PLC-5在總裝車間電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

汽車制造廠的輸送線和裝配線的控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，它需要控制道岔、停止器、捕捉器、隔離開關(guān)、急停開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、傳送機(jī)、張緊器、提升機(jī)、舉升臺等許多執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在奇瑞公司二期工程總裝車間里，采用兩條裝配線實(shí)現(xiàn)了四種車型的混線生產(chǎn)。整個控制系統(tǒng)由中央控制室和四個遠(yuǎn)程控制站組成了一個全廠工業(yè)局域網(wǎng)，遠(yuǎn)程控制柜PLC通過以太網(wǎng)將自己所控制區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)情況傳送至中央控制室的計算機(jī)系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)選型及特點(diǎn)

在認(rèn)真分析國際知名控制系統(tǒng)公司的產(chǎn)品基礎(chǔ)上，奇瑞公司根據(jù)自動化控制技術(shù)人員在產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用上的經(jīng)驗(yàn)，鑒于一期工程采用羅克韋爾A-B PLC產(chǎn)品的良好運(yùn)行狀況，決定在二期工程中仍采用A-B PLC用來控制整個生產(chǎn)車間。

A-B PLC在全球工業(yè)界享有盛名，其PLC-5系列作為A-B品牌家族中旗艦產(chǎn)品擁有許多功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的控制系統(tǒng)。此外，羅克韋爾的軟件眾多，功能強(qiáng)大，能夠給予A-B的產(chǎn)品廣泛的支持。

最終，奇瑞公司確定選用羅克韋爾的PLC-5可編程序控制器、RSLogix 5編程軟件、RSNetWork控制網(wǎng)組態(tài)軟件以及RSView監(jiān)控軟件組成的自控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對總裝車間的整個生產(chǎn)裝配線的控制。除此之外，奇瑞公司二期工程的焊裝輸送線和涂裝輸送線也采用了羅克韋爾的A-B PLC。

PLC-5/40E CPU的特點(diǎn)是內(nèi)存容量大、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，帶有以太網(wǎng)網(wǎng)口，不需要額外的以太網(wǎng)通訊模塊。PLC-5/40E CPU使用鑰匙開關(guān)改變處理器的操作模式：在運(yùn)行模式下，用戶不能創(chuàng)建或刪除程序文件、創(chuàng)建或刪除數(shù)據(jù)文件、或通過編程軟件改變操作模式；在編程模式時，用軟件編程不能改變操作模式；通過編程軟件，在遠(yuǎn)程編程、遠(yuǎn)程測試、遠(yuǎn)程運(yùn)行模式之間改變。

RSLogix 5編程軟件具有可靠的通訊能力、強(qiáng)大的編程功能以及卓越的診斷能力、監(jiān)控能力、運(yùn)行控制功能。運(yùn)用RSLogix 5梯形邏輯編程軟件可以優(yōu)化系統(tǒng)性能，節(jié)省項(xiàng)目開發(fā)時間，提高生產(chǎn)率。

上位機(jī)監(jiān)控軟件RSView32是羅克韋爾自動化公司推出的組態(tài)軟件平臺，其特點(diǎn)是使用方便，可以構(gòu)造靈活的界面和強(qiáng)大的功能，能夠開發(fā)出較強(qiáng)的組合畫面。利用上位機(jī)監(jiān)控軟件RSView32，坐在中央控制室就可對現(xiàn)場的生產(chǎn)情況一目了然，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控生產(chǎn)。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置

羅克韋爾的通訊網(wǎng)絡(luò)分為信息層、控制層和設(shè)備層。信息層應(yīng)用以太網(wǎng)進(jìn)行全廠的數(shù)據(jù)采集和程序維修；控制層應(yīng)用控制網(wǎng)、DH+、DH485、遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)；設(shè)備層應(yīng)用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行底層設(shè)備的低成本、高效率信息集成。

羅克韋爾采用基于生產(chǎn)者/客戶模式的通訊技術(shù)控制網(wǎng)，即傳送對時間有苛刻要求的控制信息也可同時傳送其他的信息，但對時間無苛求的信息不會影響對時間苛求信息的傳送。

該控制網(wǎng)具有以下特點(diǎn)：

連續(xù)性；
傳送與梯形邏輯程序的掃描異步；
以一個與用戶在I/O映象表中所設(shè)定的通訊速率相等或更快的速率傳送，充分保證了控制網(wǎng)中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠、快速的發(fā)送、傳遞、接受和處理。

