基于PLC的列车缓冲器产线总控管理系统及管理方法

摘要

本发明公开了一种基于PLC的列车缓冲器产线总控管理系统及管理方法，该系统包括部署在产线总控PLC上的产线主流程模块、工位物料管理模块及辅助功能模块，以产线主流程模块为骨架，工位物料管理模块和辅助功能模块通过相应接口程序连接到产线主流程模块，产线主流程模块保证产线正常生产流程，工位物料管理模块保障产线线边库的物料供应，辅助功能模块提供相应的订单管理及安全控制保障；产线总控管理系统还配有MES系统和立体库系统；本发明所公开的系统及方法能够直观、具体的反映产线各个流程的执行情况、各种物料的实际使用情况，使产线流程执行更加顺畅与高效，提高了缓冲器自动生产线的智能化水平。

说明书

技术领域

本发明涉及生产线管理领域，特别涉及一种基于PLC的列车缓冲器产线总控管理系统及管理方法。

背景技术

随着社会的高速发展，货运火车成为大吨位、远距离运输的首选，目前货运火车上的缓冲器生产仍为传统的人工生产，智能化、信息化、自动化程度较低，主要存在以下问题：

各个组装工序之间前后衔接不流畅，系统不能统计工序用时，节拍不够平衡；物料使用情况记录混乱，无法自动记录上传到系统；缓冲器箱体表面铸造的字符需要校验是否重复，人工查验存在漏查、错查的风险；目前压机的压力数据无法读取并记录，箱体的尺寸数据需要人工测量并记录，误差较大；组装使用的物料需要人工运到组装区域，使用完毕的空托盘也需要人工拉走、码垛，费时费力；物料型号是否正确无法确认，可能存在装配错物料的情况；箱体溯源一维码需要手动打码，然后手动贴到箱体上，效率低下。

因此，亟需针对列车缓冲器产线的总控管理系统及管理方法来解决上述问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于PLC的列车缓冲器产线总控管理系统及管理方法，以达到自动控制列车缓冲器的整个生产流程，提高生产效率以及自动化、智能化和信息化的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于PLC的列车缓冲器产线总控管理系统，包括部署在产线总控PLC上的产线主流程模块、工位物料管理模块及辅助功能模块，以产线主流程模块为骨架，工位物料管理模块和辅助功能模块通过相应接口程序连接到产线主流程模块，产线主流程模块保证产线正常生产流程，工位物料管理模块保障产线线边库的物料供应，辅助功能模块提供相应的订单管理及安全控制保障；所述产线总控管理系统还配有MES系统用于提供工单管理支持，配有立体库系统用于提供物料管理支持；

所述产线主流程模块包含：产线开工单元、申请派工单单元、物料用料报工单元、保存派工单单元、溯源一维码申请单元、OCR字符校验单元、尺寸测量单元、成品下线单元；

所述工位物料管理模块包含：AGV物料配送单元、物料校验单元、空托校验单元、AGV取空托盘单元、AGV满托通知单元、空托码垛单元；

所述辅助单元模块包含：产线硬件报警单元、产线软件报警单元、订单挂起单元、订单解挂单元、采集压机数据单元、安全控制单元。

上述方案中，所述产线开工单元，用于整个产线工位的开工控制，包括订单号、缓冲器型号、产量信息下发给工位；

所述申请派工单单元，在产线生产中，一个订单的缓冲器拥有一个订单号，每台缓冲器拥有一个独立的工单号，每个工单在每个工位上拥有唯一的派工单号，用于记录工位在组装的缓冲器的身份信息；

