Profibus現(xiàn)場總線系統(tǒng)技術在汽車制造業(yè)中的應用

長安汽車制造廠原來可以生產(chǎn)6種型號汽車，年產(chǎn)量在8萬輛左右。他的總裝生產(chǎn)線是在80年代末引進美國50年代技術制造的，由于在設計、制造上存在許多缺陷，導致系統(tǒng)有故障率高，生產(chǎn)效率低等諸多問題。長安公司為適應中國加入WTO后對汽車行業(yè)的沖擊，保持中國微型汽車生產(chǎn)企業(yè)的龍頭位置，在不斷推出新車型的同時，生產(chǎn)線的制造能力成為了企業(yè)發(fā)展的瓶頸。通過我們對總裝生產(chǎn)線的改造，大大提高了生產(chǎn)效率，將產(chǎn)量提高到20萬輛/年，并且具備了多種車型混裝能力，可以滿足不斷推出新車型的生產(chǎn)需求。

二、改造方案的確定：

總裝車間的原生產(chǎn)線控制系統(tǒng)采用的是三菱PLC系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制模式。所有分布在車間的信號靠IO電纜連接至PLC柜，設備的故障報警信息全部通過BCD碼來顯示，工人對生產(chǎn)線的干預僅限于啟動、停止和急停操作。根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)的實際情況，該控制系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)需求：

1、無法提供故障的準確檢測和判斷。時間對于總裝車間來講是分秒必爭，尤其是在產(chǎn)量達到一定規(guī)模以后。故障產(chǎn)生時，維修人員需要以最快的速度發(fā)現(xiàn)和解決問題，老系統(tǒng)必須由工人根據(jù)報警代碼尋找故障地點，再根據(jù)經(jīng)驗分析原因，故障停線時間因此比較長。尤其是在PLC本身發(fā)生故障時，往往會浪費更多的時間。

2、檢修困難?？傃b車間的信號多，而且分布面積很廣，橋架里的電纜敷設很擁擠，加之時間比較長，線號已經(jīng)模糊不清，維修工人需要更換電纜、電氣元件等需要耗費很大的工作量。

3、無法為工廠資源管理信息系統(tǒng)（MRPII）提供快速、準確的生產(chǎn)信息。車間的零部件物流無法根據(jù)實際的生產(chǎn)進度進行合理的調度。

西門子公司的PROFIBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡技術，為這個系統(tǒng)提供了一個完整的解決方案。在過去的十多年里，隨著生產(chǎn)車間自動化和過程自動化中分散化結構的迅速增長，現(xiàn)場總線系統(tǒng)的應用日益普遍。其原因之一是：現(xiàn)場總線系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入/輸出模塊、智能信號裝置和過程調節(jié)裝置與可編程邏輯控制器（PLC）和PC之間的數(shù)據(jù)傳輸，把I/O通道分散到實際需要的現(xiàn)場設備附近，使安裝和布線的費用開銷減少到最小，從而使成本費用大大地節(jié)省。其原因之二是：標準化的現(xiàn)場總線具有“開放”的通信接口，允許用戶選用不同制造商生產(chǎn)的分散I/O裝置和現(xiàn)場設備。

PROFIBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)的結構是透明和開放的。只有這樣，工程師們才可能從市場上大量可供應的現(xiàn)場設備和部件中選擇最佳的產(chǎn)品組成他們自己的系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線PROFIBUS滿足了生產(chǎn)過程現(xiàn)場級數(shù)據(jù)可存取性的重要要求。一方面它覆蓋了傳感器/執(zhí)行器領域的通信需求，另一方面又具有單元級領域的所有網(wǎng)絡通信功能。特別在“分散I/O”領域，由于有大量的、種類齊全的、可連接的現(xiàn)場設備可供選用。同時該總線系統(tǒng)又提供了豐富的設備診斷信息，操作員可以直接通過監(jiān)控計算機了解整個車間系統(tǒng)設備的健壯性，為故障的判斷提供直截了當?shù)妮o助手段，大大減少了故障的排除時間。

Profibus利用了現(xiàn)有的國家標準和國際標準。其協(xié)議以國際ISO（國際標準組織）標準OSI（開放系統(tǒng)互連）參考模型為基礎。ISO/OSI通信標準模型由7層組織，并分成兩類。一類是面向用戶的第5層到第7層，另一類是面向網(wǎng)絡的第1層到第4層。第1層到第4層描述數(shù)據(jù)從一個地方傳輸?shù)搅硪粋€地方，而第5層到第7層給用戶提供適當?shù)姆绞饺ピL問網(wǎng)絡系統(tǒng)。

三、系統(tǒng)結構：

我們根據(jù)國內外類似系統(tǒng)的運行管理情況以及在該行業(yè)中的實際經(jīng)驗，依照國際自動控制領域的發(fā)展趨勢，本著安全可靠、簡單實用、先進（十年不落后）的原則，充分發(fā)揮西門子自動化產(chǎn)品的技術優(yōu)勢，以S7控制平臺和開放的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡ProfibusTM體系為核心，采用最新的控制器、驅動、網(wǎng)絡架構及工控軟件產(chǎn)品為用戶提供了一個由計算機、PLC、現(xiàn)場分布式I/O組成的多級的、開放的、模塊化的、實時多任務的集散型可擴展數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)采用集成工業(yè)現(xiàn)場總線、控制總線和100/1000M高速以太網(wǎng)組成的混合三層體系結構，既支持基于瀏覽器的B/S結構體系，也支持C/S結構體系。

整個總裝車間的輸入/輸出信息形式多樣（包括圖像、圖形、文字、語音、數(shù)字等多媒體形式），信息量大，對系統(tǒng)功能要求高。控制監(jiān)視任務不僅僅限于單機的檢測和控制問題，而且還實現(xiàn)了對整個車間的監(jiān)控、故障診斷、物流優(yōu)化、生產(chǎn)預報偷鞫?。以PLC和計算機為核心的信息處理機制完成對綜合信息的管理、生產(chǎn)過程的計劃、調度、監(jiān)視與自動化控制，系統(tǒng)具有以下三個主要方面的功能：

1、現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、動態(tài)追蹤、工藝控制等前臺生產(chǎn)現(xiàn)場檢測與控制；

2、車型數(shù)據(jù)、設備故障信息、安裝工位管理等后臺信息管理；

3、車間運行監(jiān)控與計劃調度指揮，內部電話監(jiān)控、LED等多媒體系統(tǒng)。