西門子自動(dòng)化控制系統(tǒng)在汽車生產(chǎn)線中的應(yīng)用

　　北京奔馳-戴姆勒•克萊斯勒汽車有限公司(簡(jiǎn)稱BBDC)位于北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，于2005年8月8日正式成立。其前身北京吉普汽車有限公司創(chuàng)立于1983年5月5日，是中國(guó)汽車行業(yè)第一家中外整車合資企業(yè)。

　　BBDC是一家具有世界汽車制造業(yè)領(lǐng)先技術(shù)與制造水平，融汽車研發(fā)、制造、銷售和售后服務(wù)為一體的現(xiàn)代化企業(yè)，其生產(chǎn)廠房占地3200畝。第一期建設(shè)工程30萬(wàn)平方米，具備年產(chǎn)10萬(wàn)輛汽車的生產(chǎn)能力，最終將達(dá)到年產(chǎn)30萬(wàn)輛汽車的目標(biāo)。BBDC生產(chǎn)梅賽德斯-奔馳、克萊斯勒、Jeep、三菱等眾多國(guó)際知名品牌的轎車和越野車，并為中國(guó)軍隊(duì)定點(diǎn)生產(chǎn)，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第二代軍用輕型越野車。

　　BBDC生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)首家使用Integra標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目，該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施極大的提高了工作的效率和優(yōu)化了工作流程。它共分為5個(gè)子系統(tǒng)，按照工業(yè)流程分為：調(diào)整打磨系統(tǒng)、漆前緩存系統(tǒng)、漆后緩存系統(tǒng)、總裝系統(tǒng)和門線系統(tǒng)。其中調(diào)整打磨系統(tǒng)是將沖壓焊裝系統(tǒng)生產(chǎn)的車身進(jìn)行打磨，保證車面的光滑，為噴漆車間的噴漆做好準(zhǔn)備。為了協(xié)調(diào)不同生產(chǎn)線的更好的生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，在進(jìn)入噴漆車間前，必須對(duì)不同車型的車身進(jìn)行統(tǒng)一的管理，漆前緩存就是對(duì)車身進(jìn)行有效的存儲(chǔ)、運(yùn)送的控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)同樣的目的，在車身從噴漆車間出來(lái)后，也需要漆后緩存系統(tǒng)對(duì)車身的協(xié)調(diào)管理。然后車身就被送往總裝系統(tǒng)，進(jìn)行車內(nèi)飾、底盤以及發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝。同時(shí)車身的車門被摘取進(jìn)行門內(nèi)飾的安裝，在車身到達(dá)門線系統(tǒng)時(shí)，車門又被重新安裝。最后你將看到漂亮的汽車下線。

二、系統(tǒng)工藝介紹

　　調(diào)整打磨系統(tǒng)中，沖壓焊裝后的車身由EMS(自行電動(dòng)小車輸送系統(tǒng))上的電動(dòng)小車運(yùn)送至上件滑撬升降機(jī)，通過(guò)升降機(jī)送到板式鏈，再由調(diào)整線板式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)板式鏈將車身送到下件滑撬升降機(jī)上，然后送到漆前緩存系統(tǒng);由漆前緩存系統(tǒng)中的動(dòng)力滾床進(jìn)行運(yùn)送，舉升動(dòng)力滾床進(jìn)行提升，拐彎處由90度偏心旋轉(zhuǎn)滾床進(jìn)行車身轉(zhuǎn)向，再由鏈?zhǔn)揭菩袡C(jī)將車身放在不同的存儲(chǔ)線上，有序的進(jìn)入噴漆車間;從噴漆車間出來(lái)后再有90度偏心旋轉(zhuǎn)滾床轉(zhuǎn)彎，由動(dòng)力滾床進(jìn)行運(yùn)送，舉升動(dòng)力滾床將車身下降至合適的高度，再由鏈?zhǔn)揭菩袡C(jī)將車身放在不同的存儲(chǔ)線上，合理有序的送入到總裝系統(tǒng);進(jìn)入總裝系統(tǒng)后首先由下件滑撬升降機(jī)將車身送到內(nèi)飾工藝鏈上，進(jìn)行車內(nèi)飾的安裝，完成后轉(zhuǎn)入快鏈運(yùn)送，然后送到底盤工藝鏈上安裝底盤，這段工藝完成后再轉(zhuǎn)入快鏈運(yùn)送，來(lái)到總裝系統(tǒng)中的重要工藝線——發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝。這些工作進(jìn)行的同時(shí)，門線系統(tǒng)也在對(duì)車門進(jìn)行門內(nèi)飾的安裝，等到車身安裝好發(fā)動(dòng)機(jī)后進(jìn)行車門的安裝，最后進(jìn)入總裝的最后一個(gè)工序進(jìn)行加注潤(rùn)滑油以及添加燃料。