所述物料用料报工单元，用于工位上报组装一台缓冲器使用的物料数量；

所述保存派工单单元，用于工位在完成一台缓冲器的组装流程后，记录合格/不合格结果；

所述溯源一维码申请单元，用于缓冲器溯源一维码的自动打印、粘贴；

所述OCR字符校验单元，用于缓冲器表面铸造的字符自动识别、校验、记录；

所述尺寸测量单元，用于缓冲器全部流程组装完毕后，通过测量专机测量缓冲器的长宽高及平行度数据；

所述成品下线单元，用于记录组装完成的缓冲器放置的位置，包括合格托盘、抽检托盘、不合格托盘。

上述方案中，所述AGV物料配送单元，用于AGV将物料或空托盘配送到线边库，以便于工位使用；

所述物料校验单元，用于物料在使用前的校验，若物料与缓冲器型号不匹配，则需重新配送；

所述空托校验单元，用于线边库托盘中的物料是否使用完毕的校验，防止托盘中有剩余料的情况；

所述AGV取空托盘单元，用于呼叫AGV取走线边库的空托盘；

所述AGV满托通知单元，用于呼叫AGV将下线位置码放满的托盘取走；

所述空托码垛单元，用于AGV取走空托盘后，在码垛机上分类别将托盘摞到一起，以方便循环使用。

上述方案中，所述产线硬件故障单元，用于监测产线所有硬件设备的故障信息，并提示检修部门；

所述产线软件报警单元，用于产线正常生产过程中可预见的一些故障及错误处理，并通知产线管理部门；

所述订单挂起单元，用于将正在进行生产且未结束的订单暂停，将数据保存，以便于临时启动另一型号的缓冲器生产；

所述订单解挂单元，用于系统中保存的、未生产完毕的订单再次启动，系统将延续挂起时的缓冲器型号、派工单号信息继续生产；

所述采集压机数据单元，用于采集压机压装弹簧时的压力-位移数据，判断弹簧质量是否合格；

所述安全控制单元，用于控制高风险设备的紧急停止，通过安全元件的状态控制高风险设备的紧急断电。

一种基于PLC的列车缓冲器产线总控管理方法，包括如下步骤：

(1)总控PLC通过产线开工单元下发产线开工指令；

(2)申请派工单单元开始申请派工单，一工位收到派工单后启动，将缓冲器箱体由托盘上抓取，并运动到OCR相机面前；OCR相机扫描到箱体表面铸造的字符后，OCR字符校验单元开始OCR校验，完成后将缓冲器箱体放在转盘上，此时溯源一维码申请单元开始申请溯源一维码打印，并粘贴到箱体上；粘贴完毕后一工位工作完成，此时物料用料报工单元开始进行物料用料报工，将使用的缓冲器箱体数量上报至总控PLC；然后保存派工单单元进行派工单的保存；

(3)缓冲器箱体通过转盘转移至二工位，申请派工单单元开始申请派工单，二工位收到派工单后启动，由人工组装角弹簧、角弹簧座、外圆弹簧、内圆弹簧、弹簧座，组装完毕后通过按钮触发物料用料报工单元，将使用的物料数量上报至总控PLC，然后保存派工单单元进行派工单的保存；

(4)缓冲器箱体通过机械手转移至三工位，申请派工单单元开始申请派工单，三工位收到派工单后启动，压机将弹簧下压至一定的位置，在缓冲器壳体中插入销棒；在下压过程中，采集压机数据单元每0.5s记录一次压机数据，将压机的压力-位移数据记录并绘制成曲线，以判断弹簧是否合格；压装完成后，保存派工单单元进行派工单的保存；

(5)缓冲器箱体通过移载机构转移至四工位，申请派工单单元开始申请派工单，四工位收到派工单后启动，由机器人组装外固定板、固定斜板、复原弹簧、中心楔块，组装完毕后自动触发物料用料报工单元，将使用的物料数量上报至总控PLC，然后保存派工单单元进行派工单的保存；

(6)缓冲器箱体通过流水线转移至五工位，申请派工单单元开始申请派工单，五工位收到派工单后启动，由人工组装楔块、动板、短销，组装完毕后通过按钮触发物料用料报工单元，将使用的物料数量上报至总控PLC，然后保存派工单单元进行派工单的保存；

