基于PLC-5/80C可編程控制器實現(xiàn)汽車總裝生產(chǎn)線的系統(tǒng)設計

一、 引言

DeviceNet現(xiàn)場總線是世界一流的自動化控制和信息解決方案供應商——美國羅克韋爾自動化（Rockwell Automation）公司推出的最優(yōu)的工業(yè)控制網(wǎng)絡技術——NetLinx的底層網(wǎng)絡。 DeviceNet具有開放、低價、可靠、高效的優(yōu)點，特別適合于高實時性要求的工業(yè)現(xiàn)場的底層控制。

DeviceNet現(xiàn)已成為國際標準IEC62026-3（2000-07）低壓開關設備和控制設備—控制器-設備接口，也已被列為歐洲標準EN50325。此外，DeviceNet實際上是亞洲和美洲的設備網(wǎng)標準。DeviceNet得到了世界各地眾多制造商的支持，已經(jīng)注冊的符合DeviceNet規(guī)范的產(chǎn)品有數(shù)千種，實際應用的DeviceNet節(jié)點設備已達數(shù)百萬個。在北美和日本，DeviceNet在同類產(chǎn)品中占有最高的市場份額，在世界其它各地也呈現(xiàn)出了強勁的發(fā)展勢頭。

DeviceNet進入我國雖然比較晚，但因其突出的優(yōu)點而受到了我國有關部門和單位的高度重視。2002年10月8日，DeviceNet被批準為中國國家標準GB/T18858.3—2002，并于2003年4月1日開始實施，從而進一步推動了DeviceNet現(xiàn)場總線技術在我國的推廣與應用。

DeviceNet可廣泛應用于各行各業(yè)，以中國的汽車工業(yè)為例，DeviceNet已應用于一汽-大眾汽車有限公司的AUDI A6、BORA A4、JETTA的焊裝生產(chǎn)線、總裝生產(chǎn)線，張家港牡丹汽車廠的焊裝生產(chǎn)線、總裝生產(chǎn)線，青島頤中汽車廠的涂裝生產(chǎn)線，長春客車廠轉向架涂裝線，哈飛汽車廠的焊裝生產(chǎn)線、涂裝生產(chǎn)線、總裝生產(chǎn)線，等等。本文介紹DeviceNet在一汽-大眾BORA A4總裝生產(chǎn)線的應用。

二、總裝生產(chǎn)線設計目標

一汽-大眾BORA A4總裝生產(chǎn)線的設計是根據(jù)中國第一汽車集團公司發(fā)展規(guī)劃、對原總裝生產(chǎn)線的設備及控制系統(tǒng)進行技術改造的項目，設計目標是滿足BORA A4和JETTA兩種車型混線生產(chǎn)的要求，以達到生產(chǎn)節(jié)拍90s/輛、年產(chǎn)十五萬輛的生產(chǎn)能力?？傃b生產(chǎn)線工藝設計采用國際上先進的模塊化工藝裝配技術以及多種車型混線生產(chǎn)的柔性生產(chǎn)線技術，并配備高效、可靠、維護方便的控制系統(tǒng)，以提高整車裝配質(zhì)量。

BORA A4生產(chǎn)線工藝流程由存儲區(qū)、工件裝配區(qū)、升降區(qū)、檢修區(qū)、檢測區(qū)、下線區(qū)組成。機械化生產(chǎn)線系統(tǒng)包括整車裝配線（工藝鏈，由多臺電機驅(qū)動）、車身輸送線（積放鏈）、儲備線（積放鏈）、升降機等。其中，停止器22個、推車機10個、道岔6個；電機的驅(qū)動與控制均要求變頻調(diào)速；現(xiàn)場被控設備數(shù)量多且具有高度的分散性：I/O點約2600 個、長度達3000m。