　　整個(gè)流程的自動(dòng)控制系統(tǒng)采用分布式的控制方式,主要通過(guò)中控室里由WinCC組態(tài)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)向PLC CPU416F-2DP發(fā)出控制命令，需要變頻控制的電機(jī)經(jīng)由從站ET200S使用ET200FC控制變頻器MASTERDRIVE來(lái)控制，不需要變頻的電機(jī)通過(guò)ET200S馬達(dá)啟動(dòng)器來(lái)控制，滑撬系統(tǒng)還使用了MOBYE進(jìn)行車身的識(shí)別。比較集中的傳感器/執(zhí)行器設(shè)備通過(guò)ET200eco控制。手動(dòng)控制主要通過(guò)本地的人機(jī)界面PP17和TP170B發(fā)出本地控制命令。

三、控制系統(tǒng)的構(gòu)成

　　由于該項(xiàng)目遵從Integra標(biāo)準(zhǔn)，因此方案是嚴(yán)格按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。Integra標(biāo)準(zhǔn)是從國(guó)外引入的比較先進(jìn)的，針對(duì)汽車行業(yè)開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，它已經(jīng)被成功應(yīng)用于德國(guó)梅賽德斯奔馳項(xiàng)目，得到了很高的評(píng)價(jià)。BBDC項(xiàng)目首次將Integra標(biāo)準(zhǔn)引進(jìn)中國(guó)，并發(fā)布了IntegraBBDC標(biāo)準(zhǔn)，它對(duì)控制結(jié)構(gòu)、硬件畫圖、軟件開發(fā)、Safety技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線、系統(tǒng)接口、人機(jī)界面、軟件庫(kù)和培訓(xùn)流程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，Integra標(biāo)準(zhǔn)的引入將大大推動(dòng)中國(guó)汽車制造業(yè)的發(fā)展。

圖1 漆前緩存線電氣系統(tǒng)配置圖

　　由于各系統(tǒng)硬件配置大致相同，只是數(shù)量上的不同，我們就以圖1所示的漆前緩存電氣系統(tǒng)配置圖分析硬件選擇方案，從硬件配置圖可以看出，監(jiān)控級(jí)利用工業(yè)以太網(wǎng)將控制層PLC獲得的數(shù)據(jù)傳送到上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)，這是由于廠房面積大，各個(gè)控制系統(tǒng)分布廣泛決定的，另外由于整個(gè)系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大(有一萬(wàn)多個(gè)點(diǎn))，這就決定了工業(yè)以太網(wǎng)是最佳選擇。而且為了保證生產(chǎn)的可靠性，系統(tǒng)中的PLC選用的是CPU416F-2DP，同時(shí)采用了部分safety模塊，這樣就提高了系統(tǒng)的可靠性。現(xiàn)場(chǎng)選擇一個(gè)觸摸屏是為了可以在現(xiàn)場(chǎng)的控制柜上實(shí)時(shí)的查看各個(gè)點(diǎn)的狀態(tài)和CPU的信息，還可以診斷Profibus總線的通訊狀態(tài)，這是為了方便現(xiàn)場(chǎng)人員調(diào)試，也給后期維護(hù)帶來(lái)便利。CPU下面接了一個(gè)中繼器，主要是起到診斷網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)放大的作用，可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控通訊狀態(tài)，如有問題可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)處理。另外由于每個(gè)子系統(tǒng)既獨(dú)立控制，又相互聯(lián)系。所有選用DP-Coupler來(lái)進(jìn)行不同CPU之間的數(shù)據(jù)交換。對(duì)有本地啟停設(shè)備的地方選擇PP17面板，這種方案比使用觸摸屏控制更加可靠，而且也更容易適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境。對(duì)于是否選擇變頻器MASTERDRIVE，主要是根據(jù)工藝的要求選擇的電機(jī)，如果電機(jī)是非變頻的可以選擇馬達(dá)啟動(dòng)器來(lái)啟動(dòng)電機(jī)。而對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)一些特殊點(diǎn)的不能通過(guò)控制柜中的模板采集的，可選擇ET200eco來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集而無(wú)需放在控制柜里，滑撬系統(tǒng)使用MOBYE進(jìn)行車身的識(shí)別。圖5即為總裝系統(tǒng)的主監(jiān)控畫面，從圖中各工位的顏色可以清楚的看出各個(gè)工位以及整個(gè)系統(tǒng)的工作情況。

