汽车发动机装配线 (综合案例)

汽车行业三个硬指标: 多机器人毫秒同步、MES/ERP 双通道、15 年 UID 追溯。

传统方案需要 "3 台 PLC + 12 台机器人控制器 + 协议网关 + 自写数据库" 拼装, 任何一个组件掉链子整条线停。Darra 用 一个 Runtime + EtherCAT 主站 管住 12 台机器人 + 20 工位 + PostgreSQL 入库, 并通过 OPC UA/REST 向上层 MES/ERP 暴露数据, 总投资约 ¥ 480 万/条线。MES/ERP 仍是独立的上层系统。

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一、设备简介

1.1 产线定位

• 客户: 国内头部新能源车企 (上海临港) 的动力总成工厂
• 产品: 1.5T 混动发动机 + 2.0T 汽油发动机 共线生产
• 节拍: 60 秒/台
• 日产能: 3 班 × 480 台 = 1,440 台
• 年产能: 40 万台

1.2 系统规模

项	数量	说明
工位	20+	上料 / 视觉识型 / 涂胶 / 搬运 / 拧紧 / 冷试 / 热试 / 下线
机器人	12 台	6 搬运 + 4 涂胶 + 2 视觉拧紧
拧紧枪	6	Atlas Copco TensorST (EtherCAT)
精密拧紧点	85	分 6 工序, 每点记录扭矩/角度/曲线
伺服轴 (工装)	24	传送辊 / 工装顶升 / 定位
视觉系统	3 套	型号识别 + AOI + 拧紧复核
EtherCAT 从站	约 180 个	12 机器人 × 6 + 24 伺服 + 6 拧紧 + IO + 安全
本地 IO	≈ 1,200 点	15 块远程 IO + 4 块安全 IO

1.3 关键指标

指标	目标	实测
单台节拍	60 s	58.5 s
EtherCAT 周期	1 ms	1 ms (抖动 < 10μs)
多机器人同步误差	< 0.5 ms	0.28 ms
拧紧精度	±2% 扭矩	±1.5%
产线 OEE	≥ 88%	90.2%
MTBF	≥ 2,000 h	预期 2,500 h
MES 上报延迟	< 500 ms	320 ms
UID 追溯查询	< 2 s	1.1 s

1.4 合规要求

• IATF 16949 汽车质量管理体系
• 追溯 15 年 (国家召回法规 / 主机厂强制)
• MES 断线不停线 (本地缓存 + 恢复补传)
• 主备热备 (主控故障 5 秒内切换)

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二、项目模块组成

2.1 工艺流程

1. M1 上料: 缸体 / 缸盖 送入, 视觉识别型号 (EA211-1.5T / EA888-2.0T)
2. R1-R2 搬运: 双机器人同步搬缸体到装配工装
3. R3 涂胶 (密封圈): KUKA KR 20 走胶圈轨迹
4. R4 涂胶 (油道): 埃斯顿 ER20 走油道线
5. R5-R6 拧紧定位: 机器人夹持拧紧枪到螺栓位
6. M2/M3 拧紧 (85 点, 6 工序):
   • 工序 1 主轴承盖 (10 点, 80±1 Nm + 90°)
   • 工序 2 连杆盖 (16 点, 45±1 Nm + 60°)
   • 工序 3 缸盖螺栓 (10 点, 90±2 Nm + 180°)
   • 工序 4 进气歧管 (8 点, 25 Nm)
   • 工序 5 排气歧管 (8 点, 30 Nm)
   • 工序 6 辅助螺栓 (33 点, 10-25 Nm)
7. R7 视觉复核: 协作机器人带相机逐点扫描确认
8. M4 冷试: 密封性 / 气道通畅性
9. M5 热试: 点火 30 秒, 水温 / 油压 / 转速曲线
10. R8 下线: 搬到检测合格区 / NG 返修区
11. AGV 入库

2.2 逻辑对象

对象	数量	类型
T_Engine	队列	发动机 UID + 工序记录
T_Robot	12	机器人状态
T_TorqueRecord	每台 85 条	每螺栓扭矩/角度/曲线
T_VisionResult	每台 23 条	视觉检测结果
T_ColdTestResult	每台 1 条	冷试结果
T_HotTestResult	每台 1 条	热试结果
T_Recipe	数十个	机型 × 工序 参数库
T_MES	1	MES 连接状态

