根据不同生产线的车型匹配需求，本文提出了一种简易车体自动识别跟踪系统，对该系统的硬件组成、软件需求和网络构架进行了深入的分析，解决了信息输入、数据传递和信息自动获取等难点，确定了简易车体识别跟踪系统的详细实现方案，为生产线间车型柔性匹配提供了平台。

随着汽车行业的迅猛发展，汽车生产企业的单一车型大批量生产方式已不能适应市场发展的需求，因此多品种、中小批量的柔性化共用线生产方式应用地越来越广泛。如何实现汽车生产输送系统的“柔性化”是汽车柔性制造的关键点。

整车生产线输送系统实现柔性化生产的主要技术难点是柔性化的路由分配。由于生产线的通过性、制造工艺、生产线设计、物料供应或生产策略等原因，无法做到每条生产线具备全部车型的柔性生产能力，造成生产线无法实现全部车型的柔性化生产，各生产线间的缓冲区需得具备根据生产需求调配车身资源的能力，这就需要输送系统具备灵活的车身柔性分配功能，对缓冲区的路由规则提出了较高的要求。

整车生产线包括冲压生产线、焊装生产线、涂装生产线和总装生产线，其中在焊装生产线、涂装生产线和总装生产线之间设有两个缓冲区，承担车身缓冲和车型分配功能。为了在线间实现灵活的车型柔性分配功能，需采用车体自动识别跟踪系统（AVI），该系统可以根据制造工艺、车型排产和特殊订单等情况，依照路由规则实现车型信息跟踪和自动分配功能，将输送系统变得更加智能化，并真正具备了柔性化生产的能力。

AVI系统构架及运行原理

AVI系统的架构分为3层（见图1），最上层为上位服务器、监控触摸屏及维护站，中层为PLC控制器，上层和中层之间通过以太网（EtherNet）连接；下层为现场操作按钮站、传感设备（如条码扫描枪、光电识别开关等）及执行元件（如传送电动机控制器、摆动气缸的控制单元等），中层和下层之间通过设备网（DeviceNet）连接。

由人工操作条码枪扫描白车身条形码或者使用按钮操作站手动输入流向信息，这些信息通过DeviceNet网络传输至主控PLC中，PLC将这些信息通过以太网与上位机或触摸屏进行通信，上位机根据既定的路由规则进行逻辑运算，输出流向信息显示在上位机显示屏和触摸屏上，如果需要还可以进行人工干预。上位机通过以太网把车身流向信息传送给PLC，PLC根据收到的流向信息分解为动作指令，通过DeviceNet网络传递给现场执行元件驱动输送设备运行，最终实现车身路由的自动分配。

AVI系统的车身信息输入

在整车制造过程中为了实现物料配送、质量监控追溯和批次跟踪等目的，每辆车在下发生产计划时都会被分配一个车型信息条码，记录了该车的类型、颜色、批次和流向等信息，并为该白车身赋予了一个身份序号，通过此身份序号可以在后台服务器上查询到更多的车辆信息。该信息以明码和条形码的形式打印出来，在焊装车间下线工位贴在白车身上（见图2）。AVI系统的车身信息是通过使用扫描枪扫描条形码进行输入的，主要用到了3位车型码（2、3和4位）、2位颜色代码（15、16位）和最后1位车身到涂装的流向码。

车型信息和钢条码编码获取

1.AVI系统自动获取车型信息的方案

虽然车身信息可以通过扫描贴在白车身上的条形码获得，但是由于多种车型的粘贴位置不同，而且考虑到喷涂质量的要求无法统一贴到同一位置，实现条码的随时自动扫描非常困难。为了解决这一问题我们为每一个运送白车身的输送载体（如台车、滑橇等）进行了编号，采用钢条码的形式安装在输送载体的同一位置，在有人员操作的工艺段，人工使用扫描枪对车身信息条码进行扫描，同时输送系统扫描站扫描该载体的编码，然后对两个信息进行绑定，在不同载体间交接时对车身信息也进行同步传递。由于钢条码能够实现随时自动扫描，从而间接解决了车身信息随时自动获取的问题。

图3  钢条码编码规则

2.钢条码的编码和自动获取方案

（1）钢条码采用12位编码，二进制算法（有孔为1，无孔为0）。如图3所示，第1位和第12位为扫描条件位，在钢码上始终为孔也就是全为1，扫描时只有这两位全为1时才判定数据有效。第2位是奇偶校验位，以该位的状态对扫描到的数据进行校验。第3到第11位是数据位，二进制编码，表示编号。

（2）钢条码扫描采用激光光电开关组来识别编号，光线通过孔，开关收到信号表示为1；光线被遮挡，开关未收到信号表示为0。每一套激光光电开关与反射板称为一个AVI站点，在需要采集车型信息的输送设备上安装一台AVI站就可以自动获取输送载体的编号，通过此编号可以查询到绑定的车身信息，如图4所示。

