摘 要:在當(dāng)今的工業(yè)自動化領(lǐng)域，基于現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)集成自動化已經(jīng)取代原有的集散控制系統(tǒng)(DCS)，成為這一領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)。而控制網(wǎng)/設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線技術(shù)將會成為未來發(fā)展應(yīng)用最DeviceNet 安全PLC 現(xiàn)場總線廣的三大現(xiàn)場總線技術(shù)之一。該文首先詳細(xì)分析了Rockwell Automation具有三層網(wǎng)絡(luò)平臺的全分布式控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)規(guī)范，闡述了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其強(qiáng)大的功能，展示了Rockwell Automation網(wǎng)絡(luò)對工業(yè)過程的控制方式和控制特點(diǎn)。機(jī)器人汽車焊裝線控制系統(tǒng)通過EtherNet/IP實(shí)現(xiàn)車間車間設(shè)備信息的監(jiān)控，生產(chǎn)管理系統(tǒng)(MES)的實(shí)施，生產(chǎn)報表的管理，通過以DeviceNet為底層網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制，主控PLC系統(tǒng)采用GUARD LOGIX控制器，集成了安全PLC的控制功能，主線上所有機(jī)械設(shè)備、機(jī)器人的控制通過DEVICENET總線完成，安全信號如急停按鈕、安全光柵、安全掃描雷達(dá)、安全門開關(guān)通過DEVICENET SAFETY總線完成控制。
關(guān)鍵詞:DeviceNet 安全PLC 現(xiàn)場總線 汽車焊裝線 可編程序控制器
1 引 言
現(xiàn)場總線技術(shù)適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的方向，它一經(jīng)產(chǎn)生便成為全球工業(yè)自動化技術(shù)的熱點(diǎn)，受到全世界的普遍關(guān)注。Rockwell自動化公司自1971年就開始生產(chǎn)了基于DeviceNet現(xiàn)場總線的PLC，用于汽車生產(chǎn)線控制。隨著公司的發(fā)展，Rockwell在工廠自動化控制、微處理器、無線電、航天飛機(jī)、先進(jìn)通信系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)等領(lǐng)域成績顯著。羅克韋爾自動化為用戶提供了覆蓋從車間級設(shè)備的控制到企業(yè)級生產(chǎn)控制和信息管理的全方位的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)解決方案--網(wǎng)絡(luò)集成自動化為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)。如今，羅克韋爾自動化致力于擴(kuò)展基于CIP的自動化控制的產(chǎn)品規(guī)模。CIP是三層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)，控制網(wǎng)，和Ethernet/IP網(wǎng)共享的應(yīng)用層，可以幫助實(shí)現(xiàn)在一系列設(shè)備上實(shí)現(xiàn)通用控制、配置、數(shù)據(jù)收集和共享。還可以為自動化用戶帶來巨大的效益：降低成本，增加易用性，產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)集成變得更為輕松，同時能支持多家供應(yīng)商提供的設(shè)備的互操作，提供了設(shè)備連接的便利性。
1.1 EtherNet/IP 工業(yè)以太網(wǎng)
EtherNet/IP由兩個重要的國際組織ODVA和ControlNet International于2000年共同推出，是使用TCP/IP協(xié)議的真正意義上的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)，一經(jīng)推出已得到了全球近百家供應(yīng)商的支持，目前已有上百種EtherNet/IP產(chǎn)品可供用戶選擇，包括過程控制器、PLC、I/O、變頻器、軟啟動器、視覺產(chǎn)品、條碼掃描設(shè)備、稱重設(shè)備、電力智能監(jiān)控單元、過程總線FF鏈接設(shè)備、交換機(jī)等，并且廣泛應(yīng)用于汽車、食品飲料、電力、化工、水處理、采礦、冶金、建材和輪胎等各個行業(yè)。
1.2 控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)ControlNet