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三、机械装配架构

3.1 产线布局 (180 m, 20+ 工位)

AGV 入口 ─► [M1 上料/视觉识型]
                    │
                    ▼
         [R1][R2] 缸体搬运 (同步)
                    │
                    ▼
         [R3]涂胶圈 ─► [R4]涂油道
                    │
                    ▼
         [M2 拧紧工序 1-3] ←─ [R5][R6] 夹持拧紧枪
                    │
                    ▼
         [M3 拧紧工序 4-6] ←─ (同上)
                    │
                    ▼
         [R7] 视觉复核 (法奥 FR5 协作)
                    │
                    ▼
         [M4 冷试] (气密 / 油道)
                    │
                    ▼
         [M5 热试] (点火 30s, 转速曲线)
                    │
                    ▼
         [R8] 下线 ─► OK 区 / NG 返修区 ─► AGV 出口

3.2 工件流向

缸体/缸盖 → 装配工装 → 涂胶 → 拧紧 → 视觉复核 → 冷试 → 热试 → OK / NG 分流 → AGV

每工位有工装顶升 + 定位销, 工件到位精度 ±0.05 mm。

3.3 多机器人同步要求

场景	要求	方案
R1-R2 双机搬缸体	同步到位 ±0.3 ms	EtherCAT DC 时钟 + Robot_MoveAbs_Sync
R5-R6 拧紧定位	交替工作, 不碰撞	区域互斥 + 共享 Token
R7 视觉复核	与 R8 路径无冲突	安全区规划
涂胶与拧紧	涂胶完 30s 固化后拧紧	定时器 + 状态变量

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四、程序架构

4.1 OB 分层

4.2 FB 清单

FB	周期	职责
FB_SafetyChain	1 ms	急停 / 光栅 / 门锁
FB_LineSequencer	1 ms	20 工位节拍 + 握手
FB_RobotGroup12	1 ms	12 机器人统一调度
FB_ServoGroup24	1 ms	24 工装轴
FB_TorqueCurveLogger	10 ms	拧紧枪 10ms 采样扭矩曲线
FB_MESBridge	100 ms	REST 上报 + 工单下载
FB_OPCPublish	100 ms	OPC UA 实时发布
FB_TraceDBLogger	1 s	PostgreSQL 批量入库
FB_AlarmMgr	1 s	L1~L4 分级 + 推送
FB_SAPReporter	10 s	SAP 日汇总
FB_OEECalc	10 s	OEE 滚动计算

4.3 主备热备

主备 Runtime 通过 Keepalive (100ms) 监测, 主掉线时备接管:

• 主备共享同一 EtherCAT 主站配置 (VRRP 虚拟 IP)
• Retain 变量每 500ms 镜像到备机
• 切换时间 ≤ 5s, HMI / MES 无感知

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五、硬件 BOM

5.1 主控与 HMI

项	型号	数量	单价 (¥)	小计 (¥)
主控工控机	研华 ARK-3520 定制 (i9-13900 / 64GB ECC / 1TB NVMe RAID1)	1	32,000	32,000
备份主控 (热备)	同上	1	32,000	32,000
工位触摸屏	研华 TPC-1881WP 21.5"	20	6,500	130,000
车间大屏	创维 85" 商用屏 × 2	2	12,800	25,600
管理工位	戴尔 OptiPlex 7010	5	6,800	34,000

5.2 机器人 (12 台 + 4 备用)

策略: 高精度 / 重载用进口, 常规用国产。Darra 机器人对象层让混合毫无感觉。

位置	型号	数量	单价 (¥)	小计 (¥)	备注
R1-R2 搬运 (重载)	ABB IRB 6700 (235kg / 2.65m)	2	420,000	840,000	缸体重载
R3 涂胶密封	KUKA KR 20 R3100	1	280,000	280,000	高重复精度
R4 涂胶油道	埃斯顿 ER20-1780	1	82,000	82,000	国产
R5-R6 拧紧定位	埃斯顿 ER10-1600	2	48,000	96,000	国产
R7 视觉复核	法奥意威 FR5 协作	1	68,000	68,000	协作型
R8 下线抓放	埃夫特 ER50-2100	1	168,000	168,000	50kg 负载
备用涂胶	埃斯顿 ER10	2	48,000	96,000
备用搬运	埃斯顿 ER20	2	82,000	164,000

