备胎装配数据交互系统的设计

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不同型号及规格的汽车通常会共线生产，因此现代化的汽车自动化生产线通常要求各个工位根据当前汽车型号、规格信息进行工艺及动作的自动调整。汽车生产任务信息由生产任务信息服务器-次性发送给各个工位。传统的汽车轮胎搬运、装配采用人工的方式进行。为了提高工厂生产的自动化程度，减轻工人劳动强度，某大型汽车生产企业在汽车备胎装配工位采用以工业机器人为中心的备胎装配系统。为了根据当前车型信息，实现机器人和轮胎线的正确动作，该备胎装配系统的核心是设计-套数据交互系统以建立生产任务信息服务器与备胎装配系统之间的桥梁。

2备胎装配系统结构备胎装配系统结构，如图 1所示。PC机通过以太网与生产任务信息服务器连接，接收生产任务原始数据。运行于Pc机中的数据交互系统对数据进行解析、排序、存储和传输。PLC通过以太网与 PC机通讯，接收当前车型、轮胎信息，并通过 CC-Link总线控制机器人执行对应的运动程序，控制轮胎线进行分流操作。

由此可见，数据交互系统是备胎装配系统的重要组成部分，扮演数据解析、存储和传输的角色，事实上，为了满足多方面的应用要求及提高系统的容错能力 ，数据交互系统需包含网络通讯 、人机交互、数据存劝OPC客户端等多个功能拈，如图2所示。其中，网络通讯拈负责与生产任务信息服务器连接，接收生产任务原始数据；人机交互拈提供用户操作的接口，用以添加、删除和显示数据记录；数据处理拈负责对数据进行解析、排序、有效性判断等操作；OPC客户端拈通过 OPC服务器将解析后的当前车型、轮胎及报警信息发送给PLC；数据存取拈用以存储历史数据以便用户查看。

图 1备胎装配系统结构Fig：1 Structure of the Spare Tire Assembling System3网络通讯拈设计数据交互系统通过网络通讯拈与生产任务服务器通讯以接收生产任务原始数据。网络通讯拈基于TCP/IP协议开发，采来稿 日期：2012-04-25基金项目：上海市教育委员会重点学科建设项目资助(J51902)作者简介：印 松，(1979-)，男，四川宣汉，讲师，工学博士，主要研究方向：机电-体化研究266 印 松等：备胎装配数据交互系统的设计 第2期用同步通讯方式，并设置阻塞等待时间。当通讯出现异常，拈断开网络连接，并延时重连。网络连接成功后，设置网络通讯线程接收网络数据并缓存。网络通讯流程，如图 3所示。

图2数据交互系统结构Fig.2 Structure of the Data Interaction System图3网络通讯流程Fig.3 Flow of the Network Communication4数据处理、存劝人机交互设计生产任务服务器所传送的每-条生产任务原始数据报文包含5 1 36个字节，且各报文间存在顺序错乱、报文缺失和重复等现象，而汽车生产必须按序列号顺序进行。因此，为了满足生产任务及提高系统容错能力的要求，数据处理拈需对报文进行解析以提取序列号、车型及轮胎信息，按照序列号进行数据排序，进行缺失和重复判断并报警等操作；人机交互拈允许用户根据当前生产情况，插入或删除序列号、车型及轮胎信息；数据存取拈将解析后的数据进行存储以便用户查看和数据恢复。从数据安全性和完整性的角度考虑，隐藏数据存储的实现细节，仅提供-个标准的界面供用户查看。这里采用 txt文档保存数据。由于程序中常采用顺序文件操作的方法来操作 txt文档，修改、删除和插入操作相当繁琐和耗时，因此考虑对每-条数据记录保存-个文件，并以保存顺序号作为文件名m。汽车信息服务器在-辆车上线时同时给各个工位发送-条报文，而备胎装配工位与汽车线首工位间隔数千辆车，因此，需将车辆信息数据存人数据缓冲区。为减小数据缓冲区所占存储空间，并便于信息提取，设计数据结构，如图4所示。其中，CarNo用以存储生产序列号，以便实现排序、重号和缺号判断等操作。FileNo记录文件名，以提取车型、轮胎信息。bLack、bRepeat和bMatch区用以记录本记录是否存在缺号、重号和不匹配错误。数据处理拈在进行缺号、重号、不匹配判断操作之后，会修改本记录和对应数据文件，并报警以提示用户进行人工操作。

