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| 在不同的基本生活领域中，从食品到每天都要用的日用品，天然产品非常受欢迎。而要将天然乳胶制成床垫和枕芯，生产制造过程对所采用的自动化技术也提出了很高的要求。 在瑞士北部Kanton Aargau的Foam集团公司里，一家名为Neutex的生产厂专门生产100％天然乳胶床垫和枕芯。如今，他们的生产能力有了进一步的扩大，一条全新的高度自动化生产线已经投产。在生产乳胶床垫时，企业要逐步将清洁剂及硫化剂与天然乳胶混合在一起，在天然搅拌罐中搅拌均匀（图1），*后再放入日常存储罐中。 根据所需床垫的硬度，连续式搅拌机为每个床垫输送需要量的乳胶混合材料。搅拌机搅拌着天然乳胶，使其成为富含大量空气的泡沫，*终浇注入床垫模型中（图2）。在链传动机构的驱动下，浇注后的模型开始在两层楼中巡回传送。在床垫完成分割定型之后，升降机把模型抬起，乳胶床垫被运送至橡胶硫化隧道进行熟化，此步操作可使乳胶床垫得到其典型的弹性结构。此后，另一个升降机将提升到二楼的床垫再送到楼下，由两名包装工人将温度大约80℃的乳胶床垫从模具中取出（图3），再送到旁边的车间进行清洗、烘干和二次硫化。
乳胶床垫这一生产过程只有在人与设备良好的配合过程中才能完成。其巡回周转流程共有60个单独的工位（图4）；理论上，这些工位几乎每时每刻都有一个床垫浇注模型。若整个巡回过程中某一工位产生延时，将会引起整个生产过程的停顿。若床垫在硫化室内停留的时间过长，则有可能因硫化时间过长而成为废品——床垫过脆，不柔软。哪怕整个生产线只停止了几分钟，也能够令一整批床垫报废，而且床垫模具也必须进行费时费力的彻底清理。因此，为了避免这样的费用支出，企业需要一个可靠的自动化控制方案。 Neutex公司的领导人和设备改造项目负责人Alfred Michel先生表示：“由于我们在老设备中已经成功地应用了电子技术，因此我们在这一项目的控制系统选择时仍然选择了Flaach自动化技术公司。”Flaach公司是一家开关设备和控制台领域的专业生产厂。他们的技术服务中还包括了SPS可编程序控制系统和可视化系统的软件制作。 为应用于天然乳胶床垫的自动化生产线，Flaach自动化技术专业公司确定了使用SPS可编程序控制器、触摸屏和与OMRON公司变频器。之所以选择OMRON的变频器，是因为许多应用场合都证明了OMRON变频器是坚固耐用而又可靠的变频器。同时，该产品赋值非常容易，可以通过Devicenet网络与上一级以太网连接。“这对我们来讲是非常重要的，因为仅在浇注模具的巡回周转中就有26个变频器”，项目组中的电子技术负责人Patrik Atzrodt先生表示。 在此处应用中，OMRON变频器的微型结构设计方案显示了极大优势：由于其允许用户在中央控制的编程和配置环境中利用CX-One，通过网络对SPS、HMI和驱动系统进行操作，还能够建立传感器的配置方案，进行参数配置和编写控制程序。如此一来，系统的配置费用明显降低。例如在床垫生产厂中，所有的变频器都能通过Devicenet网络、SPS可编程序控制器和以太网的触摸屏进行控制（图5），及时显示床垫生产线的当前状态——驱动系统的工况、电流、电压，以及扭矩等。