圖2 總裝系統(tǒng)主監(jiān)控畫面

　　對(duì)采集數(shù)據(jù)和監(jiān)控生產(chǎn)的上位機(jī)，采用了服務(wù)器-客戶機(jī)的模式，如圖2所示，共有2臺(tái)服務(wù)器和5臺(tái)客戶機(jī)，2臺(tái)服務(wù)器互為冗余，選用的 HPProLiant DL服務(wù)器，安裝了Windows2003 server standard版操作系統(tǒng)，WinCC安裝的是6.0 SP4版本。5臺(tái)客戶機(jī)選用的是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，安裝了Windows2000英文版操作系統(tǒng)，WinCC版本和服務(wù)器一樣。選擇這種方案主要是基于三方面的考慮。①可靠性高：互為冗余的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的定時(shí)同步，保證了數(shù)據(jù)的一致性和可靠性;②開發(fā)周期短：這種模式只需開發(fā)一個(gè)服務(wù)器的程序即可，兩臺(tái)服務(wù)器互為備份程序完全一樣，而客戶端的PC 無(wú)需編寫程序，只需通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)訪問服務(wù)器的程序即可，開發(fā)難度小而且周期短;③成本低：由于本項(xiàng)目通訊點(diǎn)多，采用其它方式購(gòu)買授權(quán)的費(fèi)用相對(duì)較高，這種模式客戶機(jī)端只需128點(diǎn)的授權(quán)費(fèi)用，這樣總體費(fèi)用大大降低。

圖3 上位監(jiān)控系統(tǒng)配置圖

四、控制系統(tǒng)完成的功能

　　雖然本項(xiàng)目龐大，通訊點(diǎn)很多，但是各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)備很大部分是相同，也具有一樣的控制要求，因此我們將整個(gè)項(xiàng)目按照設(shè)備劃分成的不同的功能組，這樣可以增大一次開發(fā)的利用率，避免了重復(fù)開發(fā)，節(jié)省時(shí)間和成本。

　　1.升降機(jī)的控制

　　升降機(jī)在高位時(shí)，電動(dòng)鎖緊器鎖緊到位，升降機(jī)上滾床無(wú)撬體，上層滾床有撬體等待，撬體經(jīng)確認(rèn)與EMS上的電動(dòng)小車所帶車體相一致，上層滾床高速把撬體送到升降機(jī)的滾床上，經(jīng)變速開關(guān)變?yōu)榈退?，行走至占位開關(guān)停止。電動(dòng)定位器關(guān)閉到位，電動(dòng)鎖緊器松開到位，收到EMS空中自行電動(dòng)小車允許接車信號(hào)，升降機(jī)低速升到接車位，待收到EMS空中自行電動(dòng)小車允許升降機(jī)下降信號(hào)后，升降機(jī)高速下降至變速開關(guān)變?yōu)榈退?，低速下降到到位開關(guān)停止。電動(dòng)定位器打開到位，待條件允許，升降機(jī)上滾床高速把撬體送到板式鏈的滾床。升降機(jī)高速上升至變速開關(guān)變?yōu)榈退?，低速上升到到位開關(guān)停止，執(zhí)行完一次循環(huán)。

　　2.舉升臺(tái)的控制

　　舉升臺(tái)在高位，下層滾床無(wú)撬體占位，上滾床高速把撬體送到下層滾床，經(jīng)變速開關(guān)變?yōu)榈退?，行走至占位開關(guān)停止;舉升臺(tái)在高位，下層滾床占位停止，電動(dòng)定位器關(guān)閉到位，車體檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)撬體上無(wú)車體，發(fā)出允許涂裝送車信號(hào)，當(dāng)車體檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)撬體上有車體，收到涂裝送車完畢信號(hào)，前面允許送車，即舉升臺(tái)在低位，停止器再關(guān)閉到位，舉升臺(tái)在下降到位。撬體被鏈?zhǔn)揭菩袡C(jī)送到停止器，占位開關(guān)同時(shí)占位，舉升臺(tái)把撬體舉升高位，同時(shí)舉升臺(tái)舉升到高位，下層滾床等待接撬體，執(zhí)行完一次循環(huán)。

