DeviceNet現場(chǎng)總線(xiàn)的汽車(chē)涂裝線(xiàn)控制系統設計

一、概述

DeviceNet現場(chǎng)總線(xiàn)是世界一流的自動(dòng)化控制和信息解決方案供應商美國羅克韋爾自動(dòng)化(Rockwell Automation)公司推出的最優(yōu)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)NetLinx的底層網(wǎng)絡(luò )。

1.1 DeviceNet系統組成：

一個(gè)完整的DeviceNet網(wǎng)絡(luò )由以下幾部分組成：

① 主控器(PLC或PC)

② 現場(chǎng)輸入/輸出模塊：用于連接工業(yè)控制系統中的各種現場(chǎng)裝置，如：傳感器、按鈕、指示燈、閥門(mén)、變送器等，產(chǎn)品包括可直接安裝在惡劣工業(yè)環(huán)境的IP67防護等級的輸入/輸出模塊和適合安裝在操作臺和控制柜中的IP20防護等級的輸入/輸出模塊。

③ 其他現場(chǎng)裝置：變頻器，人機界面等復雜的現場(chǎng)裝置，可以通過(guò)獨立的DeviceNet接口連接到現場(chǎng)總線(xiàn)上，以獲取更多的信息。

④電纜及網(wǎng)絡(luò )附件：各種總線(xiàn)電纜、輔助電源電纜、連接現場(chǎng)輸入/輸出裝置的電纜和接插件、無(wú)源多端口接線(xiàn)盒、總線(xiàn)T型頭、電源T型頭、終端電阻等。

1.2 DeviceNet系統特點(diǎn)：

① DeviceNet具有強大的抗電磁干擾的能力。

② 軟件支持在線(xiàn)自動(dòng)建立系統，使用更方便。網(wǎng)絡(luò )最多支持64個(gè)節點(diǎn)。

③ 總線(xiàn)電源與通訊信號使用同一電纜。

④ 通訊速率/通訊距離。

在汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)中，輸送設備是汽車(chē)生產(chǎn)流水線(xiàn)的主干，高效率的汽車(chē)生產(chǎn)必然要求先進(jìn)的生產(chǎn)線(xiàn)控制方式。早期采用的是傳統的PLC集中控制，控制系統精度低、操作不便;所有的數字量與模擬量I/O點(diǎn)均從PLC柜內接線(xiàn)，導線(xiàn)用量大、布線(xiàn)復雜、故障率高，給現場(chǎng)調試和維護帶來(lái)了諸多不便，嚴重地影響了生產(chǎn)，已不適應現代化汽車(chē)企業(yè)的生產(chǎn)要求。

針對上述存在問(wèn)題，提出一種在汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行車(chē)身輸送并實(shí)現自動(dòng)化控制的系統。

二、汽車(chē)涂裝生產(chǎn)線(xiàn)控制系統設計

2.1 控制系統主要組成

上海匯眾汽車(chē)儀征輕客基地油漆車(chē)間包括前處理、電泳底漆、密封膠、中涂漆、面漆和空腔注蠟等工序。

本汽車(chē)涂裝生產(chǎn)線(xiàn)控制系統，包括輸送系統、控制系統和輸出系統，其中：

輸送系統包括用于將車(chē)身輸送至各個(gè)工序的鏈條輸送機、滾床、移行機、旋轉裝置、升降機以及多個(gè)檢測單元;

控制系統包括電泳烘干控制模塊、噴涂控制模塊和面漆檢查控制模塊，基于DeviceNet現場(chǎng)總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )，其上連接的輸入設備有按鈕、急停開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)和PLC，用于通過(guò)DeviceNet網(wǎng)絡(luò )控制上述輸送系統的傳輸;

輸出系統基于EtherNet網(wǎng)絡(luò )，用于將電泳烘干控制模塊、噴涂控制模塊和面漆檢查控制模塊與EtherNet上的監控計算機連接，應用組態(tài)軟件可以顯示各生產(chǎn)設備的運行狀態(tài)、運行參數、自動(dòng)故障報警，記錄故障點(diǎn)，調出相關(guān)的控制程序。

2.2 各分系統主要組成

基于DeviceNet及As-i現場(chǎng)總線(xiàn)的汽車(chē)涂裝生產(chǎn)線(xiàn)控制系統，共分為三個(gè)工序: 電泳烘干工序、噴涂工序和面漆檢查工序。以上三個(gè)工序各自使用一組控制模塊，電泳烘干控制模塊、噴涂控制模塊和面漆檢查控制模塊，每組控制柜各配有一套 OMRON CS1系列PLC，三臺PLC將通過(guò)Controller Link網(wǎng)連接，同時(shí)通過(guò)Ethernet網(wǎng)連接監控計算機。每套PLC還采用一個(gè)人機界面作現場(chǎng)監控。