5.3 精密拧紧枪

项	型号	数量	单价 (¥)	小计 (¥)
电动拧紧枪 (EtherCAT)	Atlas Copco TensorST	6	42,000	252,000
拧紧控制器 (PowerFocus)	Atlas Copco PF6000	6	28,000	168,000
手持示教枪 (返工)	Atlas Copco	2	18,000	36,000

5.4 伺服 + 工装

项	型号	数量	单价 (¥)	小计 (¥)
伺服驱动 (工装)	汇川 SV660N	24	3,600	86,400
伺服电机	汇川 ISMH2 系列	24	3,200	76,800
传送辊筒 (定制)	6 段	6	28,000	168,000

5.5 IO / 视觉

项	型号	数量	单价 (¥)	小计 (¥)
远程 IO	汇川 GL10-EC	15	4,200	63,000
安全 IO (FSoE)	汇川 GL10-FSO	4	5,600	22,400
安全光栅	SICK deTec4	8	8,500	68,000
急停 / 门锁	Pilz	1 批	40,000	40,000
视觉相机 (型号识别)	海康 MV-CH250-10M 2500W	1	32,000	32,000
视觉相机 (AOI)	海康 MV-CU050-60GM × 3	3	6,800	20,400
AI 视觉工控机	研华 MIC-710AI	3	15,000	45,000
扫码枪 (UID)	海康 MV-ID2013M	8	1,600	12,800
标签打印机	Zebra ZT411	2	6,800	13,600

5.6 网络 / 辅件

项	型号	数量	单价 (¥)	小计 (¥)
工业交换机 (管理)	华为 S5720-28X	4	6,800	27,200
UPS 10kVA 在线式	山特	2	18,000	36,000
电气柜	定制	8	18,000	144,000
线缆 / 接插	菲尼克斯	1 批	60,000	60,000
安装工时	自有	1	180,000	180,000

5.7 Darra 软件

项	说明	单价 (¥)	小计 (¥)
Darra Runtime (主 + 备)		35,000	70,000
Darra IDE × 3	工程师授权	15,000	45,000
Darra HMI 扩展 20,000 点位		35,000	35,000
DarraCloud 企业版 (年)	多终端 + 云备份	36,000	36,000

5.8 总预算

大项	小计 (¥)
主控 / HMI	253,600
机器人 (含备用)	1,794,000
拧紧	456,000
伺服 / 工装	331,200
IO / 视觉 / 外设	317,200
网络 / 辅件 / 安装	447,200
Darra 软件	186,000
硬件 + 软件小计	3,785,200
调试 / 集成 (3 工程师 × 4 月)	600,000
备件 / 风险金	400,000
项目合计 (不含税)	≈ 4,785,200
对外含税报价	≈ ¥ 4,800,000 (480 万)

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六、IO 模块配置

6.1 IO 清单 (按工位)

工位区	模块	数量	说明
M1 上料	GL10-EC	1	32DI/32DO/8AI/4AO
R1-R4 搬运涂胶区	GL10-EC	3	机器人围栏 + 工装
M2-M3 拧紧区	GL10-EC	4	拧紧工装定位
R7-M4 检测区	GL10-EC	3	视觉 + 冷试
M5 热试区	GL10-EC	2	点火台架
R8 下线	GL10-EC	2	分流 + OK/NG 道
安全模块	GL10-FSO	4	4 个安全回路

