一种虚拟队列信息的应用

于磊

摘 要：虛拟队列，即在汽车生产线的首个工位增加扫码装置对车身码进行扫码，生产线在运行过程中车体随着工位的变化把对应的车体信息顺次的传递到相关工位，产生一个虚拟的车身码信息，此信息共享给线边的设备，线旁设备无需再进行车身码扫码，消除人员步行时间和多余动作浪费，有效的提升生产效率。

关键词：虚拟队列 扫码装置 车体信息

An Application of Virtual Queue Information

Yu Lei

Abstract：Virtual queue，a code scanning device is added to the first station of the automobile production line to scan the body code. During the operation of the production line，the body of the car body will sequentially transfer the corresponding body information to the relevant workers according to the change of the station. It generates a virtual body code information. This information is shared with the line-side equipment. The line-side equipment does not need to scan the body code. This eliminates the waste of walking time and redundant actions and effectively improves production efficiency.

Key words：virtual queue，code scanning device，car body information

1 引言

随着新能源汽车的快速发展，新能源汽车领域越来越多的渗透着整个制造业，中国在新能源汽车的制造领域独占鳌头，近些年一些传统汽车制造企业和造车新势力群雄而起。而新能能源汽车的制造中，法规要求比传统燃油车更为严格，尤其是环保件和三电系统（电池、电机和电机控制器）的追溯系统，需要对汽车零部件和白车身进行信息的绑定，需要完成更多的信息扫码装置，手动扫描信息已经影响了生产效率和工人的劳动强度，需要一种全新装置取代人工扫码，提升生产效率，且要实现企业低成本高价值的价值观，虚拟队列信息概念由此诞生。

2 技术背景

目前汽车总装车间生产线包含内饰一、内饰二、底盘一、底盘二、最终线和部装线6个工艺段，每个工艺段包含定扭电枪、灯光拣选等需要车身码信息设备，各工位获取车体信息的方式为单独增加扫描枪，整体投资高，且存在人员操作时间浪费，需要设计一种新的方案，取代扫描枪和人员操作，且成本要低于现在的方式。

3 基础框架组成

设计一种集中扫码装置完成信息的扫码，随着生产线的运行，车体信息随着白车身传递到对应工位，使用协议转换模块把车体信息转换为串口协议取代扫描枪接口，如图1所示（虚拟队列框架图）：

（1）上位机系统：对车体信息实时显示，发现车体信息错误时进行信息校准;

（2）PLC：现场扫描枪接入，信息收集和信息下发给现场设备;

（3）协议转换模块：把扫描枪的串口数据转换为PLC的EtherNetIP协议;

（4）扫描枪：车体信息扫描;

（5）协议转换模块：把PLC的EtherNetIP协议转换为扫描枪的串口数据;

（6）定扭电枪：现场设备。

4 虚拟队列信息的建立

a）扫描枪使用sick品牌IDM260-100H RS-232 kit（订货号6050057），手持扫描枪使用蓝牙与底座进行数据传输，底座通过RS-2323 cable与NT50-RS-EN模块通讯，把扫描枪扫到的车体数据传递给协议转换模块;

b）协议转换模块NT50-RS-EN，把扫描枪的串口数据通过内部协议转换为EtherNetIP协议，把数据传递给现场网络层;

c）EtherNetIP协议，车间级现场网络，使用AB1756系列PLC进行通讯，使用1756-EN2T网络模块管理现场网络;

d）PLC，对传递的信息进行队列传递排序，并根据现场工位信号把信息传递到每一个物理工位，并把对应的物理工位车体信息传递给该工位的线旁设备（本例中对应的定扭电缆枪）;

e）协议转换模块NT100-RE-RS， 接收PLC传递改物理工位的车体信息，并把EtherNetIP协议转换为串口协议，通过串口把信息传递给定扭电缆枪;

f）定扭电缆枪（线旁设备），接收虚拟队列信息，执行相关的程序执行。

g）上位机系统，通过公司级网络层和PLC进行通讯，管理虚拟队列信息，并可校准队列信息。

5 队列信息配置流程

a）扫描枪配置，包含扫描方式和通讯波特率等;

b）协议转换模块配置方法：

IP地址设置：网关的默认IP为0.0.0.0，进行通讯前首先要通过Ethernet Device Setup软件手动设置一个IP地址。这样，才能进行下一步通过SYCON.net下载配置文件。打开Ethernet Device Setup软件，单击Search Devices按钮，显示已经找到的网关，单击Configure按钮，选择Set IP Address，弹出设置IP地址对话框，在此对话框中设置网关的临时IP地址，完成后单击OK，此时，网关的IP地址已改为设置的地址，也可再次单击Search Devices按钮进行检查，关闭Ethernet Device Setup软件，完成网关IP地址设置。