為了滿足生產(chǎn)線的設計要求并盡量節(jié)約成本，在充分利用原有設備及線路的前提下，對原有的輸送系統(tǒng)重新進行了更為合理的布置；在各線之間的轉線處均加裝推車機，避免了轉線故障；采用新型平衡軌系統(tǒng)，使生產(chǎn)線的運行平穩(wěn)、可靠，減輕了工人的勞動強度；將轎車靠模軌下線改為升降機下線，為整個轎車裝配線增加了兩個工位；增加了機械手裝配工位。

生產(chǎn)線原控制系統(tǒng)是在多年前設計的，采用的是傳統(tǒng)的PLC集中控制，系統(tǒng)控制精度低，操作不便；所有的數(shù)字量與模擬量I/O點均從PLC柜內(nèi)接線，導線用量大、布線復雜、故障率高，給現(xiàn)場維護帶來了諸多不便，嚴重地影響了生產(chǎn)，已不適應現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)要求。因此，必須設計一種性能優(yōu)異的新型控制系統(tǒng)，這是保證生產(chǎn)線達到預定設計目標的關鍵。

2.1 控制系統(tǒng)

在分析比較了各種不同的控制方案后，決定采用以DeviceNet為底層網(wǎng)絡的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，如圖1所示。DeviceNet網(wǎng)絡上連接的輸入設備有按鈕、急停開關、接近開關、光電開關、行程開關等，輸出設備有指示燈、控制閥、變頻器等。系統(tǒng)通過ControlNet實現(xiàn)不同PLC之間的互相通信， 完成在中央控制室的監(jiān)視、控制、故障報警、管理信息交換等功能。

圖2為系統(tǒng)中所用的羅克韋爾自動化公司的可編程控制器PLC-5/80C的硬件配置（其自身有內(nèi)置的遠程I/O（RIO）和ControlNet接口）。由于系統(tǒng)中控制的點數(shù)多、線路長，因此用了6個1771-SDN掃描器，共12條DeviceNet網(wǎng)絡與被控設備相連。12條DeviceNet網(wǎng)絡分別命名為1DN1、1DN2、2DN1、2DN2、3DN1、3DN2、4DN1、4DN2、5DN1、5DN2、6DN1、6DN2。其中，1DN1控制生產(chǎn)線上的所有14臺變頻器；1DN2控制生產(chǎn)線上的所有FlexI/O節(jié)點，F(xiàn)lexI/O所連接的大部分設備是原總裝生產(chǎn)線上不能直接連接到DeviceNet網(wǎng)絡上的設備；2DN1控制車身輸送線（積放鏈）；2DN2控制儲備線（積放鏈）；3DN1和3DN2控制另一條儲備線（積放鏈）；4DN1至6DN2控制整車裝配線（工藝鏈）。整車裝配線的工藝非常復雜，由153個工位組成，主要控制功能有工藝急停、與其它設備連鎖等；主要設備有底盤打號機、天窗裝配機械手、涂膠機械手、裝配機械手、風擋玻璃涂膠機器人、駕駛系統(tǒng)控制模塊、動力總成、檢測裝置等。系統(tǒng)共有200多個節(jié)點。

所有現(xiàn)場生產(chǎn)設備的工作狀態(tài)、工作參數(shù)、故障信息等均通過DeviceNet網(wǎng)絡傳送至位于中控室的控制器；控制器對現(xiàn)場生產(chǎn)設備實施的各種控制也是通過DeviceNet網(wǎng)絡進行的。系統(tǒng)中連接到EtherNet上的監(jiān)視計算機應用組態(tài)軟件RSView32，以豐富的文字、形象的圖形顯示各生產(chǎn)設備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)、自動彈出故障報警畫面、記錄故障點、調(diào)出相關的控制程序及電控圖紙，也可進行生產(chǎn)信息的自動記錄、統(tǒng)計管理等，并可將報警信息（故障點、故障原因、故障時間等）傳送至維修部門的遠程終端上，而且可通過連接到EtherNet上的控制器控制生產(chǎn)線的起停、改變控制參數(shù)等。系統(tǒng)通過遠程I/O在控制柜上安裝了人機接口HMI，用于顯示生產(chǎn)設備的工作狀態(tài)、工作參數(shù)、調(diào)節(jié)控制參數(shù)等。系統(tǒng)具有完善的PLC故障自動診斷程序和HMI報警系統(tǒng)，使設備故障的查詢極其快速、方便、準確。系統(tǒng)采用電流閉環(huán)自動控制技術解決了單鏈多驅(qū)動同步控制的技術難題，保證了生產(chǎn)線的正常、安全運行。系統(tǒng)控制層采用冗余的ControlNet網(wǎng)絡實現(xiàn)與車門分裝線、升降機控制系統(tǒng)、儀表盤安裝系統(tǒng)等的PLC處理器進行實時的控制信息交換。

