汽車涂裝車間的自動(dòng)控制組成

楊晨雨 張樂

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

中國汽車行業(yè)從21世紀(jì)開始發(fā)展迅速，據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)計(jì)，2018年中國汽車產(chǎn)銷分別完成2780.9萬輛和2808.1萬輛，如此龐大的產(chǎn)量需要汽車主機(jī)廠高度的自動(dòng)化生產(chǎn)線，才能保障生產(chǎn)的可靠性。自動(dòng)化作為工業(yè)4.0的基礎(chǔ)，其重要程度不言而喻。本文以西門子公司產(chǎn)品構(gòu)建符合現(xiàn)代化的汽車涂裝車間，對汽車涂裝車間自動(dòng)化組成進(jìn)行介紹。

一、機(jī)運(yùn)電控系統(tǒng)概述

機(jī)運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依照涂裝機(jī)械工程師提供的自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書完成。

為了能對涂裝車間機(jī)械化輸送系統(tǒng)進(jìn)行全面和可靠的自動(dòng)控制，同時(shí)考慮到控制的靈活性、控制管理的方便性、控制系統(tǒng)規(guī)模的可行性和可靠性等方面的因素，涂裝車間機(jī)運(yùn)電控系統(tǒng)采用二級控制方式，第一級為下位實(shí)時(shí)控制處理級，第二級為上位控制數(shù)據(jù)管理級。下位實(shí)時(shí)控制處理級采用一套可編程控制器（PLC）來完成本區(qū)域內(nèi)機(jī)運(yùn)輸送設(shè)備的實(shí)時(shí)手自動(dòng)控制。上位控制數(shù)據(jù)管理級由中控室服務(wù)器及中控室1臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)，采用工業(yè)以太網(wǎng)連接，各區(qū)域機(jī)運(yùn)PLC之間采用Profinet總線相連接，實(shí)現(xiàn)對下位實(shí)時(shí)級的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形界面顯示、數(shù)據(jù)打印等。

二、機(jī)運(yùn)電控系統(tǒng)組成

機(jī)運(yùn)電控系統(tǒng)采用以PLC為核心的集中控制方式，控制區(qū)域內(nèi)設(shè)備采用分段方式來單獨(dú)供動(dòng)力電，現(xiàn)場安全保護(hù)區(qū)域內(nèi)的控制箱體和主控柜內(nèi)設(shè)置有安全控制回路，主控柜內(nèi)電源有兩種供電方式，其中處理器電源、PLC I/O電源、總線電源、按鈕操作站及柜內(nèi)照明、插座都采用主開關(guān)不切斷供電方式；控制回路電源、空調(diào)電源采用主開關(guān)切斷供電方式，并且都經(jīng)過變壓器隔離。控制的核心由一臺(tái)PLC完成，PLC包含有以太網(wǎng)通訊模塊，Profinet總線模塊、數(shù)字輸入輸出模塊，CPU型號為CPU319F。現(xiàn)場設(shè)有機(jī)運(yùn)遠(yuǎn)程控制柜RCP，按鈕操作站BS，其遠(yuǎn)程IO模塊均掛在Profinet總線上與PLC進(jìn)行通訊。

遠(yuǎn)程控制柜，現(xiàn)場按鈕操作站等這些子站都可以通過Profinet總線掛到PLC上。現(xiàn)場設(shè)備的接近開關(guān)信號分別接入相應(yīng)的電子接線盒中，再由電子接線盒接入現(xiàn)場操作站中。這樣PLC與下面的子站就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和控制，同時(shí)PLC通過以太網(wǎng)模塊上傳信息給上位系統(tǒng)，通過上位機(jī)就可以監(jiān)視該區(qū)域設(shè)備的運(yùn)行狀況，修改程序。

本區(qū)域控制柜分為MCP（主控柜）和RCP（遠(yuǎn)控柜），MCP與RCP柜采用聯(lián)柜方式，該聯(lián)柜由多個(gè)單體控制柜通過并柜件連接在一起，每個(gè)柜體配單獨(dú)底座，柜內(nèi)元件布置主要有斷路器、接觸器、變頻器、PLC、變壓器、直流電源、繼電器，柜門上元件主要有總電源開關(guān)、控制按鈕、指示燈及相應(yīng)指示標(biāo)牌，在MCP及RCP柜頂安裝有三色柱狀報(bào)警燈。主控柜及現(xiàn)場操作站急停按鈕的觸點(diǎn)接入柜內(nèi)安全DI回路，現(xiàn)場急停按鈕被按下或?qū)τ谟邢肋B鎖區(qū)域，當(dāng)消防信號發(fā)出時(shí)，主控回路被切斷，區(qū)域內(nèi)所有設(shè)備380VAC動(dòng)力電源和控制回路電源被切斷，對于非變頻設(shè)備，控制其運(yùn)轉(zhuǎn)的接觸器全部由PLC輸出的接觸器觸點(diǎn)來控制。

此外，機(jī)運(yùn)控制區(qū)域還包含有多個(gè)按鈕操作站。按鈕操作站上設(shè)有“自動(dòng)-手動(dòng)-維護(hù)”、“轉(zhuǎn)換開關(guān)”、“自動(dòng)啟動(dòng)”按鈕、“驗(yàn)燈”按鈕、“故障復(fù)位”按鈕、“急停”按鈕以及設(shè)備動(dòng)作按鈕，此外還有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指示燈、紅色柱狀報(bào)警燈等，操作站內(nèi)布置有直流電源、總線模塊和遠(yuǎn)程IO模塊。

