現場(chǎng)總線(xiàn)系統技術(shù)應用在長(cháng)安汽車(chē)制造廠(chǎng)中

　　長(cháng)安汽車(chē)制造廠(chǎng)原來(lái)可以生產(chǎn)6種型號汽車(chē)，年產(chǎn)量在8萬(wàn)輛左右。他的總裝生產(chǎn)線(xiàn)是在80年代末引進(jìn)美國50年代技術(shù)制造的，由于在設計、制造上存在許多缺陷，導致系統有故障率高，生產(chǎn)效率低等諸多問(wèn)題。長(cháng)安公司為適應中國加入WTO后對汽車(chē)行業(yè)的沖擊，保持中國微型汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)的龍頭位置，在不斷推出新車(chē)型的同時(shí)，生產(chǎn)線(xiàn)的制造能力成為了企業(yè)發(fā)展的瓶頸。通過(guò)我們對總裝生產(chǎn)線(xiàn)的改造，大大提高了生產(chǎn)效率，將產(chǎn)量提高到20萬(wàn)輛/年，并且具備了多種車(chē)型混裝能力，可以滿(mǎn)足不斷推出新車(chē)型的生產(chǎn)需求。
二、改造方案的確定：
　　總裝車(chē)間的原生產(chǎn)線(xiàn)控制系統采用的是三菱PLC系統，傳統的控制模式。所有分布在車(chē)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(guò)BCD碼來(lái)顯示，工人對生產(chǎn)線(xiàn)的干預僅限于啟動(dòng)、停止和急停操作。根據現場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際情況，該控制系統已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)需求：
1、無(wú)法提供故障的準確檢測和判斷。時(shí)間對于總裝車(chē)間來(lái)講是分秒必爭，尤其是在產(chǎn)量達到一定規模以后。故障產(chǎn)生時(shí)，維修人員需要以最快的速度發(fā)現和解決問(wèn)題，老系統必須由工人根據報警代碼尋找故障地點(diǎn)，再根據經(jīng)驗分析原因，故障停線(xiàn)時(shí)間因此比較長(cháng)。尤其是在PLC本身發(fā)生故障時(shí)，往往會(huì )浪費更多的時(shí)間。
2、檢修困難?？傃b車(chē)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(shí)間比較長(cháng)，線(xiàn)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(wú)法為工廠(chǎng)資源管理信息系統（MRPII）提供快速、準確的生產(chǎn)信息。車(chē)間的零部件物流無(wú)法根據實(shí)際的生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行合理的調度。
　　西門(mén)子公司的PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，為這個(gè)系統提供了一個(gè)完整的解決方案。在過(guò)去的十多年里，隨著(zhù)生產(chǎn)車(chē)間自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化中分散化結構的迅速增長(cháng)，現場(chǎng)總線(xiàn)系統的應用日益普遍。其原因之一是：現場(chǎng)總線(xiàn)系統實(shí)現了數字和模擬輸入/輸出模塊、智能信號裝置和過(guò)程調節裝置與可編程邏輯控制器（PLC）和PC之間的數據傳輸，把I/O通道分散到實(shí)際需要的現場(chǎng)設備附近，使安裝和布線(xiàn)的費用開(kāi)銷(xiāo)減少到最小，從而使成本費用大大地節省。其原因之二是：標準化的現場(chǎng)總線(xiàn)具有“開(kāi)放”的通信接口，允許用戶(hù)選用不同制造商生產(chǎn)的分散I/O裝置和現場(chǎng)設備。
　　PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)系統的結構是透明和開(kāi)放的。只有這樣，工程師們才可能從市場(chǎng)上大量可供應的現場(chǎng)設備和部件中選擇最佳的產(chǎn)品組成他們自己的系統?，F場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS滿(mǎn)足了生產(chǎn)過(guò)程現場(chǎng)級數據可存取性的重要要求。一方面它覆蓋了傳感器/執行器領(lǐng)域的通信需求，另一方面又具有單元級領(lǐng)域的所有網(wǎng)絡(luò )通信功能。特別在“分散I/O”領(lǐng)域，由于有大量的、種類(lèi)齊全的、可連接的現場(chǎng)設備可供選用。同時(shí)該總線(xiàn)系統又提供了豐富的設備診斷信息，操作員可以直接通過(guò)監控計算機了解整個(gè)車(chē)間系統設備的健壯性，為故障的判斷提供直截了當的輔助手段，大大減少了故障的排除時(shí)間。