總裝車間控制系統(tǒng)是一個基于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由一個中央控制柜和四個遠(yuǎn)程控制柜組成，并與上位機(jī)和企業(yè)的以太網(wǎng)相連接。系統(tǒng)的最低層是設(shè)備控制層，主要實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)場控制與監(jiān)控；控制網(wǎng)主要是通過上位機(jī)完成對全車間生產(chǎn)線的在線監(jiān)測，并向設(shè)備控制層下達(dá)控制指令；最上層是EtherNet網(wǎng)絡(luò)通過EtherNet網(wǎng)絡(luò)與公司的企業(yè)資源管理（ERP）系統(tǒng)連接，向ERP系統(tǒng)提供整個車間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

主控制柜組成

遠(yuǎn)程控制柜（一）組成

1、中央控制室

中央控制室采用RSView32組態(tài)軟件。RSView32是高度集成、基于組件并用于監(jiān)視和控制自動化設(shè)備和過程的人機(jī)界面監(jiān)控軟件，通過開放的技術(shù)擴(kuò)展用戶的視野，能夠?qū)崿F(xiàn)與羅克韋爾其他軟件產(chǎn)品、微軟產(chǎn)品以及第三方應(yīng)用程序的高度兼容。RSView32除了具備高質(zhì)量人機(jī)界面監(jiān)控軟件的功能外，還能夠提供獨(dú)特的系列工具以最大限度地提升生產(chǎn)效率。

中央控制室承擔(dān)了數(shù)據(jù)管理、車間數(shù)據(jù)采集、報警、趨勢、數(shù)據(jù)記錄及中文報表等工作。在中央控制室設(shè)有操作員工作站，操作員通過操作終端詳細(xì)了解整個車間的生產(chǎn)運(yùn)行情況，下達(dá)操作控制指令指揮整個車間的生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)車間自動化控制。

中央控制室主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1) 控制操作：在中央控制室對整個系統(tǒng)的被控設(shè)備進(jìn)行在線實(shí)時控制。

(2) 顯示功能：用圖形實(shí)時顯示各PLC站被控設(shè)備的運(yùn)行工況；動態(tài)顯示生產(chǎn)線工藝流程圖，并能在流程圖上選擇彈出多級細(xì)部詳圖；動態(tài)顯示各種信號的數(shù)值和范圍清單。

(3) 數(shù)據(jù)管理：建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫、操作信息庫、故障信息庫。

(4) 數(shù)據(jù)處理：利用實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)計算主要生產(chǎn)指標(biāo)。

(5) 報警功能：當(dāng)裝配線出現(xiàn)故障時，工人按下呼人開關(guān)和急停開關(guān)，裝配線停止運(yùn)行，并把故障信息輸入到報警表，屏幕顯示報警信息，打印機(jī)輸出報警信息，聲光報警，并可依據(jù)報警信息推出相應(yīng)的動態(tài)畫面。

(6) 報表功能：包括即時報表、日報表、月報表、年報表。

(7) 安全功能：按不同操作級別分級加密，并記錄操作人的員工號和所有操作信息。

(8) 打印功能：可以實(shí)現(xiàn)報表和圖形打印以及各種事件和報警的實(shí)時打印。

2、雙行道板式輸送機(jī)系統(tǒng)

總裝車間有兩套雙行道板式輸送機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由四柱叉式提升機(jī)、助推器、回轉(zhuǎn)舉升臺、傳送機(jī)和接近開關(guān)等設(shè)備組成，每套系統(tǒng)由兩條平板輸送線組成。平行回轉(zhuǎn)運(yùn)行是一種非常復(fù)雜的控制技術(shù)，在國內(nèi)處于技術(shù)領(lǐng)先的地位。該輸送線能夠在很大程度上降低工人的勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。因此，對控制系統(tǒng)技術(shù)的要求比較高，難度也比較大。設(shè)備控制和調(diào)試起來非常困難，要求控制系統(tǒng)的各個部分互相緊密配合，不能出現(xiàn)半點(diǎn)差錯，這是控制中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

從四柱叉式提升機(jī)的控制系統(tǒng)中取一個信號，用來控制吊具從寬推桿積放式懸掛輸送鏈到雙行道板式輸送機(jī)上或從雙行道板式輸送機(jī)到寬推桿積放式懸掛輸送鏈上，過程之間的緊密銜接，以杜絕差錯和故障的出現(xiàn)。同時，在現(xiàn)場設(shè)有自動/手動切換箱，以防生產(chǎn)過程中出現(xiàn)緊急事故。

3、車型吊具識別系統(tǒng)

