总装车间暗灯系统的使用分布调研

整车总装生产线暗灯系统主要分布在内饰工段、底盘线工段、最终工段、门线工段和发动机分装工段。暗灯控制系统通过DeviceNet 总线连接各工段远程的I/O 控制箱，实现该工段的暗灯功能。

根据产线布局，暗灯控制系统安装在生产线的中央地带，以控制暗灯DeviceNet 总线长度，减少信号衰减，提高暗灯系统信号传输的可靠性，暗灯系统分布如图1 所示（红色框图：暗灯控制系统分布情况；黑实线框图: 暗灯功能覆盖区域；虚线框图: 孤岛工位无暗灯功能）图中生产线总工位为112 个（其中内饰、底盘及终线工位合计90 个，工位长度为6 m，总体板需要显示的数据为8 个32 bit 双整形数据，传输数据量大。由于总装生产覆盖的工位总长度约为540 m，暗灯控制系统DeviceNet 总线波特率只能选择125 Kbit/s，其总线长度最大不能超过500 m。因此，生产线的暗灯控制系统PLC 布置在生产线的中央部位，DeviceNet 总线干线向生产线两端延伸，分别承担7 个总线站点的数据传输。

生产线暗灯系统设计初期，显然没有考虑车间内部孤岛工位的暗灯功能。从PLC 硬件资源看，在原有PLC 的DeviceNet 总线上增加孤岛工位的暗灯I/O 控制箱，势必要增加总线线缆长度，增加网络负载率，造成网络信号衰减，使整个暗灯系统网络可靠性下降。为此，要实施孤岛工位暗灯功能，必须对原有暗灯系统进行升级改造。

总装车间孤岛工位暗灯系统选型

经上节分析，在原有PLC 的DeviceNet 总线上增加I/O 控制箱是不可行的，我们提出如下两个方案：

第一套方案：升级PLC 控制系统，新增一块DeviceNet 总线扫描器，并独立布置孤岛工位的控制总线，逐一增加暗灯I/O 控制箱总线节点，具体布置方案如图2 所示（红框图：原暗灯系统分布情况； 蓝框图: 新增孤岛工位暗灯功能DeviceNet 网络分布）。

新增孤岛工位暗灯功能，对原暗灯系统改造升级，需要在PLC 底板上增加DeviceNet 扫描器和4 个暗灯I/O 控制箱、300 m 总线线缆等。

从成本及施工方面评估如下：其一，投资成本高。硬件成本合计约18 万元，运输、安装及调试等费用合计约12 万元，总造价约30 万元；其二，施工难度大。现场总线铺设均需二级高空作业，部分孤岛工位没有铺设安全带挂点的生命线，作业难度大且施工周期长。

第二套方案：利用无线I/O技术实现孤岛工位暗灯功能。首先，通过组建无线I/O 局域网实现远程I/O 控制功能，规避高空作业，有效降低施工难度和后期维护工作量。其次，通过自主选型，选择国产无线I/O 模块，性价比高，有效地降低暗灯系统改造的投资成本。再次，通过自主创新集成，实现无线I/O 模块与原暗灯控制系统PLC 通过以太网进行耦合，不占用原PLC 控制系统的DeviceNet 总线资源，最终完成PLC 通过以太网耦合实现无线I/O 兼容和扩展功能，具体方案布局如图3 所示（红框图：原暗灯系统分布情况； 绿框图: 新增孤岛工位无线I/O 模块局域网分布）。

在原暗灯控制系统PLC 和各个孤岛工位上新增无线I/O 模块，组建无线I/O 局域网，PLC通过以太网耦合，实现PLC 与无线I/O 模块实时通信及I/O 控制功能，通过PLC 编程实现孤岛工位暗灯呼叫及响应功能。

从成本和实施方面评估如下：其一，实现如图3 中的四处孤岛工位的暗灯功能，硬件需要无线I/O 模块5 套、以太网耦合器1 套、暗灯显示屏客户端1台、60 in 电视机2 台、相关支架及暗灯指示灯安装盒等，硬件成本合计约3 万元。其二， 施工难度小，只需要固定暗灯指示灯接线盒和固定暗灯信号电视显示屏等。其三，不影响原生产线DeviceNet 总线控制的暗灯功能，并实现暗灯PLC的I/O扩展功能，兼容性好。

自主设计集成无线暗灯系统

经评估并选型，自主创新集成国产无线I/O 模块、遥控按钮、485 总线无线网络及AB 控制器等软硬件，构建无线暗灯控制网络及系统，该系统具有无线近距离呼叫、远距离传输暗灯信号及兼容PLC 的无线I/O 扩展功能的优良特性。该装置主要由七部分组成。

