汽车装配线MES实时数采和控制系统的实现及优化

ATM碗界汽车装配线MES实时数采和控制系统的实现及优化摘要以某汽车部件装配线为对象设计制造执行系统MES的实时数采和控制系统。数据采集方案是通过工业以太网接口读取设备数据，实现实时数采控制与高度集成化。针对西门子不同型号的PLC的不同网络通讯软硬件设计和组态，成功建立生产线服务器LINESERVER与每一工位的网络通讯。在实现主动控制时，在可编程逻辑控制器PLC中设置通用控制位用于状态读写、标记控制位用于信号确认及各种验证信息的标记位和数据位，将所有控制囊括在PLC的程序中，协同LINESERVER的数据库查询功能。本地网络可以完全自主地完成流程控制，达到了主动控制的目的，简化了生产监管的流程，同时避免了质量不合格、物料损失、产品数据混乱等问题。关键词汽车装配线MES数据采集控制系统中图分类号U46306文献标识码B1背景与现状在MES中，数据采集和过程控制贯彻始终。数据是所有过程的根本，采集生产运行数据、集成原料和产品的存储数据、集成设备状态信息，并将这些信息进行合并、汇总、规范、比较、分析等综合处理。一方面为生产计划与排产提供依据另一方面也为企业资源计划ERP提供及时、可靠、准确的生产经营决策参考信息。控制是所有管理的关键，控制的自动化、主动性、可调控和敏捷度是制造执行管理对控制的要求，也是MES中控制模块面临的挑战。本文以上汽集团采埃孚转向系统有限公司的E2上海市计量测试技术研究院蔡潇雨上海采埃孚转向系统有限公司陈雷管柱生产线下称目标生产线为例，详细介绍现场网络、上位网络的软硬件设计与部署。目标生产线是一条汽车零部件加工装配线，其设计难点如下。A物料繁多。物料的信息管理和跟踪存在统计盲区，部分物料的浪费或报废时有发生。B产品类型多样。部分生产线产品没有条码跟踪，导致不能获取产品数据。C产量高且流程复杂。生产线有包括测试工位在内2O余道工序，现场流程控制的不完善，增加不合格产品的产生几率和流入下道工序的可能。设计引入了生产线服务器，应用了MES集成化实时数据采集方案和智能化主动控制方案，整体方案在离2012年第7期汽车M艺9材料AT8J17ATM鹌L界通讯。SLMATICNET通讯组态软件是用来建立OPC服务器的连接。使用OPCSCOUT软件可以测试数据通讯，将各工位的控制位和数据位添加入SCOUT的PROJECTQ，即可查看各工位的PLC数据。2条码信息采集实现装配线上的产品经过每一道工序，因此该产品的主要部件或者第一道流程的部件将被赋予产品ID，本线使用一维条码进行产品编码。每次加工前必须对产品的条码进行采集。考虑物料条码信息与工件产品条码信息采集的速度和频率，使用手持与固定两款扫描枪。物料条码的采集通过手持式扫描枪采集，产品工件的条码通过固定条码读取器采集。物料箱放在机床边的物架上，且一般仅在更换新的物料时才需要进行整箱扫描，故使用手持式条码枪采集操作。工件的条码贴在工件指定位置，优化设计后，将小型固定条码读取器安装在机床特定位置，工件就位即可扫描条码，实现放置一扫描一采集一加工自动完成，大大提高了工件条码的数据采集效率。鉴于串口在工业数据传输中的兼容性与稳定性，使用条码读取器的串口作为传输接口。虽然条码读取器需要外接电源，但考虑到用于工业现场，机床电源冗余或可拓展使供电不构成问题。此后，通过串口服务器进行串口一网络信号转换。4主动控制功能模块设计PLC的主动控制是基于MES的控制系统中的核心之一。PLC是制造执行系统中与设备机床联系最紧密的部件。通过PLC程序设计与网络部署，在LINESERVER数据库管理与监控程序的协同下，实现制造加工质量及操作流程的自动化控制，支持完善MES的整体功能。以PLC为主的MES主动控制模块充分利用控制器PLC与机床设备之间实时的传输能力APLC较强的控制处理功能，在信号传输、数据采集、控制处理等环节，PLC都能够表现出较上位系统如IPC更能满足MES对控制功能模块的要求。在可靠性与适应性方面，PLC作为机床的控制器，机床直接受控于PLC，植入PLC程序中的控制模块不受外界的干扰与限制，控制模块的可靠性取决于机床整体系统设计的可靠程度，因此对于符合要求的机床系统，其控制模块也满足工业要求。从开发设计角度分析，依靠PLC实现主动控制是通过直接给PLC定义控制位和添加程序控制语句，可掌控机床的行止和机床状态的信息，兼容性强、灵活性高且开发周期短。PLC与机床之间传输距离和时间是最短的，因此PLC实现的主动控制功能的实时性是最优的。除此之外，随着工业用触摸屏技术及产品的开发，工业用触摸屏能读取并显示PLC控制位状态，更好完善了现场主动控制的功能。1权限控制权限控制涉及人员、条码、物料等权限和规范的监控，是机床加工循环前的控制。利用PLC控制位的合理设定及程序中对其的读写、判断来完成整套流程的控制。在PLC程序中，定义一个INT类型的通用控制位和2个BOOL类型的标记控制位，通用控制位以不同的数值代表不同的判断结果，标记控制位则标记通用控制位的变化约定有变化置位1。在PLC控制机床的过程中，遇到有流程规范的环节读取标记控制位，读到置位信号后，读取通用控制位的值，根据约定执行机床或禁止机床。类似地，PLC控制信号读取完毕或执行周期结束后，也将根据约定改写通用控制位，并通过标记控制位通知LINESERVER程序。此方案优点是方便控制内容的扩展。2质量控制质量控制是MES控制功能的重点。质量控制包括本道质量控制和上道质量控制。质量控制通过对产品加工的实际工艺参数与动态工艺参数阈值比较来控制机床的行止。工艺参数即加工参数，可以通过PLC与机床的交互直接获取，因此在PLC端做工艺参