2.2 系統(tǒng)構建與調(diào)試

現(xiàn)場的所有信號通過DeviceNet網(wǎng)絡實時傳輸?shù)娇刂破?，控制器控制信號也是通過DeviceNet網(wǎng)絡傳輸?shù)浆F(xiàn)場設備中，因此DeviceNet網(wǎng)絡的構建是整個控制系統(tǒng)的基礎，其構建步驟如下：

（1）進行總體規(guī)劃，合理布線；

（2）將DeviceNet網(wǎng)絡節(jié)點設備連接到網(wǎng)絡上；

（3）安裝通信軟件RSLinx和網(wǎng)絡組態(tài)工具軟件RSNetworx for DeviceNet或DeviceNet Manager；

（4）給將要添加到DeviceNet網(wǎng)絡上的每個設備分配節(jié)點地址并設置正確的通信波特率，因為DeviceNet網(wǎng)絡上每個網(wǎng)段所有節(jié)點的通信波特率必須一致，且不允許有節(jié)點地址重復的設備；

（5）將編程終端（計算機或?qū)Ｓ镁幊淘O備）連接到網(wǎng)絡上（通過計算機通信板卡或外置通信模塊）并建立通信，即在RSLinx下配置DeviceNet驅(qū)動程序：DeviceNet Driver（1784-PCD/PCIDS、1770-KFD、SDNPT driver）（該操作只能在在線模式下進行）；

（6）通過網(wǎng)絡（DeviceNet或上層網(wǎng)絡ControlNet、EtherNet）配置DeviceNet設備運行參數(shù)，如設備的I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式、設備I/O報文的大小及設備本身的運行參數(shù)（如變頻器的啟動方式、最大頻率及其它運行參數(shù)）；

（7）將設備配置參數(shù)下載到節(jié)點設備和DeviceNet Scanner（1791-SDN）中，并保存到網(wǎng)絡組態(tài)工具軟件的配置文件中（用于離線查看網(wǎng)絡信息或配置相同的網(wǎng)絡）。

DeviceNet網(wǎng)絡的硬件布線及軟件組態(tài)十分簡便，因此系統(tǒng)的安裝調(diào)試周期大大縮短。

在進行DeviceNet網(wǎng)絡硬件安裝調(diào)試時應注意：a. 推薦選用羅克韋爾自動化等公司的DeviceNet總線電纜及連接組件（這可使硬件安裝大大簡化，并提高可靠性）；b. 每個網(wǎng)段供電電源只能有一點接地；c. 網(wǎng)絡總線兩端應安裝正確的終端電阻（120Ω，可選配羅克韋爾等公司隨系統(tǒng)提供的標準終端電阻），在系統(tǒng)不上電時測得的網(wǎng)絡CAN-H和CAN-L之間的電阻值應在50-70Ω。

二、 結論

基于DeviceNet現(xiàn)場總線的汽車總裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，總線長度（3000m）、節(jié)點數(shù)量（200多個）等均為目前全國之最，系統(tǒng)總體技術達到了國際先進水平。三年來的系統(tǒng)運行實踐表明，系統(tǒng)功能強大、安全可靠、操作靈活，為一汽-大眾公司創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟效益，并大大提高了生產(chǎn)效率、自動化生產(chǎn)水平和管理水平，使得公司在激烈的市場競爭中處于領先地位。

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