合计 15 × GL10-EC = 480 DI + 480 DO + 120 AI + 60 AO + 4 × GL10-FSO。

6.2 IO 地址分配 (节选)

地址	类型	符号	说明
%IX0.0	FSI	g_Safety.bEStop	总急停
%IX0.1	FSI	g_Safety.bLineGate	产线门
%IX0.2	FSI	g_Safety.bLightCurtain1	R1-R2 区光栅
%IX0.3	FSI	g_Safety.bLightCurtain2	R3-R4 区光栅
%IX10.0	DI	g_M1.bEnginePresent	M1 工件到位
%IX10.1	DI	g_M1.bModelReadOK	型号识别 OK
%IX20.0	DI	g_M2.bFixtureDocked	M2 工装对接
%IX20.1	DI	g_M2.bTorqueGunReady	拧紧枪就绪
%IX30.0	DI	g_M4.bColdTestStart	冷试开始
%IX30.1	DI	g_M4.bColdTestDone	冷试完成
%IX40.0	DI	g_M5.bIgnitionOK	点火成功
%QX0.0	DO	g_LineEnable	产线使能
%QX10.0	DO	g_M1.bFixtureLift	工装顶升
%QX20.0	DO	g_M2.bFixtureClamp	夹紧
%QX30.0	DO	g_M4.bAirInlet	冷试进气
%QX40.0	DO	g_M5.bIgnitionCmd	热试点火命令
%IW100	AI	g_M4.rPressureDecay	压降速率
%IW102	AI	g_M5.rOilPressure	油压
%IW104	AI	g_M5.rRpm	转速
%QW100	AO	g_M5.rThrottle	节气门开度

6.3 IO 用途分工 (工位间 / 机器人握手 / MES)

交接	信号	方式
M1 → R1/R2	bEnginePresent + sEngineUID + sModel	本地 + T_Engine
R1/R2 → R3	bArrivedDockPos + sUID 握手	Robot_MoveAbs_Sync 确保双机同步
R3 / R4 涂胶 → 拧紧	bGlueDone + 固化计时器 (30s)	TON_GlueCure
R5-R6 → M2/M3	拧紧枪到位 r.bGunAtPos	区域 Token 互斥
拧紧曲线 → DB	每 10ms 采样 TorqueRecord[i]	OB10 异步
M4 冷试 → M5	bColdTestOK + 参数	本地变量
M5 热试 → R8	bHotTestResult + bFinalOK	R8 根据结果分流
产线 → MES	每螺栓立即 POST, 每台完工汇总	HTTP Async
产线 → SAP	每班次汇总 OPC UA	被 SAP 轮询

6.4 数据绑定 (12 机器人 + 主备 PLC)

# 主 Runtime
deviceBinding:
  - name: R1
    type: EtherCAT_Robot
    vendor: ABB
    model: IRB6700
    slaveAddr: 1001
    axes: 6
  - name: R2
    type: EtherCAT_Robot
    vendor: ABB
    model: IRB6700
    slaveAddr: 1002
    axes: 6
  - name: R3
    type: EtherCAT_Robot
    vendor: KUKA
    model: KR20
    slaveAddr: 1003
    axes: 6
  - name: R4
    type: EtherCAT_Robot
    vendor: Estun
    model: ER20
    slaveAddr: 1004
    axes: 6
  # R5-R8, R备1-R备4 同上
  - name: TorqueGun1
    type: EtherCAT_TorqueTool
    vendor: AtlasCopco
    model: TensorST
    slaveAddr: 2001
  # TG2-TG6 同上

syncReplication:
  primary: DarraRT_Master
  standby: DarraRT_Standby
  heartbeat_ms: 100
  retain_mirror_ms: 500
  switchover_max_s: 5

主备双机共用同一组 EtherCAT 从站 (备机平时只接收不发送, 切换时立即接管发送)。

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七、核心数据结构

7.1 发动机 (UID 追溯主对象)

TYPE T_Engine :
STRUCT
    sUID              : STRING(24);          // "ENG20260417001234"
    sModel            : STRING(12);          // "EA211-1.5T" / "EA888-2.0T"
    sWorkOrder        : STRING(32);
    eState            : E_EngineState;
    dtStartTime       : DT;
    dtEndTime         : DT;
    TorqueList        : ARRAY[1..85] OF T_TorqueRecord;
    VisionList        : ARRAY[1..23] OF T_VisionResult;
    GlueList          : ARRAY[1..4] OF T_GlueRecord;
    ColdTest          : T_ColdTestResult;
    HotTest           : T_HotTestResult;
    sOperator         : STRING(16);
    bFinalOK          : BOOL;
    sFinalRemark      : STRING(200);
    rYieldCycle       : REAL;                // 本台综合节拍
END_STRUCT
END_TYPE