在油漆車身上料點(diǎn)，操作人員將當(dāng)前吊具號及車的信息輸入到錄入計算機(jī)中，然后通過以太網(wǎng)傳送至PLC進(jìn)行堆棧存儲。錄入計算機(jī)將車的信息通過識別系統(tǒng)寫頭寫入載碼體，通過以太網(wǎng)將吊具號及車的信息傳送至上位機(jī)，并在錄入計算機(jī)內(nèi)存儲，當(dāng)錄入完畢后向PLC發(fā)送信號。

上位機(jī)做出與輸送線相對應(yīng)的畫面及參數(shù)，通過PLC給出的指針及錄入計算機(jī)給出的信息進(jìn)行顯示，并與PLC給出的堆棧信息進(jìn)行比較，上位機(jī)根據(jù)信息及要求控制出入庫的道岔及停止器。當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時，操作人員采用人工控制運(yùn)行，待上位機(jī)正常后從PLC調(diào)出堆棧信息恢復(fù)顯示。

在庫存入口處的識別系統(tǒng)讀頭讀取載碼體信息通過以太網(wǎng)傳至上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)庫存及車的信息控制入庫區(qū)的道岔及停止器。當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時，操作人員人工控制運(yùn)行，待上位機(jī)正常后從PLC調(diào)出堆棧信息恢復(fù)顯示。

庫區(qū)出口處，上位機(jī)根據(jù)計劃及庫區(qū)信息通過以太網(wǎng)控制停止器。當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時，操作人員人工控制運(yùn)行。

載車吊具入口處，上位機(jī)根據(jù)識別系統(tǒng)讀頭讀取載碼體信息通過以太網(wǎng)傳至上位機(jī)，然后上位機(jī)根據(jù)車的信息控制道岔及停止器。當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時，操作人員人工控制運(yùn)行。

在裝配懸鏈整車下線提升機(jī)前一工位處（ST48）設(shè)置識別系統(tǒng)讀頭，現(xiàn)場儀表板上線處設(shè)置顯示計算機(jī)及打印機(jī)各一臺。當(dāng)車通過ST48工位時，讀頭將載碼體信息讀入，并在計算機(jī)處顯示。

發(fā)動機(jī)上線完畢后，通過以太網(wǎng)發(fā)送一信息，計算機(jī)自動消除。計算機(jī)能依次顯示3臺車輛的信息，并能打印當(dāng)天的產(chǎn)量及參數(shù)。

4、吊具儲存區(qū)

總裝車間吊具存儲區(qū)分空吊具存儲區(qū)和油漆車身吊具存儲區(qū)。其中油漆車身吊具存儲區(qū)由九條寬推桿積放式懸掛輸送鏈系統(tǒng)組成，用來存儲不同的車型和同種車型的不同顏色車身的吊具。

控制系統(tǒng)需要區(qū)分吊具的類型，在吊具進(jìn)入存儲區(qū)和移出存儲區(qū)時需要鑒別吊具的類型，并與已經(jīng)輸入的信息進(jìn)行比較。然后做出吊具應(yīng)該進(jìn)入哪一條懸掛輸送線存儲區(qū)，或者哪種吊具從懸掛輸送線存儲區(qū)出去的決定。

在空吊具存儲區(qū)前有一個壞吊具識別和檢修區(qū)，把需要檢修的吊具送入檢修區(qū)進(jìn)行維修，正常的空吊具進(jìn)入吊具存儲區(qū)。

三、結(jié)束語

總裝車間控制系統(tǒng)的特點(diǎn)同時也是控制的難點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下兩方面：一是，要切實(shí)保證設(shè)備運(yùn)行的安全性，在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)任何微小的故障都可能導(dǎo)致重大的安全事故和巨大的經(jīng)濟(jì)損失；二是，控制系統(tǒng)復(fù)雜的連鎖關(guān)系，從載油漆車身的吊具上線到成品車下線，包括工藝鏈和快速鏈之間的銜接，需要設(shè)備的各個環(huán)節(jié)緊密配合，不能出現(xiàn)絲毫差錯。

總裝車間控制系統(tǒng)自動化程度較高、數(shù)據(jù)采集量大、控制站多，因此，對系統(tǒng)可靠性的要求較高。通過采用羅克韋爾的產(chǎn)品和技術(shù)，系統(tǒng)基本達(dá)到設(shè)計要求，運(yùn)行效果較好，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，靈活地實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的連鎖任務(wù)，具有較高的機(jī)電一體化水平。同時，該系統(tǒng)設(shè)計合理、安全可靠，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，減少了設(shè)備運(yùn)行的故障率，提高了生產(chǎn)效率