基于无线通讯技术的卡车变速器试验线控制系统的设计

2015-05-11王信野陈书宏杨仁枫郑德超

制造业自动化 2015年23期

关键词：无线通讯试验台道岔

王信野，陈书宏，杨仁枫，郑德超

（中国科学院沈阳自动化研究所，沈阳 110016）

基于无线通讯技术的卡车变速器试验线控制系统的设计

王信野，陈书宏，杨仁枫，郑德超

（中国科学院沈阳自动化研究所，沈阳 110016）

0 引言

近年来，随着我国工业水平的快速发展，人们对于卡车性能要求也不断提高。变速器是卡车零部件的重要组成部分，变速器生产厂家不但对装配水平的要求提高，而且对于变速器的测试水平也有所加强，所有变速器生产厂家对于变速器试验线在物流运输，气密检测，试验测试，错装返修，试验数据上传等方面提出了更高的要求。

本文主要介绍某公司变速器装配车间采用空中自行小车悬挂输送系统的物流形式，基于无线通讯技术的变速器试验线的控制系统的设计。应用西门子SCALANCE W无线通讯技术、倍加福RFID射频技术等，达到试验线的各个工位自动识别，试验数据自动上传，变速器与试验数据一一绑定，道岔自动切换的设计要求。

1 试验线的工艺布局及设计目标

1.1 工艺布局

某卡车变速器生产公司某种型号变速器试验线主要采用空中自行小车悬挂输送系统。工艺布局主要由注油和排油工位，气密检测系统，试验台检测系统，返修工位，综合性能检测系统，上线和下线工位，附件装配工位构成。工艺流程如图1所示。

图1 试验线工艺流程

图2 实际轨道路线图

1.2 实际轨道线路设计

如图2所示，本试验线系统，主要由4台空载试验台，1台综合检测机组，1套注油排油过滤循环系统，1台气密检测系统，几个辅助工位构成，7个轨道线路切换道岔，12台空中自行小车构成。每台空再试验台测试试验需要10分钟，根据装配线生产节拍要求每3分钟下线一台箱子，所以在实际轨道线路设计时采用并行4台试验台同时工作的布局，每台试验台工位进口和出口各放置一个轨道切换道岔，进行轨道切换，达到实际项目的设计要求。

1.3 设计目标

根据上述的实际工艺布局来建立起运行可靠，方便维护，数据可上传的一套控制系统是很有必要的。通过西门子无线通讯技术，将自行小车，各个测试系统，各个工位与试验线主控系统建立联系，实现信息交互。本条试验线控制系统主要实现以下功能：

1）自行小车自动运行，携带挂钩自动升降，人工微调落位；

2）工位传感器识别，各个测试系统自动运行测试；

3）自行小车通过RFID自动识别各个工位信息，并且测试数据与每台箱体进行绑定，上传上层管理系统，实现每台变速器测试数据可追溯；

4）主控系统通过触摸屏可以监控每台自行小车及各个测试系统工作状态及故障报警信息；

5）控制系统确保快速稳定运行，实现各个工位运行节拍为3分钟以内。

通过上述功能的实现，达到提高试验线自动化水平，减少人为因素对测试过程的影响，提高生产效率的目标。

2 控制系统的设计与实现

试验线控制系统主要由主控系统和自行小车控制系统构成。

2.1 主控系统的设计

试验线主控系统主要功能：

1）通过自行小车反馈的位置信息，进行逻辑判断，控制自行小车电葫芦链条升降，行进电机运行与停止；2）控制轨道线路切换道岔弯道与直道位置切换；3）通过各个测试台上传的数据与每辆变速器进行绑定，通过以太网上传到上层生产管理系统；

4）对小车状态，位置信息，滑触线供电系统，道岔切换位置进行监控和故障诊断报警。

为了实现上述功能，主控系统采用西门子最新一代PLC S7-1500 1516-3PN为控制核心，HMI TP-1200为人机交互界面，西门子无线通讯SALCANCE W788-1PRO为主控系统的接入点（AP），SALCANCE W744-1PRO为从站系统的客户端构成以太网无线通讯网络，试验线各个工位采用离散分布的形式，自行小车通过RFID射频设备识别每个工位上的RFID载体信息，然后将信息上传到主控PLC，主控系统根据载体信息来判断自行小车实际位置。主控系统基于SALCANCE W无线通讯网络结构图，如图3所示。

