基于CompactLogix和DeviceNet的汽車涂裝車間輸送控制系統(tǒng)

邱小青

摘要：本文以上汽通用五菱汽車股份有限公司河西基地東部涂裝車間A線為背景，闡述了基于CompactLogix和DeviceNet的控制系統(tǒng)在汽車涂裝車間生產(chǎn)線輸送控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和監(jiān)控畫面的開發(fā)，形成一個(gè)符合GM標(biāo)準(zhǔn)、高安全性、高可靠性、高自動(dòng)化程度的一體化控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：涂裝車間；輸送控制系統(tǒng)

1.汽車涂裝輸送控制系統(tǒng)

1.1汽車涂裝工藝流程

上汽通用五菱汽車股份有限公司河西基地東部涂裝車間A線工藝流程如圖1。

焊裝車間的白車身輸送進(jìn)入涂裝車間，經(jīng)過轉(zhuǎn)接進(jìn)入涂裝車間的C型鉤吊具運(yùn)輸，白車身經(jīng)過前處理和電泳之后轉(zhuǎn)至滑撬運(yùn)輸，進(jìn)入電泳烘爐烘干，依次往后輸送…直到質(zhì)檢精修后換撬進(jìn)入總裝車間，完成在涂裝車間的噴涂工藝。

1.2 汽車涂裝輸送控制系統(tǒng)

汽車涂裝輸送控制系統(tǒng)是根據(jù)所確定的涂裝車間工藝需求完成整個(gè)工藝過程的自動(dòng)化運(yùn)輸控制。上汽通用五菱汽車股份有限公司河西基地東部涂裝車間A線輸送控制系統(tǒng)依據(jù)工藝流程將輸送系統(tǒng)設(shè)備共劃分為10個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)有一個(gè)以CompactLogix1769-L35E為控制樞紐的MCP柜和若干個(gè)RCP柜組成，CompactLogix PLC與上位機(jī)之間依靠以太網(wǎng)EtherNet/IP來實(shí)現(xiàn)控制信息及數(shù)據(jù)傳送，而CompactLogixPLC到各個(gè)子操作站，操作站到輸送設(shè)備及變頻器（固定滾床、旋轉(zhuǎn)滾床、移行機(jī)、升降機(jī)、單鏈、雙鏈等）之間的信息數(shù)據(jù)傳送是依靠DeviceNet完成的。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1電源架構(gòu)

如圖2總體硬件架構(gòu)所示，電源架構(gòu)采用集中控制，對(duì)于關(guān)鍵設(shè)備采用局部集中控制。PDP提供380VAC電源給集中控制柜和現(xiàn)場(chǎng)的局部集中控制柜，同時(shí)通過柜內(nèi)的變壓器提供220VAC熱電源和控制電源給MCP柜，把PDP柜和附近的集中控制柜合成一個(gè)大柜體。

MCP柜作為整個(gè)控制區(qū)域的核心，柜內(nèi)設(shè)置PLC、IO、繼電器及相關(guān)控制元器件。MCP通過柜內(nèi)變壓器轉(zhuǎn)化為24VDC電源，提供給BS（操作站）、設(shè)備DeviceNet、繼電器等元器件24VDC 電源。

每個(gè)控制區(qū)配置一臺(tái)設(shè)備監(jiān)控臺(tái)，通過以太網(wǎng)絡(luò)連接與PLC之間通信，維護(hù)監(jiān)控臺(tái)具有查看本區(qū)域所有報(bào)警信息、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)連接狀態(tài)、設(shè)備布置及狀態(tài)等相關(guān)功能。

2.2網(wǎng)絡(luò)框架

圖2所示，其網(wǎng)絡(luò)框架主要包括網(wǎng)絡(luò)、安全、PLC / HMI、控制硬件和通訊架構(gòu)、主要元器件、通用元器件（驅(qū)動(dòng)、開關(guān)、閥等）、通用設(shè)備。

每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)DeviceNet上的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量基于相應(yīng)系統(tǒng)的要求，對(duì)于輸送系統(tǒng)，為保障其穩(wěn)定性，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量不超過30個(gè)，所有的網(wǎng)絡(luò)被配置成250K 的波特率。涂裝車間輸送控制系統(tǒng)的10個(gè)區(qū)域，每個(gè)PLC 控制區(qū)域配置一臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)，完成本控制區(qū)的PLC、維護(hù)監(jiān)護(hù)臺(tái)以及HMI 的連接。設(shè)備工業(yè)以太網(wǎng)往交換機(jī)傳輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)、報(bào)警信息數(shù)據(jù)等。