传感器监测整个生产过程 为了避免床垫模具在巡回转换的过程中发生碰撞，Neutex公司使用了150个传感器对模具运动的位置进行监控。若生产线必须进行短暂停止，则在下次起动时生产线会自动同步校正，确定各个床垫模具的位置，并按照正常的次序继续周转。在Devicenet的协助下，电气控制的布线工作量明显减少，在长、宽外型尺寸约为40m×6m、高度约为5m的整个生产线中，所有电缆的长度仅有几千米。所有的传感器和信号发射器都采用了分散配置方式，利用了被称之为Smartslice的智能化分布式I/O系统汇集在一起进行通信。整套设备中安装了3个现场分电器盒，在这些分电器盒中，所有Smartslice智能化分布式I/O系统和变频器控制系统都能与Devicenet网络进行连接。SPS可编程序控制器可令整个设备与以太网相互连接，从而企业省略了费时费力的点对点电缆连接。 Neutex公司对自动化技术专家的决定，以及对使用OMRON公司的元器件感到非常满意，同时，公司愿意随时再次使用他们的产品。除了上面讲到的原因之外，还有一点也是非常值得一提：尽管在项目的实施过程中不时地有些改动，但控制技术解决方案始终都没有受到影响，并且还做了许多的补充改进，例如系统增加了一个变频器等，在使用了Devicenet网络技术之后，一切事宜都显得更轻而易举了。 |
传统发动机装配线大多采用手工方式记录装配过程重要参数。目前，多数国内发动机制造厂使用一种纸质跟踪卡片，每一台发动机上装配线前根据不同型号选择不同的纸质跟踪卡片，或用一种通用的纸质跟踪卡片以菜单形式由操作者记录不同型号发动机的控制要点，跟踪卡片固定在发动机上或装配托盘上。这种方法往往由于工艺流程长并且每个记录由不同的操作人员负责，导致发动机装配记录准确率低，并不易保管和统计。随着汽车召回法规的实施，汽车厂和发动机厂实施装配信息采集技术更加迫切。据我们了解，国内的设备制造商和软件公司完成整个装配线的信息采集系统经验不多。本文结合道依茨（一汽）大连柴油机有限公司规划设计的装配线，重点介绍生产线数据采集系统在装配线的现场实际应用。
装配信息采集技术规划
在装配线规划前，我们考察德国一家工厂装配线信息系统，这个工厂产品主要销售欧美市场，为满足美国及欧盟召回法规规定，装配线上采用了完善的计算机数据采集系统和信息管理软件，建立每台发动机终生质量信息档案。点击该发动机的终生质量信息档案可以清楚地看到：发动机的零件清单、零件的供应商、每次质量改进零件状态、发动机维修图、工序操作者代码、装配线工位测量记录以及售后维修记录等，全部信息都集中在该公司的ERP系统上。我们在该公司看到有两条流水线，一个是发动机装配流水线；另一个是通过ERP将销售、产品、标准、生产、工艺、质量和服务联系起来的管理流水线。
在国外工厂方案的启发下，我们在装配线规划时提出了使用装配信息采集技术来保证装配质量。规划方案包括PLC总线网路、数据采集系统、生产线信息系统和ECU数据管理系统（见图1）。
图1 企业信息系统规划
1．PLC总线网络应用
PLC总线网络是装配信息采集系统的基础，全部的基础数据来源于该系统。我们的PLC总线网络采用现场总线区域控制方式，通过现场分布I/O统一控制装配线的运行及完成各工位间的通信。为实现自动数据采集，装配线每个托盘带有一个数据码块，在需要有自动记录数据的工位装有无线读写头，托盘的数据码块和无线读写头只要在一定区域即可以实现无线通信，数据码块信息定义在发动机上线时，定义的内容来源我公司ERP系统开发的标题文件，托盘码块定义数据格式如表1所示。
表1 托盘码块定义数据格式 
在自动工位通过读取托盘码块发动机类型代码（表1中第1项），设备自动调用针对该型号发动机操作子程序完成发动机自动装配。对于需要上传质量数据工位也是通过数据码块将发动机流水号（表1中第4项）与对应的质量数据进行关联并上传。专用的测量工位我们一般使用光栅尺传感器或扭矩传感器，先将测量数据传给上位计算机，上位计算机通过专用软件处理后以标准通信协议发给PLC。发动机装配生产线电气系统由13台Siemens PLC300组成，这13台PLC组成PLC控制网络（见图2）。