7.2 扭矩记录

TYPE T_TorqueRecord :
STRUCT
    nId               : INT;                 // 1..85
    sPositionName     : STRING(32);          // "M10_MainBearing_01"
    nProcessGroup     : INT;                 // 工序 1..6
    rTargetTorque     : REAL;                // Nm
    rToleranceTorque  : REAL;                // ±Nm
    rTargetAngle      : REAL;                // °
    rActualTorque     : REAL;
    rActualAngle      : REAL;
    rPeakRpm          : REAL;                // 峰值转速
    Curve             : ARRAY[1..200] OF REAL;   // 10ms 采样曲线 (2 秒)
    nCurveLen         : INT;
    dtTimestamp       : DT;
    sOperator         : STRING(16);
    bOK               : BOOL;
    sNgReason         : STRING(80);
END_STRUCT
END_TYPE

7.3 视觉结果

TYPE T_VisionResult :
STRUCT
    nId               : INT;
    sCheckItem        : STRING(32);          // "密封圈完整" / "油道通" / "型号正确"
    bResult           : BOOL;                // TRUE=OK
    rScore            : REAL;                // 置信度
    sImagePath        : STRING(240);
    sDefectType       : STRING(32);          // 如果 NG
    dtTimestamp       : DT;
END_STRUCT
END_TYPE

7.4 冷试 / 热试

TYPE T_ColdTestResult :
STRUCT
    bLeakOK           : BOOL;
    rPressureDecay    : REAL;                // Pa / 10s
    rOilChannelPress  : REAL;
    dtStart           : DT;
    dtEnd             : DT;
    bOverall          : BOOL;
END_STRUCT
END_TYPE

TYPE T_HotTestResult :
STRUCT
    bIgniteOK         : BOOL;
    rMaxRpm           : REAL;
    rIdleRpm          : REAL;
    rOilPressPeak     : REAL;
    rCoolantTemp      : REAL;
    RpmCurve          : ARRAY[1..300] OF REAL;   // 100ms × 30s
    dtStart           : DT;
    dtEnd             : DT;
    bOverall          : BOOL;
END_STRUCT
END_TYPE

7.5 机器人群

TYPE T_RobotGroup :
STRUCT
    Robots            : ARRAY[1..12] OF T_Robot;
    bAllReady         : BOOL;
    nBusyCount        : INT;
    TokenZone         : ARRAY[1..4] OF INT;  // 4 个区域互斥 Token: 持有的机器人 ID
END_STRUCT
END_TYPE

---

八、核心程序代码

8.1 双机器人同步搬运

FUNCTION_BLOCK FB_TwoRobotLift
VAR_IN_OUT
    r1 : T_Robot;
    r2 : T_Robot;
END_VAR
VAR
    p1, p2 : E6POS;
END_VAR

// R1 + R2 同步抬起缸体, 误差 ≤ 50 μm / 0.3 ms

// 1) 分别移动到对称取点
p1 := g_CylinderBlockLeft;
p2 := g_CylinderBlockRight;
Robot_MoveAbs(r1, p1, 300.0);
Robot_MoveAbs(r2, p2, 300.0);
WAIT_UNTIL(r1.bReached AND r2.bReached);          // 同周期检查 → 同步到位

// 2) 同步夹紧
Robot_GripperClose(r1);
Robot_GripperClose(r2);
WAIT_MS(100);

// 3) 同步直线抬起 500mm (关键: 位置由 Darra DC 保证同步)
p1.Z := p1.Z + 500;
p2.Z := p2.Z + 500;
Robot_MoveAbs_Sync(r1, p1, r2, p2, 200.0);        // 同步线性, 到达时间差 < 0.3 ms
WAIT_UNTIL(r1.bReached AND r2.bReached);

// 4) 同步移动到装配工装上方
p1 := g_FixtureLeftAbove;
p2 := g_FixtureRightAbove;
Robot_MoveAbs_Sync(r1, p1, r2, p2, 300.0);
WAIT_UNTIL(r1.bReached AND r2.bReached);

// 5) 同步下放
p1 := g_FixtureLeft;
p2 := g_FixtureRight;
Robot_MoveAbs_Sync(r1, p1, r2, p2, 100.0);
WAIT_UNTIL(r1.bReached AND r2.bReached);

// 6) 同步松开
Robot_GripperOpen(r1);
Robot_GripperOpen(r2);
WAIT_MS(100);
END_FUNCTION_BLOCK

Robot_MoveAbs_Sync 底层用 EtherCAT Distributed Clock (DC) 同步所有轴, 到达误差 < 1 ms, 这是传统 TCP / Profinet 方案无法达到的。