（1）无线暗灯信号发生遥控：根据孤岛工位暗灯需求，随时按遥控器发射暗灯呼叫信号。

（2）无线暗灯信号接收器：安装在暗灯指示灯接线外壳上。

（3） 远程无线I /O 信号传输局域网：用来远程传输暗灯的呼叫信号和暗灯控制器的响应信号。

（4） 信号耦合器：实现暗灯PLC 控制器与无线局域的信号转换。

（5）PLC 控制器：负责处理暗灯的呼叫信号，并发送暗灯响应信号，比如将暗灯响应信号发送到暗灯板、暗灯盒指示灯和暗灯报表系统等。

（6）暗灯数据服务器：基于Cimplicity 监控系统的暗灯事件记录。

（7）暗灯客户端及电视显示屏: 显示暗灯呼叫等生产数据信息。

无线暗灯系统各部分功能介绍如下：

（1）暗灯呼叫遥控器（图4）其一，有A/B/C/D 四个信号发射通道。其二，按一次A 按键，信号呼叫，暗灯响应指示灯亮。其三，再按一次A 按键，呼叫信号复位，暗灯响应指示灯灭，暗灯拉动需求过程结束。

（2）暗灯无线信号接收器和暗灯指示灯（图4）其一， 由4 路无线触点组成，分别对应无线遥控的A/B/C/D 通道。其二，当无线遥控器某一通道按下时，对应的无线触点接通。其三， 暗灯控制器收到暗灯呼叫信号后，PLC 处理并使安装在生产现场的暗灯应答指示灯亮。其四，等待响应人员到达现场，支持完毕后，按线遥控器的按键复位暗灯呼叫信号。

（3）远程无线I/O 信号传输局域网，如图5、图6 所示。其一，该局域网由433 M 为主频段进行信号传输，其信号覆盖范围广，比蓝牙等2.4 GHz 频段传输的波长大，抗遮挡能力强。其二， 无线I /O 模块的开关量数据全部收集到信号耦合器，并通过EIP 协议与暗灯PLC 通信。其三，通过远程无线I/O 模块自带I/O，实现无线扩展PLC的I/O 数量，使有限的PLC 硬件具有无限的I/O 扩展能力。为广泛覆盖孤岛工位的暗灯控制信号提供了有力的技术保证。其四，该无线I/O 局域网在车间内部覆盖300 m 以上，暗灯信息传输可靠性高。

（4）PLC 控制、暗灯信息流及暗灯信息显示如图6、图7所示。其一，PLC 收到暗灯呼叫信号并处理。其二，将暗灯响应指示信息送到暗灯服务器，最终将暗灯显示信息显示到电视屏上。其三，无线I/O 局域网收集的暗灯信号统一送到主生产线的暗灯服务器，与主线暗灯相互兼容。其四，通过无线局域网扩展了PLC 的无线I/O，实现孤岛工位无线暗灯服务功能。

门线SPS 捡料区孤岛工位无线暗灯系统改造

改造内容：在MCP 柜增加国产工业以太网网关（IP:10.50.34.247），增加一套国产无线I/O 模块（5 号站点，数字输入16 点和数字输出16 点）、在SPS 捡料区增加一套无线I/O模块（6 号站点，数字输入16 点和数字输出16 点）、遥控按钮（5 套）、遥控接收器（1 套），指示灯及接线盒（1 套），20 m 布线4 芯电缆。通过自主创新集成，实现国产无线I/O 集成到MCP 柜的PLC（品牌：AB, 型号：1756-L72），编程实现远程暗灯呼叫响应功能。

改造验证：SPS 捡料区按下遥控C 键，指示灯亮，暗灯板显示14 号工位，再按C 键复位暗灯。成功解决了孤岛工位暗灯需求问题。

结语

本文分析总装车间暗灯系统功能覆盖情况，揭示了总装车间孤岛工位暗灯系统功能缺失的痛点，提出了无线暗灯系统解决孤岛工位暗灯需求的方案，通过集成国产无线I/O模块，构建无线I/O 局域网和暗灯系统PLC，完成了总装车间门线SPS 捡料区孤岛工位无线暗灯改造应用试点。无线暗灯试点体现了自主集成能力，实现国产无线I/O 与AB 的PLC 控制器的集成，实现了无线I/O 网络化、国产化、PLC 的I/O 扩展规模化以及为后期现场数据信号批量采集提供了参考样本和实践依据。