圖1是本汽車(chē)涂裝生產(chǎn)線(xiàn)控制系統，包括輸送系統1、控制系統2和輸出系統3，其中：輸送系統1包括用于將車(chē)身輸送至各個(gè)工序的鏈條輸送機、滾床、移行機、旋轉裝置、升降機，輸送系統還包括吊掛車(chē)身的懸掛積放鏈、用于運送車(chē)身的空中滑橇系統、用于移動(dòng)車(chē)身的地面滑橇系統、升降機、移行機等。設備數量多，具有高度的分散性，這導致I/O點(diǎn)數多，控制線(xiàn)路長(cháng)。須采用以DeviceNet為底層網(wǎng)絡(luò )的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統。

圖1 汽車(chē)涂裝生產(chǎn)線(xiàn)控制系統的示意

控制系統2包括電泳烘干控制模塊、噴涂控制模塊和面漆檢查控制模塊，各個(gè)控制模塊基于DeviceNet現場(chǎng)總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )，其上連接的輸入設備有按鈕、急停開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)和中控計算機(PLC)，用于通過(guò)DeviceNet網(wǎng)絡(luò )控制上述輸送系統的傳輸，并通過(guò) Controller Link使各個(gè)工序之間相互通信。Controler Link是OMRON的主要的FA級別的網(wǎng)絡(luò )，它支持在PLC之間及PLC和上位機之間的自動(dòng)數據鏈接，也可以使用信息服務(wù)進(jìn)行可編程的數據傳送，可以得到高容量，柔性數據鏈接及高容量的數據傳送，對低成本的通信系統，可使用雙絞線(xiàn)電纜。

輸出系統3將電泳烘干控制模塊的PLC連接到 EtherNet上的監視計算機3，應用組態(tài)軟件可以顯示各生產(chǎn)設備的運行狀態(tài)、運行參數、自動(dòng)故障報警，紀錄故障點(diǎn)，調出相關(guān)的控制程序，可執行多種通信：用TCP/IP傳送數據或UDP/IP Socket Services,執行OMRON標準FINS指令，用FINS傳送數據或用STMP傳送郵件，根據需要選擇通信服務(wù)，并將PLC柔性的連接到信息級別的 Ethernet網(wǎng)絡(luò )上。

圖2 汽車(chē)涂裝生產(chǎn)線(xiàn)控制系統的電泳烘干工序現場(chǎng)平面圖

圖2是電泳烘干工序現場(chǎng)平面圖，電泳烘干及冷卻部分輸送系統是整個(gè)涂裝生產(chǎn)線(xiàn)的長(cháng)度是最長(cháng)的，輸送線(xiàn)的任務(wù)就是把工件按照人的要求從位置A移向位置B,動(dòng)作方式多種多樣,有直線(xiàn)、旋轉、上下、按需停止、不同速度的切換等等。實(shí)現同樣功能的往往是相同類(lèi)型的設備，所以整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的設備類(lèi)型有限而依靠控制來(lái)實(shí)現參數不同的功能。汽車(chē)生產(chǎn)輸送線(xiàn)常見(jiàn)設備有鏈條輸送機、滾床、移行機、旋轉裝置、升降機等等。

在此以生產(chǎn)線(xiàn)的一部分(電泳烘干及冷卻)的設計過(guò)程為例(此部分包括幾個(gè)典型的輸送設備)，來(lái)說(shuō)明控制任務(wù)是如何通過(guò)基于現場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統來(lái)實(shí)現的。此部分生產(chǎn)線(xiàn)輸送設備的任務(wù)是完成電泳烘干到打磨前的工件輸送。按流程順序它包括鏈式升降機PL-C1(4m)、單速滾床PGD-C7(6m)、雙速滾床PGS-C1(2.7m)、電泳烘干雙鏈(52.1m)、雙速滾床PGS-C2(2.7m)、鏈式升降機PL-C2(4m)、單速滾床PGD- C8(6m)、單速滾床PGD-C9(8.9m)、單速滾床PGD-C10(6m)、移行裝置(PTR-C1)、旋轉裝置(PRO-C3)、單鏈LD- 2(74.6m)、停止器ST-C2、停止器ST- C2-1。設備自動(dòng)運行時(shí)的主要依據是車(chē)身位置。一般情況下單速滾床需布置檢測點(diǎn)和停止點(diǎn)，雙速滾床需布置檢測點(diǎn)和減速點(diǎn)，停止器需設占位、開(kāi)端、閉端、復位，升降機需設上限、下限、上升減速、下降減速、上升限位、下降限位以及斷鏈保護，移行裝置和旋轉裝置各需設兩個(gè)位置檢測及一個(gè)減速點(diǎn)。減速點(diǎn)的使用一般都起到緩沖高速的作用。在貫通上下樓層的升降機旁側還需布置作業(yè)人員侵入的檢測點(diǎn)，以防事故發(fā)生。這樣，整個(gè)涂裝車(chē)間將使用大量的位置傳感器，包括接近開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)等。