8.2 拧紧流水 (6 工序 85 点)

FUNCTION_BLOCK FB_TorqueSequence
VAR_IN_OUT
    engine : T_Engine;
END_VAR
VAR
    i, gunId : INT;
    recipe : T_TorqueGroup;
END_VAR

FOR i := 1 TO 85 DO
    // 1) 读配方
    recipe := Recipe_GetTorque(engine.sModel, i);

    // 2) 机器人把拧紧枪挪到位
    gunId := TorqueGun_SelectByPos(recipe.pPosition);
    Robot_MoveGun(g_Robot[5], recipe.pPosition);
    WAIT_UNTIL(Robot_Reached(g_Robot[5]));

    // 3) 启动拧紧 (Atlas Copco PowerFocus over EtherCAT)
    TorqueGun_Start(gunId, recipe);

    // 4) 10 ms 采样曲线 (由 OB10 FB_TorqueCurveLogger 独立采集)
    engine.TorqueList[i].nId := i;
    engine.TorqueList[i].sPositionName := recipe.sName;
    engine.TorqueList[i].rTargetTorque := recipe.rTarget;
    engine.TorqueList[i].dtTimestamp := NOW();
    engine.TorqueList[i].sOperator := g_CurrentOperator.sId;

    WAIT_UNTIL(TorqueGun_Complete(gunId));

    engine.TorqueList[i].rActualTorque := TorqueGun_GetFinalTorque(gunId);
    engine.TorqueList[i].rActualAngle := TorqueGun_GetFinalAngle(gunId);
    engine.TorqueList[i].rPeakRpm := TorqueGun_GetPeakRpm(gunId);
    engine.TorqueList[i].bOK := TorqueGun_ResultOK(gunId);

    // 5) 实时入库 + MES 上报
    DB_Insert_Async('tbl_torque', engine.TorqueList[i]);
    MES_UploadTorque(engine.sUID, engine.TorqueList[i]);

    IF NOT engine.TorqueList[i].bOK THEN
        engine.TorqueList[i].sNgReason := TorqueGun_FailReason(gunId);
        Alarm_Raise(AlarmId.TorqueNG,
                    '扭矩不合格 UID=' + engine.sUID
                  + ' pos=' + recipe.sName
                  + ' actual=' + REAL_TO_STR(engine.TorqueList[i].rActualTorque));

        // 主机厂要求: 任何拧紧失败, 工件流入返修道
        engine.bFinalOK := FALSE;
        EXIT;
    END_IF;
END_FOR;
END_FUNCTION_BLOCK

8.3 拧紧曲线采样 (OB10, 10ms)

FUNCTION_BLOCK FB_TorqueCurveLogger
VAR
    i, j : INT;
    gunId : INT;
END_VAR

FOR gunId := 1 TO 6 DO
    IF TorqueGun_InProgress(gunId) THEN
        i := TorqueGun_GetCurrentRecordId(gunId);     // 当前记录到哪条
        j := g_Engine.TorqueList[i].nCurveLen + 1;
        IF j <= 200 THEN
            g_Engine.TorqueList[i].Curve[j] := TorqueGun_GetInstantTorque(gunId);
            g_Engine.TorqueList[i].nCurveLen := j;
        END_IF;
    END_IF;
END_FOR;
END_FUNCTION_BLOCK

8.4 MES 上报 (REST + OPC UA 双通道)

FUNCTION_BLOCK FB_MESBridge
VAR
    req : HTTP_Request;
    rsp : HTTP_Response;
    sBody : STRING(1024);
END_VAR

// 每拧紧一个螺栓立即上报 (汽车主机厂要求)
IF g_Events.bTorqueDone THEN
    sBody := '{"stationId":"M3","engineUID":"' + g_Events.sUID
          + '","torqueId":"' + g_Events.sTorqueName
          + '","value":' + REAL_TO_STR(g_Events.rTorque)
          + ',"angle":' + REAL_TO_STR(g_Events.rAngle)
          + ',"timestamp":"' + DT_TO_ISO(NOW())
          + '","operatorId":"' + g_Events.sOperator
          + '","result":"' + BOOL_TO_STR(g_Events.bOK, 'OK', 'NG')
          + '"}';

    req.Url := g_MES.sBaseUrl + '/api/v2/torque';
    req.Method := 'POST';
    req.Body := sBody;
    req.Header['Authorization'] := 'Bearer ' + g_MES.sToken;
    req.TimeoutMs := 1000;