(7)缓冲器箱体通过移载机构转移至六工位，申请派工单单元开始申请派工单，六工位收到派工单后启动，压机通过下压中心楔块将弹簧下压至合适的位置，并将销棒拔出，在下压过程中，采集压机数据单元每0.5s记录一次压机数据，将压机的压力-位移数据记录并绘制成曲线，以判断组装的外固定板、固定斜板、动板物料是否合格，然后保存派工单单元进行派工单的保存；

(8)缓冲器箱体通过C型模组转移至七工位，申请派工单单元开始申请派工单，七工位收到派工单后启动，由机器人将组装完成的箱体抓到测量专机中，测试箱体的长宽高和动板平行度数据，并根据测量结果将缓冲器箱体抓到对应的托盘上，码盘完成触发成品下线单元，将缓冲器尺寸数据、放置的托盘类型、托盘号上传至总控PLC，然后触发保存派工单单元，将缓冲器是否合格、工位用时信息保存到对应的工单信息中。

通过上述技术方案，本发明提供的基于PLC的列车缓冲器产线总控管理系统及管理方法具有如下有益效果：

1、可以使得工位间衔接顺畅，能根据派工单完成时间统计工位用时，以平衡节拍；

2、能够自动上传物料使用情况、装配完成情况；

3、自动识别箱体表面字符，并上传系统校验；

4、自动记录并上传压机的压力数据、箱体的尺寸数据；

5、物料自动配送、空托自动取走、码垛；

6、物料型号自动校验是否正确；

7、自动打印溯源一维码，并贴在箱体上。

通过本发明的总控管理系统中产线主流程模块、工位物料管理模块及辅助功能模块中各个功能单元的协同工作，可以使得整个列车缓冲器的生产过程更加自动化、智能化和信息化。

本发明采用基于PLC的类似MES系统的功能提供产线管理工作，以发挥PLC高效性、高可靠性的优点，提高产线控制系统的稳定性。将产线流程管理、物料管理、安全管理运用到缓冲器自动生产线中，能够直观、具体的反映产线各个流程的执行情况、各种物料的实际使用情况，使产线流程执行更加顺畅与高效，提高了缓冲器自动生产线的智能化水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的一种基于PLC的列车缓冲器产线总控管理系统组成示意图；

图2为本发明实施例所公开的一种基于PLC的列车缓冲器产线总控管理方法流程示意图；

图3为本发明实施例所公开的成品下线流程图；

图4为本发明实施例所公开的工位物料管理流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种基于PLC的列车缓冲器产线总控管理系统，如图1所示，包括部署在产线总控PLC上的产线主流程模块、工位物料管理模块及辅助功能模块，以产线主流程模块为骨架，工位物料管理模块和辅助功能模块通过相应接口程序连接到产线主流程模块，产线主流程模块保证产线正常生产流程，工位物料管理模块保障产线线边库的物料供应及时、充足，辅助功能模块提供相应的订单管理及安全控制保障；所述产线总控管理系统还配有MES系统用于提供工单管理支持，配有立体库系统用于提供物料管理支持。系统所有模块功能均在触摸屏上有所体现，兼顾信息化、智能化、自动化的特点。

一、产线主流程模块

产线主流程模块包含：产线开工单元、申请派工单单元、物料用料报工单元、保存派工单单元、溯源一维码申请单元、OCR字符校验单元、尺寸测量单元、成品下线单元。

产线开工单元，用于整个产线工位的开工控制，包括订单号、缓冲器型号、产量等信息下发给工位；

申请派工单单元，在产线生产中，假设设定500台缓冲器为一个订单，则这500台缓冲器拥有一个订单号，每台缓冲器拥有一个独立的工单号，每个工单在每个工位上拥有唯一的派工单号，用于记录工位在组装的缓冲器的身份信息；

