车身涂装底漆线控制系统集成化设计与应用

齐剑平 ，王 华 ，程 稳

（1.湖北汽车工业学院 机械工程系，湖北 十堰442002；2.东风商用车公司，湖北 十堰442040）

底漆磷化线作为汽车生产中的重要涂装线，专为确保驾驶室表面外观质量设计的，在整车质量的控制中占有举足轻重的地位。车身涂装底漆线是车身生产流水线的瓶颈，具有工艺生产不可迂回、工作环境恶劣、噪音大、腐蚀性气体浓度高、能耗大等特点。东风公司车身厂底漆磷化线是20世纪80年代从英国全套引进的流水线，该线设备一直被视作“精、大、稀、关”设备加以维护、保养。但是由于服役年限较长，加之汽车产量的不断攀升，车型的不断变化，加剧了设备的老化程度，导致该线设备故障率居高不下，严重制约了车身的生产，为稳定涂装线设备开动率，在现有条件下，改进增加一套行之有效的监控系统，使其具有人机的交互性，这就必须完成上位机与各设备的通信连接。

1 系统的改造方案

1.1 问题的提出

底漆线1楼为预处理和电泳设备，2套设备以水泵为主，共计52台。其中部分水泵需全天候开机，而为确保每台水泵的良好运行，需运行工、维修工不停的巡检每台泵，以便及时发现隐患、及时消除隐患。在没有状态监控设备的前提下，设备的老化程度加大、故障点多而广、人员的不定因数都极易造成设备事故或工件批量质量事故。

底漆线2楼主要设备是5条悬链，其中1条为储存链，4条为工艺链。磷化悬链作为东风公司的重要设备，尚无法实现上位机与PLC的通信连接，更无法实现状态监控，悬链一旦出现异常，由于整线范围大、区域广，排除故障较耗时，无形中延长了设备停工。每年磷化悬链故障所占全厂流水线的设备停工台时的比例较大（约占20%），严重影响了正常生产。

1.2 系统的改造方案

1.2.1 提升悬链控制部件的性能

磷化2楼悬链的控制部件是基于Omron C200H系列的PLC控制组件，控制核心CPU01模块功能单一，不具备最基本的串口通讯能力。程序维护采用手持编程器，显示屏小，操作繁琐。现将PLC升级为C200HE系列CPU42型［1］，它具有标准的串口通讯能力，扫描周期更快，同时配合Omron系列 PLC 专用工具软件 CPT、SSS［2］等。极大的方便了日常软件维护工作，并可以动态、人机大屏幕交互方式显示I/O各点的变化，同时也为上位机提供强大完善的监控基础。

1.2.2 开发全线的动态监控系统

利用上位机及电视画面实现底漆线的动态监控。系统采用工业控制微机为主导的控制方法，兼顾PLC、视频矩阵控制为辅的集成控制方式，完成全线设备多画面的实时监控。另外采用电视机完成悬链上9个关键故障点的动态显示任务，9个画面可转换为4个、1个画面，并可设置滚动显示、任意切换画面。

1.2.3 实现开关量的数据采集

上位机加装I/O板，主要针对未使用PLC的预处理系统中，无法通过PLC的通讯能力实现与上位机的联系，通过增设4块I/O板，对中控台内现有的开关量进行数据采集，使电泳预处理设备的状态能很直观的反映在终端显示器上。

2 系统设计实现方法及效果

系统中工控机承担了现场数据采集、故障分析、动态图形显示、视频显示、数据处理、与PLC间的数据通讯等任务（图1）。这里选用上位机配置为研华、P3/1G、21显示器。

图1 拓扑结构图

2.1 PLC与上位机网络通讯的实现

2.1.1 接口实现

悬链升级后使用的PLC（Omron C200HE)具有标准的 RS－232 通讯端口［3］，可以与上位机的通讯端口 RS－232、RS－422 （RS－232<－－＞RS422 适配器）。由接口标准的差异比较如表1所示。

表1 接口标准的差异比较

由此可知，RS232总线的工作方式为非平衡，在干扰和长距离时，传输数据不准确，从而速率下降，对于扩展性来说，RS232只能点对点传输，而RS422就更加灵活，多点传输。

为实现更高的稳定性，更长的传输距离,更好的可扩展性,更大的传输率，同时满足未来发展的需要，RS422总线方式更合适，而PLC提供的是RS232接口，由RS232与RS422的电气特性比较如表2所示。

表2 RS232与RS422的电气特性比较

虽然RS422是RS232的升级版，但存在很多不相兼容的地方，所以实现PLC的RS232与上位机 RS422 的通信，就必须使用 RS－232<－－＞RS－422适配器相连接，以完成PLC与上位机的互通。