　　Profibus利用了現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(kāi)放系統互連）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(lèi)。一類(lèi)是面向用戶(hù)的第5層到第7層，另一類(lèi)是面向網(wǎng)絡(luò )的第1層到第4層。第1層到第4層描述數據從一個(gè)地方傳輸到另一個(gè)地方，而第5層到第7層給用戶(hù)提供適當的方式去訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )系統。
三、系統結構：
　　我們根據國內外類(lèi)似系統的運行管理情況以及在該行業(yè)中的實(shí)際經(jīng)驗，依照國際自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，本著(zhù)安全可靠、簡(jiǎn)單實(shí)用、先進(jìn)（十年不落后）的原則，充分發(fā)揮西門(mén)子自動(dòng)化產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢，以S7控制平臺和開(kāi)放的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )ProfibusTM體系為核心，采用最新的控制器、驅動(dòng)、網(wǎng)絡(luò )架構及工控軟件產(chǎn)品為用戶(hù)提供了一個(gè)由計算機、PLC、現場(chǎng)分布式I/O組成的多級的、開(kāi)放的、模塊化的、實(shí)時(shí)多任務(wù)的集散型可擴展數據采集和控制系統。
　　該系統采用集成工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)、控制總線(xiàn)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(gè)總裝車(chē)間的輸入/輸出信息形式多樣（包括圖像、圖形、文字、語(yǔ)音、數字等多媒體形式），信息量大，對系統功能要求高?？刂票O視任務(wù)不僅僅限于單機的檢測和控制問(wèn)題，而且還實(shí)現了對整個(gè)車(chē)間的監控、故障診斷、物流優(yōu)化、生產(chǎn)預報和調度。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(guò)程的計劃、調度、監視與自動(dòng)化控制，系統具有以下三個(gè)主要方面的功能：
1、現場(chǎng)生產(chǎn)數據的采集、分析、處理、動(dòng)態(tài)追蹤、工藝控制等前臺生產(chǎn)現場(chǎng)檢測與控制；
2、車(chē)型數據、設備故障信息、安裝工位管理等后臺信息管理；
3、車(chē)間運行監控與計劃調度指揮，內部電話(huà)監控、LED等多媒體系統。
　　為了實(shí)現以上功能的集成，總裝車(chē)間廣泛采用了多媒體技術(shù)、現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、高速以太網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、通信技術(shù)及視頻圖像監控技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，可以定義為集成現場(chǎng)工業(yè)總線(xiàn)的高速以太網(wǎng)多媒體計算機信息管理、控制系統。整個(gè)系統的架構分為三個(gè)層次.
⑴信息層：
　　總裝車(chē)間內部和同廠(chǎng)區其他部門(mén)進(jìn)行數據交換采用標準TCP/IP以太網(wǎng)結構，工業(yè)控制部分采用西門(mén)子現場(chǎng)總線(xiàn)結構。這種設計可以將生產(chǎn)信息管理網(wǎng)絡(luò )和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )區分開(kāi)來(lái)，實(shí)現信息分流，便于根據信息管理和工業(yè)控制對網(wǎng)絡(luò )速度及傳輸可靠度等性能的不同要求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )設置，既能滿(mǎn)足信息管理大量數據交互的可靠性，又能保證工控信號傳遞的實(shí)時(shí)性和準確性。