图4车辆信息数据结构Fig.4 Data Structure of the Car Information5 OPC客户端设计备胎装配系统中，PLC需与 PC机通讯以获取当前车型和轮胎信息，并控制机器人执行对应的运动程序，控制轮胎线进行分流操作。PLC与 PC机通讯的方式多种多样 ，-般通过网口或串口，采用专用或自由协议来实现，也可采用 OPC技术。系统采用OPC技术来实现 PLC与 Pc机间的通讯，以减少 PLC端的编程工作量。安装于Pc机中的 OPC服务器采用日本竹菱株式会社的DeviceXPlorer DXP2007。能兼容大部分 PLC厂商的产品日。

I 塑7初始化 COM库创建OPC服务器对象添加 Group对象添加 Item对象辇晋蹑耋譬曩粪删除对象，释放内存卸载 COM库结束图5 OPC客户端实现流程Fig.5 Flow Chart of the OPC ClientOPC(OLEforProcessContro1)是世界领先的自动化厂商与微软合作制定的-个工业标准接口，它以COM/DCOM机制为基础，为工业控制提供了-种标准的数据访问机制，使不同厂商生产的设备能用统-的接口进行数据交换和传输[31。OPC技术采用客户/服务器模式，OPC服务器将现场设备及其驱动程序进行封装，而OPC客户端则利用服务器提供的-系列标准的COM对象及其接口实现对现场设备的监控 。OPC规范允许采用多种编程语言作为开发手段，备胎装配系统采用 VC6.0通过调用进程外组No.2Feb.2013 机械设计与制造 267件-0PC服务器提供的用户定制接口来开发OPC客户端拈，其主体流程，如图5所示。OPC服务器将 PLC地址映射为某-标签，OPC客户端通过该标签即可轻松实现对 PLC的访问。需要注意的是，由于 OPC以COM技术为基础，因此，在进行数据访问结束后，需将返回数据所占空间释放，以免造成内存泄漏 ，尤其是在频繁进行数据访问时 。

6多线程及线程同步页面选劝报警窗图6数据交互系统用户界面Fig.6 User Interface of the Data Interaction System如前所述，备胎装配系统中的数据交互系统包含多项任务：人机操作接口、网络通讯、OPC通讯、数据解析及存储等。为了避免某些耗时操作长时间占用 CPU时间，程序采用多线程技术，以提高程序对用户响应的灵敏l生 。用户界面线程作为主线程，能够及时响应用户操作 ，网络通讯及 OPC通讯设计为工作线程，定时对通讯状态进行查询。

由于数据交互系统的各项任务均需对同-车辆信息数据进行操作，因此，需进行线程同步，这里采用临界区的方式实现线程同步 。事实上，由于采用临界区，用户在进行数据插入、删除等操作时，容易出现程序死锁”的情况。因此，用户在进行界面操作时，并不处理数据，而是对操作编码并缓存，在工作线程中通过对用户操作解析才真正实现对数据的处理。

数据交互系统用户界面，如图6所示。其中，包含多个数据、状态显示及用户操作窗口，满足了用户交互的需要。

7结论通过拈化设计方法，采用网络通讯、多线程及OPC技术，设计合适的数据结构及对用户操作编码的手段 ，所设计的数据交互系统满足了备胎装配系统的多任务要求，提高了系统的容错能力。经汽车生产企业的长时间运行证明，该系统具有友好的人机操作接口，且运行稳定可靠。