計根據新的需求，首先需要設計鋪設亮燈電路，亮燈材料使用24 V的飛利浦LED燈帶。新的料架是7行15列，一共需要22個繼電器進行控制，根據行正列負的原則，將同一行的燈帶正極焊接起來相串聯，再將同一列的燈帶負極焊接起來相串聯，用玻璃膠固定燈帶到對應坐標的照片框下，這樣就完成了燈帶系統的布置。

電氣部分采用十字交叉點坐標的連接方式，最大限度地減少了繼電器的使用，節約了成本。將7個正極和15個負極分別接進繼電器后，再將繼電器的線圈觸點接進PLC的輸出模塊，這樣就可以通過程序的輸出來控制燈帶的亮滅。例如，當需要3行5列的照片框LED燈亮時，只需要控制PLC同時輸出3行的正極繼電器和5列的負極繼電器線圈吸合，這樣3行5列的LED燈就能亮起來。電控柜布局如圖3所示。

圖3 電控柜布局

2.3 程序設計部分

在電控柜完成配盤后，接下來就是程序的編寫。首先是掃描槍讀取程序，這一過程需要實現掃描槍錄入車輛VSN信息的功能。羅克韋爾AB1769 PLC控制器模塊本身自帶RS232串口，本設計選用的掃描槍是西克IDM無線掃描槍，按照說明在對掃描槍進行初始化配置后，將串口連接到PLC的控制模塊，同時在程序中使用ARL指令即可實現掃碼讀取功能。

接下來是繼電器輸出程序，這一過程需要在讀到取條碼信息后，實現輸出對應照片坐標的功能。VSN的條碼信息在程序里為一段16位的ASCII碼，根據需要將1～4位數字和8～9位數字重新組合形成6位的車輛照片代碼，新的照片代碼與料架上的坐標信息一一對應。這一部分最重要的是需要建立照片代碼與坐標相對應的數據庫，采用如圖4所示的數據庫標簽，HMI_BCR_Code 為一個容量1 000 的字符串標簽，HMI_BCR_Code.ScanCode_Set 為6 位數字的照片代碼，HMI_BCR_Code.X_Pos 為 X 坐 標 的 信 息 ，HMI_BCR_Code.Y_Pos為Y坐標的信息，數據庫的錄入可以用EXCEL批量導入或者通過之后的觸摸屏輸入。當掃描槍讀取到信息時，先將信息處理成6數字位的照片條碼，再通過FIND指令快速匹配數據庫中的信息，最終輸出對應的照片坐標信息，完成亮燈操作。

圖4 數據庫標簽

最后是觸摸屏顯示程序，這一部分要在PLC和觸摸屏之間建立變量連接，實現觸摸屏人機交互的功能。通過WinCCflexible2008組態軟件使觸摸屏與PLC建立連接，將PLC的變量信息輸入觸摸屏，使觸摸屏和PLC的變量能夠互相讀寫，這時觸摸屏就能在掃碼之后完成車輛信息的顯示，方便員工在拿取照片后核對信息。此外，員工還能通過觸摸屏實現代碼信息的錄入，根據柔性生產需求靈活增加車輛照片。觸摸屏設置畫面如圖5所示。

圖5 觸摸屏設置畫面

在實際操作過程中，員工需要提前在觸摸屏中輸入所有車型代碼及其對應的照片坐標，建立一套照片代碼數據庫。當裝配車輛到來時，通過裝置配備的掃描槍掃描車輛配置單上的VSN（車輛配置信息）碼，PLC通過內部運算即可將對應的車輛信息顯示在觸摸屏上，并且該車型對應照片的位置也會亮起LED燈提示員工進行操作，在拿取完畢后員工需要通過復位按鈕來熄滅LED燈確認信息。最終的照片揀選亮燈防錯裝置效果圖如圖6所示。

圖6 照片揀選亮燈防錯裝置效果圖

3 結語

隨著汽車行業的進一步發展，自動化防錯系統在汽車裝配過程中的應用會越來越多。本文設計的是一套基于PLC和觸摸屏的照片揀選亮燈防錯裝置，不僅簡化了員工的操作步驟，節約了操作時間，還具備一定的防錯功能。在現代化的汽車工廠中，總裝車間是人力使用最多的工藝裝配車間，如果能夠多增加一些類似的自動化防錯設備，將大幅減少員工在操作中的失誤，提高汽車裝配質量。