三、機(jī)運(yùn)電控系統(tǒng)功能

（一）涂裝輸送線傳輸控制功能

1.可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)方式下的機(jī)械化輸送控制及生產(chǎn)節(jié)拍控制、路由控制、先入先出控制；2.自動(dòng)實(shí)現(xiàn)工件在輸送過程中的停止、放送；3.自動(dòng)實(shí)現(xiàn)工件輸送過程中的分流；4.自動(dòng)實(shí)現(xiàn)工件在工藝段預(yù)定節(jié)拍和頻率的處理和輸送；5.自動(dòng)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)區(qū)工件先入先出原則；6.自動(dòng)實(shí)現(xiàn)工件在涂裝線上的相對位置及部分位置工件數(shù)量的統(tǒng)計(jì)。

（二）安全保護(hù)功能

涂裝車間一層升降機(jī)工位設(shè)有一對或兩對光電開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)對設(shè)備檢修、人員非法進(jìn)入、橫穿設(shè)備、緊急情況下的安全保護(hù)，當(dāng)人員穿過光電開關(guān)時(shí)，光電開關(guān)信號被切斷，升降機(jī)停止運(yùn)行。

（三）故障檢測功能

1.傳感器故障檢測；2. 變頻控制器故障檢測；3. 總線站點(diǎn)故障檢測；4.PLC I/O模塊故障檢測；5.電機(jī)過載檢測。

（四）顯示功能

1.操作主畫面顯示；2.控制區(qū)域設(shè)備狀態(tài)顯示；3.總線站點(diǎn)狀態(tài)顯示；4.控制區(qū)域設(shè)備實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警記錄詳細(xì)顯示；5.各操作站狀態(tài)歷史記錄顯示；

四、設(shè)備電控系統(tǒng)概述

為了能對涂裝車間設(shè)備電控系統(tǒng)進(jìn)行全面和可靠的自動(dòng)控制，同時(shí)考慮到控制的靈活性、控制管理的方便性、控制系統(tǒng)規(guī)模的可行性和可靠性等方面的因素，涂裝車間工藝設(shè)備電控系統(tǒng)采用二級控制方式，第一級為下位實(shí)時(shí)控制處理級，第二級為上位控制數(shù)據(jù)管理級。下位實(shí)時(shí)控制處理級采用一套可編程控制器（PLC）來完成本區(qū)域內(nèi)工藝設(shè)備的實(shí)時(shí)手自動(dòng)控制。上位控制數(shù)據(jù)管理級由中控室服務(wù)器及中控室1臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)，采用工業(yè)以太網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)對下位實(shí)時(shí)級的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形界面顯示、數(shù)據(jù)打印等。

電控系統(tǒng)采用以PLC為核心的集中控制方式，主控柜內(nèi)電源有兩種供電方式，其中PLC處理器電源、PLC I/O模塊電源、總線電源、柜內(nèi)照明、插座都采用主開關(guān)不切斷供電方式；控制回路電源、空調(diào)電源采用主開關(guān)切斷供電方式，并且控制回路電源經(jīng)過變壓器隔離。控制的核心由PLC完成，PLC包含有以太網(wǎng)網(wǎng)模塊、Profinet總線模塊、數(shù)字輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊，CPU型號為CPU319F。通過以太網(wǎng)，上傳信息給上位系統(tǒng)，通過上位機(jī)或其它以太網(wǎng)接口處就可以監(jiān)視該區(qū)域設(shè)備的運(yùn)行狀況，修改程序。

五、設(shè)備電控系統(tǒng)功能

（一）可實(shí)現(xiàn)涂裝車間設(shè)備系統(tǒng)全自動(dòng)生產(chǎn)方式下的水泵、風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，溫度、液位、閥門開、關(guān)控制

（二）故障檢測功能

1.總線站點(diǎn)故障檢測；2.PLC I/O模塊故障檢測；3.水泵、風(fēng)機(jī)壓力報(bào)警；4.液位、溫度報(bào)警

（三）顯示功能

1.操作主畫面顯示；2.控制區(qū)域設(shè)備狀態(tài)顯示；3.總線站點(diǎn)狀態(tài)顯示；4.控制區(qū)域設(shè)備實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警記錄詳細(xì)顯示；

（四）操作方式

1.手動(dòng)操作方式。將MCP（主控柜）上的模式轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到“手動(dòng)”模式，該控制區(qū)域設(shè)備就處于"手動(dòng)"操作方式，設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)就需通過聯(lián)鎖邏輯和動(dòng)作按鈕來完成。

2.自動(dòng)操作方式。將MCP（主控柜）上的模式轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到“自動(dòng)”模式，該控制區(qū)域設(shè)備就處于“自動(dòng)”準(zhǔn)備模式，此時(shí)按下“系統(tǒng)啟動(dòng)”按鈕，設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)就通過聯(lián)鎖邏輯自動(dòng)來完成。

六、結(jié)束語

汽車涂裝車間作為汽車主機(jī)廠四大車間工藝最復(fù)雜，自動(dòng)化程度最高的車間，代表了現(xiàn)代化主機(jī)廠技術(shù)發(fā)展水平，本文簡單介紹了涂裝車間最基本的自動(dòng)化組成結(jié)構(gòu)，其他組成版塊在以后繼續(xù)深入探討。