网关参数配置：打开 SYCON.net 配置软件，在软件界面右侧选择Fieldbus栏，将“Ethernet/IP”“Gateway / Stand-Alone Slave”文件夹展开，将NT50图标拖放至界面中间的灰线处，双击该图标，弹出配置对话框，选择“netX Driver”栏中“TCP Connection”页，确保“EnableTCP Conector”前已经打勾（打勾后需重启软件），单击蓝色加号，添加进行扫描的IP 地址。如果仅连接了一个网关，设置在Ethernet Device Setup软件中设置的网关IP 地址;更多情况下，连接了多个网关，此时可以设置一个IP网段，完成后单击“Save”保存。选择“Device Assignment”栏，单击Scan按钮，扫描到网关硬件。勾选该网关并单击Apply按钮保存。选择“Settings”栏，Port X2选择Modbus RTU协议，Port X3选择Ethernet/IP Adapter协议。选中对应的Available Firmware，单击右侧的Download 按钮，下载对应的固件。固件下载完成后，单击OK 按钮退出该对话框。注：下完固件后，软件中会弹出警告对话框，这是因为下载固件后把原来设置的IP 地址擦去了，此时需要用Ethernet Device Setup 软件为网关重新设置IP。右击网关图标，选择“Configuration”“Ethernet/IP Adapter”，弹出对话框，设置网关作为EtherNet/IP Adapter 的参数。去掉DHCP 前面的打勾，在IP Address 及Netmask 后面的Enable打勾，设置网关EtherNet/IP 通讯的IP 地址（建议与前面设置的IP 地址相同）及输入输出字节数。设置好之后单击OK 按钮保存并退出对话框。右击网关图标，选择“Configuration”“Modbus RTU”，弹出对话框，设置网关作为Modbus RTU通讯主站或从站，站地址，及串口参数，如：串口类型、波特率、奇偶校验等雙击网关（或右击网关，选择“Configuration”“Gateway”），弹出对话框，选择“Signal Mapping”项，进行数据映射，10） 数据映射的一般规则是总是把标有 Receive 的数据映射至标有Send 的数据，Receive 的方向是网关上某一个接口接收数据，Send 的方向是网关上另一个接口发送数据。可以通过Ctrl 键或Shift 键选中多个Receive 数据。当把Receive 的字节型（Byte）数据映射给Send 的字型（Word）数据时，必须选中两个字节的Receive 数据;当把Receive 的字型数据映射给Send的字节型数据时，软件会自动将一个字的Receive 数据映射至两个字节的Send 数据。至此，完成了网关的所有配置。右击网关，选择Download 将配置文件下载到网关中。根据所下载的固件和配置文件，网关就可以根据这些参数开始工作。

c）PLC配置方法：

导入网关的EDS 文件，在5000 软件里面能直接找到NT50，设置NT50 的IP 地址，单击Change 按钮，选择Disable Keying，数据长度则与NT50 在SYCON.net 软件中设置的长度一致。

d）硬件条件：

由于NT50模块串口接线变换，需要改变RS232接线线序，扫描枪端2-RXD，3-TXD，5-GND，NT50模块端1-GND，6-RXD，8-TXD，对应接好后连入硬件接口。

e）程序握手：

首先握手过程有一个初始化的步骤。当网关上电后，网关在Ethernet/IP PLC这边的第5个字节（前面4个字节是Ethernet/IP协议的定义，和应用没有关系，可以忽略）会自动收到OX08数据，此时PLC需要给网关输出区域的第一个字节发送一个0XC0，PLC输入区第5个字节会自动变成0xC8。这样完成初始化的步骤。可以在PLC程序初始化过程中，直接给PLC输出区域的第一个字节循环发送一个0XC0，或者在程序运行之前完成这个过程。网关完成初始化之后，PLC可以接收到串口设备的第一个数据。

f）程序逻辑：

增加1工位检测开关1，在车体进入1工位时开始扫描车体信息，如果在此开关位置检测到未接收到新的车体信息，则生产线停止运行，直至新的车体信息刷新，增加1工位检测开关2，用于传递车体信息，该开关位于开关1后方微小距离，感应此开关后车体信息在队列中位置整体移动1个位置，即队列跟踪信息完成传递。

g）防错处理：

队列进行传递时会因为信号的误触发等原因导致队列信息错误，导致整体车体信息错误，造成质量缺陷，需要做防错处理，即在每个队列的实际工位后面增加车体信息校验，在工位末端增加一把扫描枪，此扫描枪扫描数据和队列中的对应工位信息互为校验，如果出现错误生产线停止运行，使用上位机系统进行数据的校准。

6 结论

虚拟队列信息相对于单工位自动读取数据存在缺陷，但投入成本较低，配置简单，容易实现，加上具有有效的防错方法和校准措施，在制造业的生产中具有实际有效的应用价值，且可扩展性较强，投入成本低，大大降低了生产过程中存在的浪费，提升了生产效率，降低了二次投入的成本。

参考文献：

[1]《IDM读码器与Hilscher Ethernet/IP网关通讯调试》，SICK.

[2]《NT 50-RS-EN使用手册》，德国赫优讯.

[3]《NT 100-RE-RS使用手册》，德国赫优讯.