物料用料报工单元，用于工位上报组装一台缓冲器使用的物料数量；

保存派工单单元，用于工位在完成一台缓冲器的组装流程后，记录合格/不合格结果；

溯源一维码申请单元，用于缓冲器溯源一维码的自动打印、粘贴；

OCR字符校验单元，用于缓冲器表面铸造的字符自动识别、校验、记录；

尺寸测量单元，用于缓冲器全部流程组装完毕后，通过测量专机测量缓冲器的长宽高及平行度数据；

成品下线单元，用于记录组装完成的缓冲器放置的位置，包括合格托盘、抽检托盘、不合格托盘。

二、工位物料管理模块

工位物料管理模块包含：AGV物料配送单元、物料校验单元、空托校验单元、AGV取空托盘单元、AGV满托通知单元、空托码垛单元。

AGV物料配送单元，用于AGV将物料或空托盘配送到线边库，以便于工位使用；

物料校验单元，用于物料在使用前的校验，若物料与缓冲器型号不匹配，则需重新配送；

空托校验单元，用于线边库托盘中的物料是否使用完毕的校验，防止托盘中有剩余料的情况；

AGV取空托盘单元，用于呼叫AGV取走线边库的空托盘；

AGV满托通知单元，用于呼叫AGV将下线位置码放满的托盘取走；

空托码垛单元，用于AGV取走空托盘后，在码垛机上分类别将托盘摞到一起，以方便循环使用。

三、辅助单元模块

辅助单元模块包含：产线硬件报警单元、产线软件报警单元、订单挂起单元、订单解挂单元、采集压机数据单元、安全控制单元。

产线硬件故障单元，用于监测产线所有硬件设备的故障信息，并提示检修部门；

产线软件报警单元，用于产线正常生产过程中可预见的一些故障及错误处理，并通知产线管理部门；

订单挂起单元，用于将正在进行生产且未结束的订单暂停，将数据保存，以便于临时启动另一型号的缓冲器生产；

订单解挂单元，用于系统中保存的、未生产完毕的订单再次启动，系统将延续挂起时的缓冲器型号、派工单号信息继续生产；

采集压机数据单元，用于采集压机压装弹簧时的压力-位移数据，判断弹簧质量是否合格；

安全控制单元，用于控制机械手、压机等高风险设备的紧急停止，通过安全门锁、安全光栅等安全元件的状态控制高风险设备的紧急断电。

一种基于PLC的列车缓冲器产线总控管理方法，如图2所示，包括如下步骤：

(1)缓冲器自动组装产线启动后，首先由总控PLC将订单号、缓冲器型号、订单数量通过产线开工单元下发至每个工位，表示产线开始生产。

(2)申请派工单单元开始申请派工单，一工位收到派工单后启动，将缓冲器箱体由托盘上抓取，并运动到OCR相机面前；OCR相机扫描到箱体表面铸造的字符后，OCR字符校验单元开始OCR校验，完成后将缓冲器箱体放在转盘上，此时溯源一维码申请单元开始申请溯源一维码打印，并粘贴到箱体上；粘贴完毕后一工位工作完成，此时物料用料报工单元开始进行物料用料报工，将使用的缓冲器箱体数量上报至总控PLC；然后保存派工单单元进行派工单的保存，包括将是否合格、工位用时、箱体所对应的托盘号等信息保存到对应的工单信息中；

(3)缓冲器箱体通过转盘转移至二工位，申请派工单单元开始申请派工单，二工位收到派工单后启动，由人工组装角弹簧、角弹簧座、外圆弹簧、内圆弹簧、弹簧座，组装完毕后通过按钮触发物料用料报工单元，将使用的物料数量上报至总控PLC，然后顺序触发保存派工单单元，将是否合格、工位用时、物料对应的托盘号等信息保存到对应的工单信息中；

(4)缓冲器箱体通过机械手转移至三工位，申请派工单单元开始申请派工单，三工位收到派工单后启动，压机将弹簧下压至一定的位置，在缓冲器壳体中插入销棒；在下压过程中，采集压机数据单元每0.5s记录一次压机数据，将压机的压力-位移数据记录并绘制成曲线，以判断弹簧是否合格；压装完成后，触发保存派工单单元，将是否合格、工位用时等信息保存到对应的工单信息中；

