叶俊灵
广汽本田汽车有限公司
摘要：随着自动化设备的发展，汽车生产领域导入越来越多自动化设备，替代传统的人工作业，以节约人力成本，提高生产效率。自动化设备的大量导入和应用，使得自动化设备是否运行稳定以及能否快速修复故障成为生产达成的决定性因素，设备出现异常故障时，如何快速识别出异常位置及状态，是快速维修的关键前提条件。为此，建立一套准确全面的设备报警系统，依据设备运行过程中的状态监控及趋势预测，为设备异常故障处理提供高质量的信息引导支持。以汽车白车身自动化焊接车间为例，阐述自动化设备报警系统设计方案。
关键词：汽车制造；自动化技术；报警系统
0 引言
按照白车身的制造工艺流程，自动化焊接车间一般包括底板分总成及总成、侧围门盖分总成件、车身拼接、车身焊接等自动生产设备线体，各生产设备线体之间通过自动输送线连接，形成上下工序衔接，实现车间内工件的自动加工及流动。车间大量应用PLC系统、工业机器人、焊接控制器、涂胶系统、液压气压元件及设备、伺服系统、变频系统、升降机等单体自动化设备，由这些设备集成为自动生产设备线体及自动输送线。
在焊接自动化率达到100%的车间内，除了必要的工件搬运、品质检查等工作，工艺加工和流动均由自动化设备完成，车间内人员数量得到最大程度的削减，以底板总成自动线为例，线体由PLC系统2套，工业机器人超过30台，焊接控制器超过30套，伺服系统3套，变频系统6套等设备集成，设备组成系统多且复杂，生产过程中，仅配备操作工1名，电气保全1名，机械保全1名，总计3人，负责整条底板总成自动线的管理和维护。设备异常故障时，在有限的人力资源情况下，通过技术手段，使得异常信息准确、详细、及时地通过报警系统进行信息推送，可以有效缩短故障点识别时间。
1 设计思路
自动化设备线体的控制和启动，一般包括两个状态，①接通设备控制电源：允许设备进行手动操作和自动操作的前提条件；②启动设备自动运行：设备进行自动生产运行模式。异常故障时，设备可以通过改变设备控制状态进行停机响应：停止自动运行——设备无法进行自动运行启动操作，可以进行手动操作；切换设备控制电源——设备无法进行手动操作和自动运行启动操作。
根据自动化设备异常的影响程度，即严重程度和紧急程度，将报警信息划分为四个等级，自动化设备针对不同等级的异常报警信息，进行差异化的信息推送，并采取相对应的响应方式。自动化设备线体及上下工序线体的异常报警影响程度说明及响应方式如下：
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一级报警，严重影响设备正常运行，异常发生时立即响应，主要包括如下内容：①安全类紧急异常情况，会影响设备安全运行状态，无法保证人员和设备安全，如紧急停止开关被按下、防护安全门被打开、安全扫描仪检测到闯入等；②重要设备或模块异常情况，线体内重要设备出现损坏，无法完成作业，如安全PLC CPU异常、伺服控制系统异常、机器人系统异常等；③设备控制网络异常情况，直接影响设备控制指令发送及反馈，如设备网通信异常、以太网通信异常等。
二级报警，影响设备正常运行，异常发生时立即响应，主要包括如下内容：①设备动作类异常，设备动作未满足控制程序要求，如伺服电机超程、气缸动作不到位、机器人碰撞异常等；②生产品质类异常，无法满足工件设计品质要求，如焊接异常、涂胶异常、工件搭接异常等；③生产模式选择错误类异常，设备不满足正常生产运行条件，如生产过程中开启试运行、机器人屏蔽未取消、加工车型输入错误等。
三级报警，影响设备持续正常运行，异常发生时完成当前循环后响应，主要包括如下内容：①设备操作开关类异常，影响下一循环设备状态判断，如启动开关常ON、检测开关常亮等，②设备部件磨损趋势加剧，即将超过极限值，如焊接电极头磨耗临近极限、修磨刀片临近极限。
四级报警，暂时不影响设备正常运行，仅提示不做响应，主要包括如下内容：①非核心设备运行状态类异常，如冷却风扇运行停止、光源类开关未开启、设备电池电量低等；②设备存在非常规作业情况，如机器人信号模拟、PLC信号强制、设备除外模式等；③生产辅助类信息，如生产车型即将切换、上下工序长时间停止、电极头存放盒空等。
2 系统搭建
自动化设备运行状态由PLC系统进行收集和分析，根据报警等级进行编写对应的PLC程序段进行响应，相关信息通过HMI人机界面进行显示和推送。
按PLC系统扫描周期及程序执行特点，务必在程序段最前位置按报警等级顺序——编写一级报警程序段、二级报警程序段、三级报警程序段、四级报警程序段，以确保PLC扫描周期内首先执行报警信息分析，。报警程序应具备自保持功能，经确认并进行报警的复位操作后，才能取消报警输出，根据设备异常状态信息的信号特点，灵活的编写报警程序，如异常状态输出信号短暂，可采用直接输出和保持回路的编写方案，如设备稳定，但异常状态输出信号偶发闪断，可采用计时器程序功能辅助，仅当异常持续达到设定的时间后，才输出报警信息。
HMI人机界面，可通过以太网等方式连接PLC系统，在报警信息配置中，设置对应的PLC程序信号输出点，按报警等级添加不同的报警信息画面，报警画面启用强制弹出功能，优先度按一级最高，逐级降低的标准设置。报警画面弹出时，报警信息应包括报警时间、PLC报警输出点、报警位置、报警内容、复位时间，字体设置红绿色区分报警信息是否处理复位完成。HMI人机界面主操作界面，设置报警履历菜单，用于查看设备运行过程中发生的报警记录，记录条数可根据自动化设备线体的规模设定，一般不小于5000条。依靠HMI人机界面的系统特点，对于关键报警信息，可通过辅助画面进行指引显示，例如：设备的安全防护门被打开，一般报警信息会显示几号门被打开，如果辅助以自动线体平面简图，画面标识好全部安全门，常闭状态时显示为绿色，当门被打开时，结合报警输出信号，将对应的安全门颜色标红并闪烁，可以更直观地确认异常位置。
3 结语
通过为自动化设备设计合理的异常故障报警系统，有效的收集汇总设备运行时的状态，并进行分析判断，及时输出并推送报警信息，为操作人员和维保人员明确异常位置，及时排除故障，恢复生产提供了高效的帮助和支持。对报警信息进行分级设置和管理，在有效识别报警的同时，根据不同的影响度和紧急度，做出不同的逻辑判断，大的异常及时响应停机，确保设备和人员安全稳定，小的异常通过提示推送，最大程度保证设备运行的稳定性。
充分发挥PLC系统与HMI人机界面的互联作用，为自动化设备线体提供简洁高效的报警系统，为异常故障“早发现、早响应、详记录”提供切实可行的方法，为设备自动化导入和投产提供维护辅助方案。
参考文献
[1] 谢忠华.自动化技术在汽车制造行业中的应用.无线互联科技，2017（2）:134-135
[2] 王俊闯、相凡.汽车制造行业中自动化技术的应用探析.互动空间，2016（10）：254
[3] 鲁峻延.工业自动化设备管理平台的研究.科技创新与应用，2015（16）：:119
[4] 张庭春.机械自动化在汽车制造中的有效应用.技术产业，2018（1）：8