系统硬件构成及通信配置

AVI系统硬件结构由上位机、交换机、1756-L62S可编程控制器、1756-LSP安全伴侣模块、1756-DNB DeviceNet通信模块、1756-ENB以太网通信模块、激光式光电开关、车身条码扫描枪、光电开关输入设备、西门子的ET200 I/O模块及输送系统的变频器、输入输出模块、电动机和感应式传感器等设备组成。

上位机采用研华工控机，安装Cimplicity软件以及与罗克韦尔自动化PLC通信软件Rslinx。工控机与PLC之间采用OPC（OLE for Process Control）通信方式。交换机选择的是赫斯曼公司具备网管功能的交换机，在使用中可及时查看网络状态及各端口故障。PLC采用的是罗克韦尔自动化的AB 1756-L62S系列基架式安全处理器。PLC在该系统中的作用至关重要，主要有输送系统的逻辑、接收并存储AVI系统的数据、处理AVI系统故障以及发送和接收上位工控机系统数据等功能，当上位工控机系统出现故障无法计算路由数据时，PLC还需要根据手动输入的路由数据执行，避免由于上位工控系统故障而引起的停线。光电开关使用的是SICK的F1131系列激光反射式光电开关，该开关精度高，有效距离远（10m可调节），可以灵活转换常开、常闭输出状态，在AVI读现场数据时识别钢条码的打孔状态，并将数据传送至输入模块，为AVI系统的高读写准确率提供了保障。条码扫描枪也使用了SICK的产品，集手动扫描与自动扫描于一体，保证了系统的可靠性。输送系统变频器选用了SEW生产的现场一体化变频器，该变频器防护等级达到IP65级，能够在恶劣的工业环境中可靠工作；该变频器集成了6个数字量输入点和DeviceNet总线接口，使用方便。现场传感器主要选用图尔克的感应式传感器，安装方式多样，感应距离和大小多样，应用灵活。

系统间通信配置：以太网需要配置上位工控机以及PLC中1756-ENBT模块的IP地址在同一个网段，DeviceNet设备网络需要配置网络中各设备的节点号以及通信波特率（传输速度一般设置为250kbps）。系统间设计了必要的连锁信号，如AVI系统给输送系统的故障信号、放行信号等，输送系统给AVI的读写触发信号、故障清除信号和功能屏蔽信号等。上位工控系统同样和PLC之间存在大量的连锁信号，包括输送系统给上位工控机的手自动模式、路由计算的触发信号、输送系统中车辆的运行信号以及AVI系统的车身信息和故障信息等，还有上位工控系统给输送系统的入口路由信息、出口路由信息和屏蔽信号等。连锁信号将三个系统有效地结合起来，互相补充，在任何一个系统出现问题时都能在其他系统中得到显示及报警，提高了系统稳定性，减少了设备停线时间。

AVI系统的创新

1.AVI站使用激光式光电开关

AVI站的光电开关由原来的发散式改为了激光式。发散式与激光式的光电开关各有自己的适用范围，发散对射式的光电开关（如SICK的WS/WE100系列）适用于光电防护、车型识别等精度要求不高但是需要有效防止因振动导致的识别误差的场合；激光反射式的光电开关（如SICK的F1131系列）精度高，由于其光点集中、反射点小非常适合用于对钢条码的检测，不仅识别率高而且光点交叉影响的几率很低，大大增加了识别的可靠性。

2.AVI系统与光电识别系统的组合使用

因流向码与实际生产经常不匹配，路由系统的分配选择了AVI系统与光电识别系统组合使用的方式，并且在触摸屏上设置了供用户选择的多种功能按钮，满足了生产计划变化引起的路由自动分配。

3.AVI系统与机运主控PLC系统的集成

车身输送设备AVI系统的逻辑程序是由PLC实现的，AVI的主控PLC与机运系统的PLC是集成共用的，没有再单独为AVI系统设置独立的PLC，AVI数据的相关信息通过DeviceNet设备网络与PLC进行实时通信，可以直接通过AVI系统控制机运系统的动作，既降低了实现成本又提高了系统运行的可靠性。同时针对路由规则，较简单的路由系统可以由较简易的AVI系统配合光电开关车型识别装置实现，可以不使用上位服务器，大大降低了路由系统的设备成本。

结语

整车输送系统对汽车生产十分关键，开展整车输送系统柔性生产的研究，对实现汽车生产企业安全、成本、效率和质量等指标有着重要的现实意义。本文介绍了一种简单实用、投入成本低且运行稳定的AVI系统，有效地满足了汽车柔性生产对输送的控制需求。