(5)缓冲器箱体通过移载机构转移至四工位，申请派工单单元开始申请派工单，四工位收到派工单后启动，由机器人组装外固定板、固定斜板、复原弹簧、中心楔块，组装完毕后自动触发物料用料报工单元，将使用的物料数量上报至总控PLC，然后顺序触发保存派工单单元，将是否合格、工位用时、物料对应的托盘号等信息保存到对应的工单信息中；

(6)缓冲器箱体通过流水线转移至五工位，申请派工单单元开始申请派工单，五工位收到派工单后启动，由人工组装楔块、动板、短销，组装完毕后通过按钮触发物料用料报工单元，将使用的物料数量上报至总控PLC，然后顺序触发保存派工单单元，将是否合格、工位用时、物料对应的托盘号等信息保存到对应的工单信息中；

(7)缓冲器箱体通过移载机构转移至六工位，申请派工单单元开始申请派工单，六工位收到派工单后启动，压机通过下压中心楔块将弹簧下压至合适的位置，并将销棒拔出，在下压过程中，采集压机数据单元每0.5s记录一次压机数据，将压机的压力-位移数据记录并绘制成曲线，以判断组装的外固定板、固定斜板、动板物料是否合格，触发保存派工单单元，将是否合格、工位用时等信息保存到对应的工单信息中；

(8)缓冲器箱体通过C型模组转移至七工位，申请派工单单元开始申请派工单，七工位收到派工单后启动，由机器人将组装完成的箱体抓到测量专机中，测试箱体的长宽高和动板平行度数据，并根据测量结果将缓冲器箱体抓到对应的托盘上，码盘完成触发成品下线单元，将缓冲器尺寸数据、放置的托盘类型、托盘号上传至总控PLC，然后触发保存派工单单元，将缓冲器是否合格、工位用时信息保存到对应的工单信息中。

图3中，在产线开工后，七工位检测到没有空托盘，首先由AGV自动配送一个空托盘到工位线边库，以便工位放置成品缓冲器；当托盘放满后，总控发起AGV满托通知，呼叫AGV将满托盘取走放在规定的成品区，然后配送一个空托盘到工位线边库，以便工位放置缓冲器。

图4中，在产线开工后，首先由AGV将生产所需要的的物料全部配送至工位线边库，工位收到托盘后，通过扫码器扫描托盘号(一维码)，然后发起物料校验，主控系统通过查询立体库系统此托盘号内盛放的物料型号，与系统内数据库比对，配对成功说明物料正确，工位可以使用，否则呼叫AGV将物料取走，重新配送新的物料。当工位将线边库托盘的物料使用完毕后，主控系统通过空托校验单元查验托盘内是否存在剩余料，如无剩余料，则呼叫AGV取走空托盘，并将空托盘通过空托码垛功能码放到码垛机上。

总控系统通过产线硬件故障单元监测产线所有硬件设备的故障信息，并在设备硬件故障时提示检修部门及时修理，并显示故障信息和解决方法；

通过产线软件报警单元提示产线正常生产过程中可预见的一些故障及错误处理，如物料校验失败或机器人运行故障等，并通知产线管理部门或产线操作工及时处理故障；

通过订单挂起单元和订单解挂单元，可在正常生产任务中，插入临时发生的、紧急的生产任务，并将原订单的信息保存在系统中，在生产完临时插队的订单后，可恢复原订单的生产计划；

通过安全控制单元，可采集安全PLC及安全继电器、安全门锁等安全设备信息，并通过安全信息控制机械手、压机等易伤人的设备，一旦安全设备检测到状态改变，总控系统可通过安全控制模块立即将对应的机械臂、压机等设备断电处理，以防止发生人身危害。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。