    HTTP_Post_Async(req, rsp);          // 非阻塞, 失败自动重试 3 次, 缓存到本地队列

    g_Events.bTorqueDone := FALSE;
END_IF;

// 整台发动机完工, 上报汇总
IF g_Events.bEngineDone THEN
    req.Url := g_MES.sBaseUrl + '/api/v2/engine/complete';
    req.Method := 'POST';
    req.Body := JSON.Stringify(g_CurrentEngine);      // 整个 T_Engine 序列化
    HTTP_Post_Async(req, rsp);
    g_Events.bEngineDone := FALSE;
END_IF;
END_FUNCTION_BLOCK

8.5 追溯入库 (PostgreSQL)

FUNCTION_BLOCK FB_TraceDBLogger
VAR
    i : INT;
END_VAR

// 每台完工, 批量入库 (85 条扭矩 + 23 条视觉 + 冷/热试 + 主表)
IF g_Events.bEngineDone THEN
    DB_BeginTransaction();
    DB_Insert('tbl_engine', g_CurrentEngine);
    FOR i := 1 TO 85 DO
        DB_Insert('tbl_torque_detail', g_CurrentEngine.TorqueList[i]);
    END_FOR;
    FOR i := 1 TO 23 DO
        DB_Insert('tbl_vision_detail', g_CurrentEngine.VisionList[i]);
    END_FOR;
    DB_Insert('tbl_cold_test', g_CurrentEngine.ColdTest);
    DB_Insert('tbl_hot_test', g_CurrentEngine.HotTest);
    DB_Commit();

    // 15 年追溯要求: 每月归档到冷存储 (DarraCloud)
    IF IS_MONTH_CROSS() THEN
        DarraCloud_ArchiveMonth();
    END_IF;
END_IF;
END_FUNCTION_BLOCK

8.6 UID 追溯查询 (HMI 调用)

FUNCTION_BLOCK FB_TraceQuery
VAR_INPUT
    sUID : STRING(24);
END_VAR
VAR_OUTPUT
    eng : T_Engine;
    bFound : BOOL;
END_VAR
VAR
    sSql : STRING(500);
END_VAR

sSql := 'SELECT * FROM tbl_engine WHERE uid = $1';
bFound := DB_QuerySingle(sSql, sUID, eng);

IF bFound THEN
    // 补充 85 条扭矩 + 23 条视觉
    DB_QueryArray('SELECT * FROM tbl_torque_detail WHERE engine_uid = $1 ORDER BY id',
                  sUID, eng.TorqueList);
    DB_QueryArray('SELECT * FROM tbl_vision_detail WHERE engine_uid = $1 ORDER BY id',
                  sUID, eng.VisionList);
END_IF;
END_FUNCTION_BLOCK

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九、运行与调试

9.1 上线部署顺序

1. 主备工控机开机, 加载同一 Runtime 工程
2. 检查 EtherCAT 全部从站 OP 状态 (180 个从站全绿)
3. 12 机器人上电, 逐台回零, 示教共用参考点
4. 6 把拧紧枪校准 (扭矩传感器 + 角度编码器)
5. 视觉 3 套独立调试 (光源 / 曝光 / 模型)
6. 冷试 / 热试台架独立验收
7. 单工位手动 → 全线手动 → 单台自动 → 连续自动
8. MES Token 配置 + OPC UA 节点发布
9. 主备切换测试 (5 秒内)
10. 7×24 小时压力测试 1 周

9.2 调试工具

工具	作用
机器人示教盒	单机器人示教
Darra 机器人联动仿真	12 机器人不碰撞预演
EtherCAT 诊断	180 从站 WKC / DC
扭矩曲线分析	离线分析 Curve[1..200]
MES Mock	离线模拟 MES
DbgView	内核驱动日志
DarraCloud 运维	远程工程师协助

9.3 典型故障

现象	原因	处理
双机搬运到位时间差 > 1ms	DC 时钟漂移	检查网线 / 重置 DC
扭矩不合格率 > 2%	配方参数 / 机械松动	校准枪 + 重新示教定位
MES 上报堆积	网络抖动	本地队列缓存, 恢复后批量发
主备切换失败	Retain 未同步	检查镜像周期 500ms 是否达标
视觉误判	光源衰减	每月检查光源亮度
OEE 异常低	某工位等料	看节拍瀑布图, 调整传送带速度