2.1.2 数据通讯实现

系统对通讯方式没有过多的要求，所以采用一种既优化又经济的通讯方式，即Hostlink系统［4］，该系统是将上位机链接通信通过在上位机和PC之间交换命令和应答实现的，一次交换传输的命令或应答数为一帧，最多包含131个数据字符，其命令格式如图2所示。

图2 上位机和PC之间的交换命令格式

Hostlink系统允许一台上位机通过上位机链接命令向Hostlink系统的PLC发送命令，PLC处理来自上位机的每条指令，并把结果传回上位机。

上位机监控：上位机可对PLC的程序进行传送或读取，并可对PLC数据区进行读写操作。

双重检查系统：所有通信都将作奇偶检验和帧检验，从而能估计出通信中的错误。

2.1.3 上位机与视频信号的实现

一方面由现场9路摄像头采样悬链9个视频关键点，由9路画面分割器输出在TV上，作为主要监控

另一方面将9路采样视频关键点由10路画面转换矩阵器输入到上位机的视频卡中，通过视频播放软件进行辅助监控，其图像控制由矩阵器提供的控制接口RS－485与上位机的RS－232来完成的，由于接口特性的差别如表3所示。

表3 RS-485与RS-232的电气特性比较

这里使用（RS－232<－－＞RS－485 适配器）,以达到电气特性匹配。

上位机的图形显示是经过计算机处理的，反映底漆线现场设备的画面，着重反映“面”。而电视监视系统是直接反映2楼现生产的状况悬链运行的状况，着重反映“点”。在悬链关键点及设备故障多发点安装了9个摄像头，来直观的反映设备现状。如4#链2个驱动站、悬链与悬链间的转挂点、4#积放段拐弯处、4#链护网大下坡处等几个关键点。通过九画面分割器来随意选择、切换画面，九画面、四画面、单画面均可滚动显示。

2.1.4 开关量采集实现

对于现有中控室内的开关量进行采集，终端板卡为PLCD－880，该卡为数据采集提供方便可靠的信号配线，而采集卡选用PCL－733，不仅其具有32个2500VDC隔离保护的输入通道，在工业应用上运行非常稳定，同时对每个通道都预留电压保护。将开关量分段接入在终端板卡上。

2.2 系统功能的实现

本系统成功的解决了多种信号组织和传递，最终由计算机统一处理，并集中显示、报警、控制，实现了全方位、动态的、可视化的集中处理方式。为中控台提供了提前发现故障，显示了故障的形成、发展、停机的全过程，为设备的快速维护修复，提供了有利保证。通过PLC与上位机直接通讯，使得上、下位机贯通一体，从而实现远距离监控，由于内部的程序存储空间增加，也为进一步的悬链同步系统开发，在硬件上创造了条件。悬链PLC程序的在线编程及辅助维修的功能。

上位机可读取PLC完整的程序，并可进行在线编辑修改，还可利用在线的程序梯形图迅速排查悬链的电气故障。在梯形图上，哪一个输入条件不满足导致无输出，一目了然。

2.3 车身涂装底漆线改造效果

中控台的中央监控功能得到加强，在中控台实现了底漆车间悬链、电泳、预处理3套主要设备系统的集中动态监视（图3）。操作人员在中控台足不出户即可全览车间设备的运行状况及生产现状，由于消除人为误操作的可能和巡检的不及时，电泳预处理设备的故障下降60%以上。悬链系统采用关键画面（图4）的索取，亦可通过电视画面和计算机图形显示及时掌握设备信息，及时发现故障，防止故障的扩大化，利于发现设备隐患以便及时维护。如：1）高空驱动站的电机、减速机的运行状况；2）停止器及行程开关动作是否异常；3）积放段的记数与实际是否相符等等。画面为排除故障提供了科学有效的依据。

图3 主要设备系统的集中监视

图4 悬链系统界面

3 结束语

通信系统的完成打好了监控系统的基础,使得监控系统能够完成一系列的外围集信号采集、故障诊断、图形处理。系统通过上位机即工业控制计算机结合其他外围设备的具体应用，以简单,多方面的设计，来真实表述底漆线在生产中的全部动态过程。系统投入运行后，可以实现了设备及生产的动态管理。监控系统的应用，是对传统的事后维修的管理模式的重大改革。

［1］ 可 编 程 序 控 制 器 编 程 手 册 ［K］.C200H/C200HG/C200HE1997.

［2］ 廖常初.PLC编程及应用［M］.北京：机械工业出版社，2002.

［3］ 王永华.现代电气控制及PLC应用技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2003.

［4］ 俞忠厚，陈一民.工业过程控制计算机系统［M］.北京：北京理工大学出版社，1995.

［5］ 林 华，宋世发.一类上下位机控制系统的仿真设计［J］.湖北汽车工业学院学报，2008，22（11）：48－50.