工業(yè)以太網(wǎng)及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在汽車(chē)加工業(yè)中的發(fā)展與應(yīng)用

前言

2004年10月，國(guó)家頒布了《缺陷汽車(chē)產(chǎn)品召回管理規(guī)定》，汽車(chē)產(chǎn)品鏈特點(diǎn)是涉及到的環(huán)節(jié)多、工序長(zhǎng)。以發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋為例，從毛坯的上線(xiàn)到成品下線(xiàn)，中間工序20多個(gè)，涉及設(shè)備上百臺(tái)，一道工序出問(wèn)題，可能會(huì)造成某批零件存在召回的風(fēng)險(xiǎn)。為減少損失，必須盡可能精確追溯所有零件，減少召回的汽車(chē)數(shù)量。隨著國(guó)家法律法規(guī)的完善，召回也會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格，因此，自動(dòng)監(jiān)控可追溯系統(tǒng)將是汽車(chē)加工發(fā)展的趨勢(shì)。

神龍公司襄樊工廠(chǎng)16氣閥缸蓋線(xiàn)是采用高速加工中心、自動(dòng)上下料機(jī)械手、部分機(jī)器人組成的生產(chǎn)線(xiàn)，采用Profibus總線(xiàn)、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，使全線(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、零件自動(dòng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)零件的可追溯。

1.Profibus簡(jiǎn)介及工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展

Profibus 是德國(guó)90年代初制定的國(guó)家工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，代號(hào)為DIN19245。1996 年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，1999年底成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的組成部分，已被全世界接受。2001年11月，成為第一個(gè)進(jìn)入中國(guó)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，在全世界得到廣泛運(yùn)用。

Profibus根據(jù)其應(yīng)用特點(diǎn)可分為Profibus-DP、PROFIBUS-FMS、Profibus-PA三個(gè)兼容版本。Profibus DP是一種工作于12MB的RS—485 I/O網(wǎng)絡(luò)，是一種主—從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最多有126個(gè)節(jié)點(diǎn)和244字節(jié)消息，傳輸速率快。

新缸蓋線(xiàn)采用Profibus-DP技術(shù)，通過(guò)Profibus-DP 模塊取代價(jià)格昂貴的 24V 或 0～20mA 并行信號(hào)線(xiàn)。在使用過(guò)程中，其系統(tǒng)的開(kāi)放性、互可操作性與互用性、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)得到充分體現(xiàn)，節(jié)省了硬件數(shù)量與投資、安裝及設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，也提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。

眾所周知，以太網(wǎng)是一種可靠的通信標(biāo)準(zhǔn)，它主要用于商業(yè)上的數(shù)據(jù)處理，各類(lèi)機(jī)構(gòu)、銀行和工業(yè)部門(mén)之間廣泛的數(shù)據(jù)文件交換，包括國(guó)內(nèi)的和國(guó)際的，這也是以太網(wǎng)廣為應(yīng)用的緣故。轉(zhuǎn)入工業(yè)自動(dòng)化之后，其應(yīng)用主要是解決管理層、生產(chǎn)指揮層和控制層的任務(wù)。發(fā)展到今天是用以太網(wǎng)將企業(yè)中心和自動(dòng)化島嶼連接在一起，而真正的自動(dòng)化任務(wù)是下級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)來(lái)解決的。因此，處理好工業(yè)以太網(wǎng)與下級(jí)PLC、NC、工業(yè)智能儀表之間的接口，是實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守工廠(chǎng)及零件可追溯系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，也是自動(dòng)化、信息化工廠(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。

2.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)配置

為構(gòu)架設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，我們首先利用Profibus-DP總線(xiàn)將部分設(shè)備連接起來(lái)，組成自動(dòng)化島嶼，自動(dòng)化島嶼各設(shè)備之間遵循傳統(tǒng)的PLC、NC等信息交換及設(shè)備控制，然后通過(guò)特定的通訊模塊連接工業(yè)以太網(wǎng)HUB，將自動(dòng)化島嶼掛靠在以太網(wǎng)上，組建車(chē)間內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，采集到的信號(hào)交工業(yè)PC機(jī)處理，最后利用特殊的計(jì)算機(jī)人機(jī)界面軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)備與人的信息交換。

首先介紹通過(guò)Profibus-DP架設(shè)自動(dòng)化島，以O(shè)P75、OP80為例，Profibus-DP將三臺(tái)設(shè)備聯(lián)起來(lái)，設(shè)定為一主多從的模式，如圖1。

圖1 自動(dòng)化島嶼示意圖

從圖1可以看出，PROFIBUS總線(xiàn)將OP75、OP80操作面板、ET200X聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)Simens編程及參數(shù)配置完成數(shù)據(jù)的通訊，形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的自動(dòng)化島嶼。CPU與CPU之間的聯(lián)系是通過(guò)CP342-5通訊接口區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，我們可以通過(guò)配置PROFIBUS DP主從站，連接上以后主CPU調(diào)用程序SFC14、SFC15對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，從站在程序塊OB1中調(diào)用FC1、FC2建立通訊區(qū)，即可完成參數(shù)規(guī)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送、接收，完成自動(dòng)化島嶼內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換。

3.ID卡的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)零件可追溯

由于新缸蓋零件的加工綁定在托盤(pán)上的，是為實(shí)現(xiàn)零件加工的可追溯，以及托盤(pán)X、Y、Z方向的自動(dòng)補(bǔ)償，我們?cè)诿恳粋€(gè)托盤(pán)上加裝了8K的ID卡，實(shí)時(shí)記錄了每一個(gè)托盤(pán)及零件的狀態(tài)，為便于設(shè)備讀寫(xiě)ID卡數(shù)據(jù)，我們對(duì)ID存儲(chǔ)區(qū)地址做了詳細(xì)規(guī)定，見(jiàn)表1。

表1ID存儲(chǔ)區(qū)規(guī)定

每一道工序都有它的專(zhuān)屬區(qū)域，例如：M100-124為OP10，M125-M149為OP15，M125-M149為OP20，M125-M149為OP30，等等。當(dāng)下道工序入口處ID讀寫(xiě)器讀出ID卡內(nèi)容時(shí)，在程序中編寫(xiě)有自動(dòng)校驗(yàn)功能，如果上道工序沒(méi)有寫(xiě)入完成信號(hào)，機(jī)床自動(dòng)將零件排出，防止漏工序加工，同時(shí)報(bào)警提示操作人員。如果ID卡中標(biāo)志為NG，機(jī)床也不加工而自動(dòng)排出，做到防差錯(cuò)的功能。