9.4 数据量估算

• 单台发动机: 85 扭矩 × (10 字段 + 200 曲线点) ≈ 50 KB
• 加视觉 + 冷热试: 约 200 KB/台
• 1,440 台/日 × 200 KB ≈ 288 MB/日
• 15 年 ≈ 1.5 TB (含索引和备份约 4 TB)
• PostgreSQL 分区表 按月分 + 按年归档冷存储

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十、Darra 功能对照表

项目需求	Darra 功能	模块
12 机器人 EtherCAT 1ms	Darra 单 Runtime + EtherCAT Master	内置
多机器人同步运动	Robot_MoveAbs_Sync + DC 时钟	MC 库
85 螺栓扭矩采集	Darra TorqueTool 对象 + 10ms 采样	内置
拧紧枪 EtherCAT 对接	Atlas Copco EtherCAT Slave 驱动	内置
视觉 TCP + AI 推理	Darra Vision + Python FFI	插件
冷试 / 热试	Darra AI + AO + Timer FB	内置
主备热备	Darra HA (Keepalive + VIP + Retain 镜像)	企业版
MES REST	Darra HTTP Client Async + 缓存重试	内置
SAP OPC UA	Darra OPC UA Server + 白名单	内置
15 年追溯	PostgreSQL 分区 + DarraCloud 冷备	数据库 + 云
UID 追溯查询	SQL 二级索引 + 前端 HMI	内置
报警分级	AlarmMgr L1~L4 + 企业微信 WebHook	内置
配方管理	Recipe 对象 + 机型切换	IDE
本地 HMI	Darra HMI 20 工位屏	内置
中控大屏	Darra Web HMI	内置
远程运维	DarraCloud 反向隧道	云服务

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十一、项目总结

11.1 交付结果

• 单线 1,440 台/日 (节拍 58.5s, 优于 60s 目标)
• OEE 90.2% (目标 88%)
• 综合 NG 返修率 1.2% (前方案 4.5%)
• MES 上报 100% 成功 (丢包时本地队列自动补传)
• 主备切换实测 4.2 秒 (< 5s 要求)
• IATF 16949 审核通过
• 15 年追溯 Demo 通过 (查询响应 1.1 秒)

11.2 产品价值体现

• 多机器人协同: 一个 Runtime 管 12 台, 从 30~80ms 跨控制器延迟降到 < 0.3ms DC 同步
• 数据不丢: MES 断线 → 本地 SQLite 缓存 → 恢复自动补传, 30 天累计丢失 0 条
• 主备稳定: 7×24 跑了 3 个月, 主动切换 1 次 (主机升级), 被动切换 0 次
• UID 追溯真实可用: 客户被主机厂召回抽检时, 2 秒调出 6 个月前的数据
• 国产替代部分成本: 4 台常规机器人用国产 (埃斯顿/埃夫特) 替代 ABB, 单台省 30 万

11.3 关键经验

1. 多机器人同步: 一定用 EtherCAT DC 时钟, 不要尝试 TCP 方案
2. 拧紧枪选型: Atlas Copco EtherCAT 版贵 30%, 但省去 Profinet 网关 + 免去延迟问题
3. 扭矩曲线采样: 10ms 采样 200 点足够, 1ms 采样会撑爆数据库
4. 数据库分区: PostgreSQL 按月分区, 15 年数据查询毫秒级
5. 热备切换: Keepalive 100ms + Retain 镜像 500ms 是实测最平衡参数
6. 机器人品牌混搭: Darra 机器人对象让 ABB + KUKA + 埃斯顿 + 法奥 + 埃夫特同线跑, 上层零代码差异

11.4 下一步扩展

• 增加 数字孪生: 基于拧紧曲线训练模型, 预测螺栓疲劳寿命
• 部署 AI 外观检测: 把 R7 视觉升级到深度学习, 识别微小铸造瑕疵
• 集成 能耗 SPC: 每台发动机装配能耗分析, 优化工序顺序
• 车型扩展: 同一产线加 2.0T 混动配方, 共线支持 4 种发动机

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