图2 PLC及其网络
PLC采集发动机参数值储存在DB模块上，通过DB模块传给数据采集系统服务器，两个系统通过ISO3964通信协议进行信息交换。
2．数据采集系统应用
数据采集系统是实现对装配生产线13个PLC进行监控的计算机服务器。系统用以太网方式与13个PLC连接，完成装配线上的信息采集、工位监控等功能。编程软件是在西门子公司WINCC基础上二次开发的，整线监控画面（见图3）是对整个生产流水线的图例，可以了解所有工位的当前状况。
图3 监控画面
该系统可以随时以发动机流水号或生产日期等不同方式检索发动机的质量记录，也可以对系统采集的任意一组质量数据进行统计和分析。每天质量记录定时用数据库文件形式上传给我公司的售后服务器，对于有权限的用户可以使用远程网络进行数据查询。
3．生产线信息系统应用
发动机生产线信息系统是生产线信息处理和控制的软件系统，系统不但具有对数据采集系统的数据进行处理的功能，还实现了生产订单的管理，发布电子工艺卡功能。系统主要实现了基于B/S结构的信息发布和管理功能，所有数据处理、任务控制等都在生产线信息系统服务器上实现。在生产线的两侧，有20个可以发布生产线信息的终端PC机，每个终端PC通过获取生产线信息服务器上的信息，显示本地工位上的电子工艺卡和安装部件信息。
图4 电子工艺卡
系统通过企业ERP网络接收生产订单、对应机型电子装配工艺卡，信息的发布过程是由生产线PLC传递的机型为索引进行对应发布，图4所示为一个工位的电子工艺卡。操作者从电子工艺卡上可以了解到发动机的订单号，装配的零件数量、名称和技术要求等信息。数据采集系统服务器、发动机生产线信息系统服务器及每个工位PC之间在装配过程中都需要按设计的步骤进行信息交换。图5所示为两个系统和工位PC的网络拓扑关系。为保证控制数据传输的稳定性，数据采集系统服务器与发动机生产线信息系统服务器之间通过网络对接线反线连接，从而使发动机生产线信息系统服务器与数据采集系统服务器及PLC系统的数据具备交互功能。
图5 两个系统和工位PC的网络拓扑关系
4．ECU数据管理系统应用
ECU数据管理系统是服务于电控发动机生产的重要系统，硬件是ECU数据管理服务器及ECU编程电脑。ECU（Electric Control Unit）是发动机中央控制的核心部件，需要装配过程中采集部分装配数据来补偿ECU的相关参数。我们的ECU有3个型号满足不同需求的发动机，每个系统都有不同的补偿方法，补偿数据写入ECU可以使发动机达到性能的**状态。发动机上装配线时进行ECU类型定义并写入托盘数据码块中。表2是ECU类型定义表和数据补偿信息的分类。
数据补偿信息来源于生产线上的数据采集系统和PLC交互的数据，同时在系统中保存对应机型的生产文件列表和生产文件，生产文件是一种写入发动机ECU专用程序，一旦发动机进入监控工位，系统自动从数据库中取出已经采集完成的补偿参数据，并结合发动机流水号、ECU生产文件名生成ECU所需格式文件。不同系统的ECU格式文件后缀不同，系统根据文件后缀差异将格式文件分配不同文件夹内。我们生产线设有5台ECU编程电脑，不同型号ECU使用不同的编程电脑。ECU服务器和ECU编程电脑采用微软平台映射技术，操作工人可以在ECU编程电脑获得服务器上映射生产文件和格式文件，并用ECU写入软件将补偿信息和生产文件写入ECU电控单元内。数据写入成功后，与该数据对应的补偿文件自动上传到企业的售后服务器。