数据螺栓系统在汽车发动机缸体生产线应用设计

2021-10-29刘兵峰

小型内燃机与车辆技术 2021年4期

刘兵峰

（台州滨海吉利发动机有限公司浙江台州 318000）

引言

汽车发动机缸体是汽车发动机的3 大核心部件之一[1]，生产成本较高。目前，各大汽车发动机企业都自己生产缸体以满足发动机生产需要。但是缸体生产工序多，过程复杂，需要的生产设备多样，给整个生产过程自动化带来了不少压力。特别是大批量生产时，生产过程追溯[2]、工序之间的防错功能都需要实现。所以，缸体上采用数据螺栓至关重要，只有采用数据螺栓，才能在各工序中进行数据传送，实现过程追溯和各类防错功能。本文说明了数据螺栓系统组件选型、硬件系统组成原理、软件功能模块设计及其与各设备通信控制原理，介绍了数据通过处理器单元在数据载体和读/写头之间传输到控制器，实现缸体全自动化智能化生产。

1 数据螺栓选择

数据螺栓是缸体生产过程的数据传送载体，缸体生产过程中，各工序通过读/写头在数据螺栓上进行数据读/写。数据螺栓的设计要求是：安装在缸体侧面，不影响加工，方便安装在其它所有设备上的读/写头进行信息读/写，充分考虑发动机缸体的加工环境。本文所用的数据螺栓选择巴鲁夫公司的射频系统中的数据载体，型号是BIS M-143-02/A-M8，使用13.56 MHz 的高频（HF），符合DIN ISO 15693 和/或DIN ISO 14443 的标准。见图示1。

数据螺栓的技术参数见表1[3]。

表1 数据螺栓的技术参数

图1 数据螺栓结构

根据表1 的技术参数，此数据螺栓完全满足加工中心和清洗机等恶劣的工作环境，适合所有发动机企业生产环境使用要求。

2 数据螺栓读/写头

数据螺栓读/写头需要安装在生产线各工序设备进口和出口处，主要进行上工序完成情况数据读取以及本工序完成情况数据写入，本文的数据螺栓读/写头采用巴鲁夫公司的射频系统中的高频读/写头，型号是BIS VM-344-401-S4，使用13.56 MHz 的高频（HF），符合DIN ISO 15693 和DIN ISO 14443 的标准。见图示2。

图2 数据螺栓读/写头结构

此数据螺栓读/写头的技术参数见表2[4]。

表2 数据螺栓读/写头技术参数

根据表2 的技术参数，此数据螺栓读/写头完全满足各工序设备进出口使用要求，适合所有发动机企业生产环境使用要求。

3 数据处理器单元

数据处理器单元处理由读取头记录的数据，并将数据中继到与PLC/PC 通信的工业现场总线。本文所应用的处理器单元，型号为BIS V-6102-019-C001，可以一次操作多达4 个读取头。见图3。

图3 BIS V-6102-019-C001 型处理器单元

此处理器单元的技术参数见表3[5]。

表3 BIS V-6102-019-C001 型处理器单元技术参数

4 系统硬件组成

整个系统由数据螺栓、读/写头、数据处理器和PLC CPU 组成。

读数据原理：读/写头通过13.56 MHz 的高频（HF）射频通信读取数据螺栓内数据，通过RS485 串口通信传送给数据处理器，数据处理器处理数据后，通过Profibus 总线发送给PLC，PLC 通过程序控制判断使设备执行相应的动作。

写数据原理：PLC 通过Profibus 总线将工序完成的数据发给数据处理器，数据处理器通过RS485 串口通信将数据传送到读/写头，读/写头通过13.56 MHz 的高频（HF）射频通信对数据螺栓进行写数据。见图示4。

图4 数据螺栓系统原理图

5 软件配置及PLC 程序

整个数据系统主控方是设备PLC CPU，PLC 程序需要对数据处理器进行软件组态，通过Profibus DP 总线通信，PLC 增加从站，并定义数据地址用来实现数据传送，通过编程最终实现数据读/写功能。软件组态配置见图5，PLC 程序块见图6。

图5 软件组态配置图

图6 PLC 程序块

6 数据螺栓内部数据

数据螺栓数据内容规则：首先定义编程的PLC数据地址及格式，再根据地址和格式配置相应的数据内容。

数据内容主要包含线体编号、操作编号、机床编号、主轴加工的工件、中间过程状态、最后的操作号、生产时间、工件完成的状态。如1-没有工件、2-工件合格、3-工件不合格、4-加工测量件、5-未加工测量件、6-间隔测量、7-换刀后的一个工件、8-返修件等。见图7。

图7 数据螺栓数据分布图格式示例

7 数据螺栓过程追溯及防错

生产线设备运行过程中，如OP10 工序工件加工完成后，会将工件信息通过PLC 传送写入数据螺栓，工件信息对应数据定义的地址和内容进行写入；当工件流入到OP20 工序时，首先会对数据螺栓进行读取数据工作，如工件状态是否合格、最后操作号是否为OP10。只有满足要求，才允许OP20 进行加工，防止OP10 未加工完成工件流入OP20，导致机床撞击和发生设备故障。同时，可以通过手持数据读/写器对线体上的所有工件进行数据查询和追溯，方便问题工件快速锁定及返修处理。