　　3.總裝門線升降機(jī)、停止器、推車機(jī)的控制

圖4 升降機(jī)、停止器和推車機(jī)的控制

　　如圖4所示，停止器ST01占位，停止器ST02沒占位，1#升降機(jī)在高位，停止器ST02占位與ST01占位之間沒有移動(dòng)的吊具，停止器ST01打開到位，推車機(jī)T01由慢-快-慢把吊具推至ST02占位，停止器ST02占位延時(shí)1秒，推車機(jī)T01由慢-快-慢退回到位，1# 升降機(jī)由慢-快-慢下降到位，等裝完車門，經(jīng)工位工人確認(rèn)后，1#升降機(jī)由慢-快-慢上升到位，停止器ST02前面允許進(jìn)車，停止器ST01與ST02同時(shí)打開到位，推車機(jī)T01由慢-快-慢把吊具從ST02推出，把吊具從ST01推至ST02占位，停止器ST02占位延時(shí)1秒，推車機(jī)T01由慢-快-慢退回到位，1#升降機(jī)下降，執(zhí)行完一次循環(huán)。應(yīng)注意的是：升降機(jī)不在上升到位，停止器ST01/ST02必須在關(guān)閉到位，推車機(jī)必須在后退到位，否則立即停線。

　　升降機(jī)的自動(dòng)控制是項(xiàng)目中的難點(diǎn)，主要是因?yàn)樯禉C(jī)的自動(dòng)控制如果故障就有可能將設(shè)備以及車體損壞，對(duì)一次調(diào)試成功的要求很高。升降機(jī)雖然有硬件保護(hù)措施，需要特定條件，比如升降機(jī)只有在失電后，抱閘將會(huì)抱死，因此對(duì)于升降機(jī)控制程序的編寫需要反復(fù)修改，模擬試驗(yàn)，才能保證調(diào)試中的萬(wàn)無(wú)一失，不會(huì)出安全事故。

五、總結(jié)與評(píng)價(jià)

　　該項(xiàng)目于2006年4月份進(jìn)廠調(diào)試，7月份調(diào)試結(jié)束。通過(guò)對(duì)廠方操作員工進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)，熟練掌握了操作技能后，他們給出了很好的評(píng)價(jià)：

　　1.該項(xiàng)目提高了生產(chǎn)效率和管理質(zhì)量，顯著提高了工藝水平，改善了生產(chǎn)環(huán)境，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了企業(yè)的效益。

　　2.提高了生產(chǎn)的安全性，減少了事故的發(fā)生，由于該項(xiàng)目方案中對(duì)生產(chǎn)安全相當(dāng)重視，設(shè)有很多急停按鈕，在編寫程序中，對(duì)重要設(shè)備有多重保護(hù)，從而保證了設(shè)備、人身的安全。

　　3.加大了設(shè)備可靠性，safety模塊的使用對(duì)設(shè)備的輸入輸出點(diǎn)都是雙重對(duì)比的，保證每個(gè)點(diǎn)的信號(hào)都是真實(shí)可靠，設(shè)備的故障率降低了，生產(chǎn)的安全性就提高了。

六、應(yīng)用體會(huì)

　　1.Integra標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用極大的提高了效率，它規(guī)定了從畫圖、硬件、軟件和培訓(xùn)。這就保證了工程進(jìn)度不會(huì)因?yàn)槿藛T的調(diào)整而影響，而且這種標(biāo)準(zhǔn)也比較適用大的項(xiàng)目，這樣可以將項(xiàng)目細(xì)化，大家分工合作，因?yàn)樗械墓ぷ鞫际亲駨臉?biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容格式以及應(yīng)用符號(hào)都是通用的，BBDC能在很短的時(shí)間完成開發(fā)調(diào)試，很大的部分歸功于IntegraBBDC標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。

　　2.自動(dòng)化編程，由于該項(xiàng)目信號(hào)點(diǎn)多，WinCC程序的開發(fā)工作量大，而且有很多還是重復(fù)的工作，這種情況下，使用Excel表格將一些變量信息以及對(duì)象的屬性編輯，通過(guò)WinCC中的VBA功能編程實(shí)現(xiàn)編輯大量的畫面和對(duì)象，大大的提高了工作效率，而且將一些重要信息備份，也便于后期的維護(hù)。

　　3.Safety技術(shù)的應(yīng)用，極大的提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，Safety模塊保證了輸入輸出信號(hào)的可靠性，設(shè)備的安全性提高了，控制系統(tǒng)性能相應(yīng)的改善了。