图3 主控系统基于SALANCE W无线通讯网络结构图

2.2 自行小车控制系统的设计

自行小车控制系统主要实现功能：

1）由于试验线采用离散式，工位分布通过RFID识别工位信息；

2）通过自行小车需要实现变速运行，临近工位时需要减速运行；

3）德马格电葫芦实现自动升降；

4）自行小车前后车防止碰撞。

为了实现上述功能要求，自行小车系统采用西门子PLC S7-1200 1214C为从站PLC，采用倍加福RFID IQTF116识别工位信息，通过RS-485串口与从站PLC通讯；采用西门子SALCANCE W744-1PRO客户端与主站PLC实现无线通信；采用西门子G120变频器实现自行小车运行电机变速运行，通过CU250S控制器与小车PLC实现以太网通讯；采用I/O硬件链接来解决电葫芦自动升降问题，在自行小车车头增加光电开关和车尾增加反光板来解决前后小车碰撞问题。

自行小车控制系统网络结构图，如图4所示。

2.3 试验线控制系统的实现

图4 自行小车控制系统网络结构图

控制系统的基本控制方案和硬件选择确定后，我们在西门子的编程软件博途中进行硬件组态，如图5所示。主装配线的PLCS7-1500 1516 3PN有3个以太网口，可以连接至少32个S7通讯协议从站。首先给主站PLC，触摸屏和从站PLC分配IP地址192.168.0.1到192.168.0.20，主站PLC以太网接口与SALCANCE W788-1PRO连接，从站以太网口与SALCANCE W744-1PRO连接，并且通过西门子专门的无线通讯软件Firmware进行参数设置。然后通过串口调试软件Docklight和倍加福RFID ITQ-F116一体式读写站，向RFID载体写工位信息编号001-014。最后，通过西门子Starter软件设置CU250S控制器与从站PLC的通讯协建立联系。

图5 控制系统在博途软件的硬件组态

试验线主控系统主要分为五大模块，分别为通讯模块，道岔控制模块，实时监控模块，信息交互模块和报警模块。通讯模块通过SALCANCE W无线通讯与各个自行小车从站，各个试验设备从站建立通讯协议，实现数据交换；道岔控制模块主要是根据各个自行小车的位置信息进行逻辑判断控制轨道线路道岔切换；监控模块根据自行小车上传的信息对小车位置及运行状态进行实时监控，对自行小车滑触线供电系统进行实时监控，对道岔位置信息进行实时监控，信息交互模块根据各个试验设备试验上传数据与自行小车位置信息进行逻辑判断，将每台变速器的箱体与试验数据进行绑定，并且上传上层管理系统；报警系统主要给出自行小车通讯故障报警，变频器故障报警，道岔电机故障报警，供电系统故障报警等信息。

如图6所示，主控系统的程序流程图，首先系统上电之后进行自检，设备初始化之后，确保道岔运行到位，自行小车和各个在线试验设备与试验线主控PLC通讯流畅；然后，自行小车装载变速器开始自动运行每个工位，将试验台试验数据，气密试验数据，综合检测机组试验数据上传到下车自身携带RFID载体中，下线时统一上传给总控PLC，在进入试验台测试区时需要判断轨道道岔的位置，然后进入测试，出试验台测试区时同样需要判断运行；最后，将变速器转线到涂装线。

3 结束语

图6 主控程序流程图

论述了基于西门子SALCANCE W无线通讯技术来实现的卡车变速器试验线控制系统一种设计方式。该系统可实现变速器测试信息绑定上传，自行小车实时监控，保证试验线的稳定、快速、安全的运行，一定程度上提高了生产效率和产品的质量。目前，系统已经应用与某卡车公司的装配车间，如图7所示，卡车变速器的年产量达到6万台，为企业创造了良好的经济效益。