數據螺栓系統在汽車發動機缸體生產線應用設計

劉兵峰

（臺州濱海吉利發動機有限公司 浙江 臺州 318000）

引言

汽車發動機缸體是汽車發動機的3 大核心部件之一[1]，生產成本較高。目前，各大汽車發動機企業都自己生產缸體以滿足發動機生產需要。但是缸體生產工序多，過程復雜，需要的生產設備多樣，給整個生產過程自動化帶來了不少壓力。特別是大批量生產時，生產過程追溯[2]、工序之間的防錯功能都需要實現。所以，缸體上采用數據螺栓至關重要，只有采用數據螺栓，才能在各工序中進行數據傳送，實現過程追溯和各類防錯功能。本文說明了數據螺栓系統組件選型、硬件系統組成原理、軟件功能模塊設計及其與各設備通信控制原理，介紹了數據通過處理器單元在數據載體和讀/寫頭之間傳輸到控制器，實現缸體全自動化智能化生產。

1 數據螺栓選擇

數據螺栓是缸體生產過程的數據傳送載體，缸體生產過程中，各工序通過讀/寫頭在數據螺栓上進行數據讀/寫。數據螺栓的設計要求是：安裝在缸體側面，不影響加工，方便安裝在其它所有設備上的讀/寫頭進行信息讀/寫，充分考慮發動機缸體的加工環境。本文所用的數據螺栓選擇巴魯夫公司的射頻系統中的數據載體，型號是BIS M-143-02/A-M8，使用13.56 MHz 的高頻（HF），符合DIN ISO 15693 和/或DIN ISO 14443 的標準。見圖示1。

數據螺栓的技術參數見表1[3]。

表1 數據螺栓的技術參數

圖1 數據螺栓結構

根據表1 的技術參數，此數據螺栓完全滿足加工中心和清洗機等惡劣的工作環境，適合所有發動機企業生產環境使用要求。

2 數據螺栓讀/寫頭

數據螺栓讀/寫頭需要安裝在生產線各工序設備進口和出口處，主要進行上工序完成情況數據讀取以及本工序完成情況數據寫入，本文的數據螺栓讀/寫頭采用巴魯夫公司的射頻系統中的高頻讀/寫頭，型號是BIS VM-344-401-S4，使用13.56 MHz 的高頻（HF），符合DIN ISO 15693 和DIN ISO 14443 的標準。見圖示2。

圖2 數據螺栓讀/寫頭結構

此數據螺栓讀/寫頭的技術參數見表2[4]。

表2 數據螺栓讀/寫頭技術參數

根據表2 的技術參數，此數據螺栓讀/寫頭完全滿足各工序設備進出口使用要求，適合所有發動機企業生產環境使用要求。

3 數據處理器單元

數據處理器單元處理由讀取頭記錄的數據，并將數據中繼到與PLC/PC 通信的工業現場總線。本文所應用的處理器單元，型號為BIS V-6102-019-C001，可以一次操作多達4 個讀取頭。見圖3。

圖3 BIS V-6102-019-C001 型處理器單元

此處理器單元的技術參數見表3[5]。

表3 BIS V-6102-019-C001 型處理器單元技術參數

4 系統硬件組成

整個系統由數據螺栓、讀/寫頭、數據處理器和PLC CPU 組成。

讀數據原理：讀/寫頭通過13.56 MHz 的高頻（HF）射頻通信讀取數據螺栓內數據，通過RS485 串口通信傳送給數據處理器，數據處理器處理數據后，通過Profibus 總線發送給PLC，PLC 通過程序控制判斷使設備執行相應的動作。

寫數據原理：PLC 通過Profibus 總線將工序完成的數據發給數據處理器，數據處理器通過RS485 串口通信將數據傳送到讀/寫頭，讀/寫頭通過13.56 MHz 的高頻（HF）射頻通信對數據螺栓進行寫數據。見圖示4。

圖4 數據螺栓系統原理圖

5 軟件配置及PLC 程序

整個數據系統主控方是設備PLC CPU，PLC 程序需要對數據處理器進行軟件組態，通過Profibus DP 總線通信，PLC 增加從站，并定義數據地址用來實現數據傳送，通過編程最終實現數據讀/寫功能。軟件組態配置見圖5，PLC 程序塊見圖6。

圖5 軟件組態配置圖

圖6 PLC 程序塊

6 數據螺栓內部數據

數據螺栓數據內容規則：首先定義編程的PLC數據地址及格式，再根據地址和格式配置相應的數據內容。

數據內容主要包含線體編號、操作編號、機床編號、主軸加工的工件、中間過程狀態、最后的操作號、生產時間、工件完成的狀態。如1-沒有工件、2-工件合格、3-工件不合格、4-加工測量件、5-未加工測量件、6-間隔測量、7-換刀后的一個工件、8-返修件等。見圖7。

圖7 數據螺栓數據分布圖格式示例

7 數據螺栓過程追溯及防錯

生產線設備運行過程中，如OP10 工序工件加工完成后，會將工件信息通過PLC 傳送寫入數據螺栓，工件信息對應數據定義的地址和內容進行寫入；當工件流入到OP20 工序時，首先會對數據螺栓進行讀取數據工作，如工件狀態是否合格、最后操作號是否為OP10。只有滿足要求，才允許OP20 進行加工，防止OP10 未加工完成工件流入OP20，導致機床撞擊和發生設備故障。同時，可以通過手持數據讀/寫器對線體上的所有工件進行數據查詢和追溯，方便問題工件快速鎖定及返修處理。

8 結束語

數據螺栓系統設計需要掌握生產線工藝過程和各工序設備的電氣系統配置，然后通過硬件和軟件設計編程相結合，最終才能實現系統在整條生產線上可靠運行。