基于PLC和触摸屏的照片拣选亮灯防错装置设计

陈 祥

（上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司，山东青岛266555）

0 引言

进入21世纪后，汽车行业得到了前所未有的发展，中国汽车市场迅速饱和，各类型车企如雨后春笋般涌现。但是，各大车企在投资建厂的时候，从经济效益的角度考量，大多依赖于收购和使用老旧厂房及设备，导致各大车企的制造系统自动化程度低，大部分装配工作都依靠人工完成。

1 照片拣选装置设计背景

在汽车制造过程中，车间的自动化程度较低，需要大量的人工参与。装配工尽管受过专业的岗前培训，且都严格按照工艺流程进行操作，但仍不可避免地会出现一些质量问题，例如漏装、扭力失效等。

以总装车间终线工段的拣选随车照片工位为例，该工位需要找到对应车辆的随车照片并放置于车内，便于车辆下线后的检测。当前工位有A类普通车型照片77个品种，再加上B类订单车型照片，合计90余个品种，员工要根据标识卡的车辆装配信息来区分随车照片的种类。员工通过核对信息拣选1张照片需要耗费10 s左右的时间，且员工完全凭借记忆进行识别，存在错选的风险隐患，RPN（风险系数）高达180，这是一个典型的极易产生质量问题的工位。一旦员工在拣选照片时出现错误，就有可能造成后续一系列的质量问题。

笔者在全面了解该工位的基础上，采用PLC和触摸屏设计了一套半自动的照片拣选亮灯防错装置。PLC（可编程控制器）作为实现自动化控制的核心控制器，具有程序设计简单、稳定、可靠和实时处理能力强等优点。工控触摸屏是操作人员与PLC之间双向沟通的桥梁，其不仅能够实时显示PLC的I/O状态，而且能够接收操作人员发出的各种指令。本次设计采用罗克韦尔AB1769 PLC作为照片拣选亮灯防错装置的核心控制器，西门子MP370触摸屏作为照片拣选亮灯防错装置的人机交互界面。

2 具体设计内容

照片拣选亮灯防错装置的设计制造主要包含机械、电气、程序设计3个部分。机械部分要对原有的照片存放料架进行改造，形成X、Y坐标，方便之后的照片排布及放置，使触摸屏能够精准地显示位置坐标并亮灯提示。电气部分则需要建立一个新的PLC架构，设计方案采用以太网（Ethernet）连接的控制模式，由罗克韦尔AB1769 PLC主控制器作为系统的核心控制器，输出的LED灯带连接到继电器上，继电器的线圈再连接到PLC的输出模块上。程序设计部分将整个系统通过RSLinx软件进行组态，再使用RSLogix5000软件进行程序编写，分别实现扫描枪读取程序、继电器输出程序、触摸屏显示程序各个模块的功能。此外，触摸屏应用程序需要单独通过WinCCflexible2008组态软件进行组态，实现员工操作过程人机信息交互功能。

2.1 机械部分

原有照片存放料架如图1所示，照片顺序随意摆放，料架占地面积大，照片排放没有规律。现根据员工的需求，设计制造了一套新的照片存放料架，共计15×7=105格照片框，将统计的照片代码及对应照片存放按照人机工程最优的原则，分别放入对应的照片框内。如图2所示，新的照片存放料架全部采用铝型材装配而成，质量轻且结构牢固，将电控柜固定在料架的上部，方便员工读取触摸屏信息。

图1 原有照片存放料架

图2 新型照片存放料架

2.2 电气部分

本设计根据新的需求，首先需要设计铺设亮灯电路，亮灯材料使用24 V的飞利浦LED灯带。新的料架是7行15列，一共需要22个继电器进行控制，根据行正列负的原则，将同一行的灯带正极焊接起来相串联，再将同一列的灯带负极焊接起来相串联，用玻璃胶固定灯带到对应坐标的照片框下，这样就完成了灯带系统的布置。

电气部分采用十字交叉点坐标的连接方式，最大限度地减少了继电器的使用，节约了成本。将7个正极和15个负极分别接进继电器后，再将继电器的线圈触点接进PLC的输出模块，这样就可以通过程序的输出来控制灯带的亮灭。例如，当需要3行5列的照片框LED灯亮时，只需要控制PLC同时输出3行的正极继电器和5列的负极继电器线圈吸合，这样3行5列的LED灯就能亮起来。电控柜布局如图3所示。

图3 电控柜布局

2.3 程序设计部分

在电控柜完成配盘后，接下来就是程序的编写。首先是扫描枪读取程序，这一过程需要实现扫描枪录入车辆VSN信息的功能。罗克韦尔AB1769 PLC控制器模块本身自带RS232串口，本设计选用的扫描枪是西克IDM无线扫描枪，按照说明在对扫描枪进行初始化配置后，将串口连接到PLC的控制模块，同时在程序中使用ARL指令即可实现扫码读取功能。

接下来是继电器输出程序，这一过程需要在读到取条码信息后，实现输出对应照片坐标的功能。VSN的条码信息在程序里为一段16位的ASCII码，根据需要将1～4位数字和8～9位数字重新组合形成6位的车辆照片代码，新的照片代码与料架上的坐标信息一一对应。这一部分最重要的是需要建立照片代码与坐标相对应的数据库，采用如图4所示的数据库标签，HMI_BCR_Code 为一个容量1 000 的字符串标签，HMI_BCR_Code.ScanCode_Set 为6 位数字的照片代码，HMI_BCR_Code.X_Pos 为 X 坐 标 的 信 息 ，HMI_BCR_Code.Y_Pos为Y坐标的信息，数据库的录入可以用EXCEL批量导入或者通过之后的触摸屏输入。当扫描枪读取到信息时，先将信息处理成6数字位的照片条码，再通过FIND指令快速匹配数据库中的信息，最终输出对应的照片坐标信息，完成亮灯操作。

图4 数据库标签

最后是触摸屏显示程序，这一部分要在PLC和触摸屏之间建立变量连接，实现触摸屏人机交互的功能。通过WinCCflexible2008组态软件使触摸屏与PLC建立连接，将PLC的变量信息输入触摸屏，使触摸屏和PLC的变量能够互相读写，这时触摸屏就能在扫码之后完成车辆信息的显示，方便员工在拿取照片后核对信息。此外，员工还能通过触摸屏实现代码信息的录入，根据柔性生产需求灵活增加车辆照片。触摸屏设置画面如图5所示。

图5 触摸屏设置画面

在实际操作过程中，员工需要提前在触摸屏中输入所有车型代码及其对应的照片坐标，建立一套照片代码数据库。当装配车辆到来时，通过装置配备的扫描枪扫描车辆配置单上的VSN（车辆配置信息）码，PLC通过内部运算即可将对应的车辆信息显示在触摸屏上，并且该车型对应照片的位置也会亮起LED灯提示员工进行操作，在拿取完毕后员工需要通过复位按钮来熄灭LED灯确认信息。最终的照片拣选亮灯防错装置效果图如图6所示。

图6 照片拣选亮灯防错装置效果图

3 结语

随着汽车行业的进一步发展，自动化防错系统在汽车装配过程中的应用会越来越多。本文设计的是一套基于PLC和触摸屏的照片拣选亮灯防错装置，不仅简化了员工的操作步骤，节约了操作时间，还具备一定的防错功能。在现代化的汽车工厂中，总装车间是人力使用最多的工艺装配车间，如果能够多增加一些类似的自动化防错设备，将大幅减少员工在操作中的失误，提高汽车装配质量。