監控工作站、管理工作站、現場(chǎng)信息LED服務(wù)器、數據庫及應用軟件的用戶(hù)之間通過(guò)TCP/IP通信協(xié)議實(shí)現信息的傳輸與共享。數據庫中的數據只有通過(guò)服務(wù)器才能夠與用戶(hù)、現場(chǎng)設備之間進(jìn)行信息的交流（監控計算機除外）。用戶(hù)既可以通過(guò)Windows內建的IE瀏覽器實(shí)現生產(chǎn)現場(chǎng)信息的獲取與交互，也可以直接與數據服務(wù)器進(jìn)行信息的交流，再通過(guò)監控計算機實(shí)現對現場(chǎng)設備的控制。用戶(hù)不直接參與控制現場(chǎng)設備與數據庫，既保證了數據的安全性與底層設備的健壯性和人機交互界面的透明性與友好性。
⑵控制層：
　　現場(chǎng)控制站采用以西門(mén)子S7平臺為控制核心，分布在各工藝段，PLC主站之間和中央監控計算機通過(guò)Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò )協(xié)議相連，實(shí)現控制信號的高速傳輸。PLC自動(dòng)監測重要設備的運行狀態(tài)，并對設備進(jìn)行自動(dòng)控制，可人工干預調整工藝參數變化。Profibus-FMS使用了第1層、第2層和第7層。應用層（第7層）包括FMS（現場(chǎng)總線(xiàn)報文規范）和LLI（低層接口）。FMS包含應用協(xié)議和提供的通信服務(wù)。LLI建立各種類(lèi)型的通信關(guān)系，并給FMS提供不依賴(lài)于設備的對第2層的訪(fǎng)問(wèn)。FMS處理單元級（PLC和PC）的數據通信。功能強大的FMS服務(wù)可在廣泛的應用領(lǐng)域內使用，并為解決復雜通信任務(wù)提供了很大的靈活性。
⑶設備層：
　　我們采用Profibus_DP網(wǎng)絡(luò )連接分布于車(chē)間的傳感器和執行機構，將變頻器、現場(chǎng)分布式I/O、具有總線(xiàn)接口的工藝設備等直接采用總線(xiàn)電纜連接，實(shí)現了數字和模擬輸入/輸出信號、智能信號裝置和過(guò)程調節裝置與可編程邏輯控制器（PLC）之間的數據數字化傳輸，把I/O信號通道分散到實(shí)際需要的現場(chǎng)設備附近，使安裝和布線(xiàn)的費用開(kāi)銷(xiāo)減少到最小，從而使成本費用大大地節省，實(shí)現了底層設備的低成本、高效率的信息集成模式。PROFIBUS-DP使用了第1層、第2層和用戶(hù)接口層。第3到7層未使用，這種精簡(jiǎn)的結構確保高速數據傳輸。直接數據鏈路映象程序（DDLM）提供對第2層的訪(fǎng)問(wèn)。在用戶(hù)接口中規定了PROFIBUS-DP設備的應用功能，以及各種類(lèi)型的系統和設備的行為特性。這種為高速傳輸用戶(hù)數據而優(yōu)化的PROFIBUS協(xié)議特別適用于可編程序控制器與現場(chǎng)級分散的I/O設備之間的通信。
四、系統特點(diǎn)
1．網(wǎng)絡(luò )結構：采用統一的Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，整個(gè)車(chē)間網(wǎng)絡(luò )脈絡(luò )清晰，簡(jiǎn)潔明了。
2．功能模塊：基于現場(chǎng)總線(xiàn)和應用需求的功能全面模塊化設計
3．信息管理：與工廠(chǎng)信息數據庫的充分融合，不僅可以獲取數據，還可以將總裝生產(chǎn)信息納入工廠(chǎng)信息數據庫中，為其他車(chē)間和零件庫提供生產(chǎn)指導信息。
4．條碼跟蹤：降低錯誤率、提升效率的關(guān)鍵技術(shù)
5．特色控制：完全切合用戶(hù)實(shí)際生產(chǎn)狀況，解決系統生產(chǎn)瓶頸。通過(guò)系統診斷技術(shù)、驅動(dòng)站同步控制、智能合流道岔控制等手段，解決了生產(chǎn)過(guò)程中的難題，保證生產(chǎn)正常運行。
６．監控功能：豐富易用實(shí)時(shí)性強的人機界面

結束語(yǔ)：

　　本系統在去年8月一次投運成功，至今運行穩定，通過(guò)了用戶(hù)驗收，得到了好評。該系統通過(guò)Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)將現場(chǎng)設備的控制與生產(chǎn)管理緊密結合，實(shí)現了控制、管理和監視的機電一體化，提高了生產(chǎn)線(xiàn)綜合自動(dòng)化水平，可以廣泛地應用于汽車(chē)、摩托車(chē)行業(yè)的成車(chē)總裝和發(fā)動(dòng)機總裝等生產(chǎn)環(huán)節。