2.3控制區(qū)域

從變頻器連接現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)的電纜，全部采用屏蔽電纜這可屏蔽變頻器輸出線路變頻器對(duì)控制線路的干擾，所有相對(duì)移動(dòng)的電纜，都采用高柔性電纜，其中包括動(dòng)力電纜、控制電纜、DeviceNet電纜以及開關(guān)電纜等，并配合上拖鏈或則線夾一起使用。

保留PDP和MCP的設(shè)置，把集中控制柜和PDP合成一個(gè)柜體，變頻器和接觸器控制的設(shè)備放在集中控制柜體中。每個(gè)控制區(qū)的主控柜設(shè)置聲光報(bào)警，提示該區(qū)域產(chǎn)生故障。

在輸送系統(tǒng)的BS操作中，提供手動(dòng)，維護(hù)和自動(dòng)三種模式。在手動(dòng)模式下，輸送所有的操作都是獨(dú)立的，并且在操作時(shí)設(shè)備之間存在安全連鎖關(guān)系。

對(duì)于輸送控制系統(tǒng)所有的電機(jī)都采用變頻器控制，變頻器直接由IO 端子進(jìn)行控制。用于控制變頻器及直接啟動(dòng)電機(jī)的接觸器、抱閘信號(hào)、維修開關(guān)、斷路器等信號(hào)信息均反饋到PLC 中，而從可對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的信息通過上位系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

2.4安全設(shè)計(jì)

急停按鈕采用雙通道，兩個(gè)觸點(diǎn)輸入，區(qū)域之間的急停聯(lián)鎖采用硬接線方式。

輸送控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的聯(lián)鎖信號(hào)均采用硬接線方式且信號(hào)連鎖采用雙通道冗余連接。

3.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與監(jiān)控界面開發(fā)

3.1控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊

每個(gè)區(qū)DeviceNet總線上接入一臺(tái)CompactLogix1769-L35E，以其作為網(wǎng)絡(luò)的主設(shè)備，通過掃描模塊1769-SDN去獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信息，控制和監(jiān)測(cè)從設(shè)備；CompactLogix1769-L32E控制器通過內(nèi)置以太網(wǎng)接口接入EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)，與上位機(jī)進(jìn)行通信，進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的信息處理與可視化監(jiān)控。

如圖3所示，掃描模塊1769-SDN作為PLC和DeviceNet設(shè)備之間的接口，它允許控制器對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的從設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀入和輸出，以及信息的接收與發(fā)送，并進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集。通信軟件RSLinx、及組態(tài)軟件RSNetworx用于控制器與上位機(jī)通過EtherNet/IP、與遠(yuǎn)程I/O通過DeviceNet進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。

3.2 控制程序的編輯

Rslogix5000作為程序的編輯平臺(tái)。所有程序都是任務(wù)下的組織結(jié)構(gòu)，由一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)和多個(gè)子程序組成。每個(gè)程序都擁有一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)，在這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)建立的數(shù)據(jù)標(biāo)簽只能被本程序內(nèi)的子程序引用，且都是內(nèi)部數(shù)據(jù)，每個(gè)程序中必須指定一個(gè)子程序?yàn)橹骺爻绦颍溆嗟淖映绦蚓芍骺爻绦蛑械淖映绦蛑噶睿↗SR）調(diào)用。編程軟件與處理器的連接通訊通過EtherNet/IP來實(shí)現(xiàn)。

3.3監(jiān)控界面的開發(fā)

本控制系統(tǒng)HMI的開發(fā)所使用的軟件是Cimpicity。HMI用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警的顯示以及報(bào)表的生成等，如圖4。

4.結(jié)束語

CompactLogix 1769-L35E配以現(xiàn)場(chǎng)DeviceNet的控制構(gòu)架大大減少了控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)布線，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相比，具有安裝成本低、可靠性高、組態(tài)方便、通信高速高效、實(shí)時(shí)控制好等諸多優(yōu)點(diǎn)，從上汽通用五菱汽車股份有限公司河西基地東部涂裝車間A線兩年多來的穩(wěn)定運(yùn)行情況來看，基于CompactLogix和DeviceNet的輸送控制系統(tǒng)是一個(gè)優(yōu)良的控制系統(tǒng)解決方案。

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