ControlNet基于改型CANBUS技術(shù)，可以作為溝通邏輯控制和過程控制系統(tǒng)，傳輸速率為5Mbps.控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是一種高速確定性網(wǎng)絡(luò)，用于對時間有苛刻要求的應(yīng)用場合的信息傳輸。它為對等通信提供實(shí)時控制和報文傳送服務(wù)。它作為控制器和I/O設(shè)備之間的一條高速通信鏈路，綜合了現(xiàn)有各種網(wǎng)絡(luò)的能力。控制網(wǎng)是一種最現(xiàn)代化的開放網(wǎng)絡(luò)，它提供如下功能：對在同一鏈路上的I/O、實(shí)時互鎖、對等通信報文傳送和編程操作均具有相同的帶寬。對于離散和連續(xù)過程控制應(yīng)用場合，均具有確定性和可重復(fù)性功能。
1.3 設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線DEVICENET
DeviceNet基于CANBUS技術(shù)，用于PLC與現(xiàn)場設(shè)備之間的通訊網(wǎng)絡(luò)。它可連接開關(guān)、拖動裝置、固態(tài)過載保護(hù)裝置、條形碼閱讀器、I/O和人機(jī)界面等，傳輸速率為125-500kbps。設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通過一個開放的網(wǎng)絡(luò)，將底層的設(shè)備直接和車間級控制器相連，而無需通過硬線將它們與I/O模塊連接。世界范圍的150多個銷售商積極支持敞開式設(shè)備網(wǎng)銷售者協(xié)會（ODVA）基于CAN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。這種64個節(jié)點(diǎn)、多支路的網(wǎng)絡(luò)，允許用一根電纜去連接500m以內(nèi)的設(shè)備并遠(yuǎn)至用戶的可編程控制器，無需用導(dǎo)線把每一個設(shè)備和一個I/O機(jī)架連接起來，總之所有這一切可以減少導(dǎo)線的費(fèi)用并方便安裝。
2 汽車白車身焊裝線系統(tǒng)
汽車焊裝線是將各車身沖壓件裝配、焊接成白車身的機(jī)器人系統(tǒng)集成生產(chǎn)線，結(jié)構(gòu)上分成地板線和主拼線，地板線主要是將前底板總成、后底板總成、發(fā)動機(jī)艙總成焊接拼合成車身下部地板，而主拼線是將地板線、車身左右側(cè)圍、前后頂橫梁、頂蓋組合成一個完整的白車身，各工位由相應(yīng)的焊裝夾具、上件系統(tǒng)、點(diǎn)焊設(shè)備、輸送系統(tǒng)、點(diǎn)焊機(jī)器人、機(jī)器人控制系統(tǒng)及電氣輔助設(shè)備等組成。車身拼接完成后，通過在線測量工位完成關(guān)鍵點(diǎn)精度檢測，并與車型數(shù)模進(jìn)行比較后得出外形尺寸公差，檢查質(zhì)量，然后車身下線送至調(diào)整線進(jìn)行外觀檢查、車門、發(fā)動機(jī)倉蓋、行李箱蓋及其他工件的安裝，至此完成了汽車焊裝的過程。
(1) 奇瑞汽車焊裝線項(xiàng)目控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹（見附圖）：
該項(xiàng)目是奇瑞新車型的車身焊裝線系統(tǒng)，設(shè)計思想體現(xiàn)了新時代自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，整個焊裝線主要是由51臺KUKA機(jī)器人點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)和相關(guān)機(jī)械設(shè)備組成，輸送設(shè)備包括滾床、往復(fù)桿、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、夾具、EMS小車等，控制設(shè)備包括7套GUARD LOGIX PLC系統(tǒng)及相關(guān)的模塊，附圖是整個系統(tǒng)內(nèi)一套PLC控制區(qū)域的框架圖。
附圖 一套PLC控制區(qū)域的框架圖
(2) 控制方案介紹
奇瑞汽車焊裝線系統(tǒng)使用了GUARDLOGIX 安全控制器系統(tǒng)作為主控制器，其綜合了CONTROL LOGIX平臺使用的高性能和靈活性，集成了安全控制特性的最高等級（安全集成等級3），編程方法簡單靈活。點(diǎn)焊機(jī)器人使用德國KUKA公司KR200系列通用機(jī)器人安裝工頻點(diǎn)焊槍實(shí)現(xiàn)車身部件的點(diǎn)焊熔合，機(jī)器人通過PCI接口卡實(shí)現(xiàn)DEVICENET接口的MASTER/SLAVE通訊方式，分布式I/O系統(tǒng)采用了1734 POINT IO、1732 ARMOR BLOCK I/O實(shí)現(xiàn)設(shè)備信號的輸入和輸出控制，安全回路使用DEVICENET SAFETY總線、SAFETY IO模塊實(shí)現(xiàn)安全信號的輸入輸出控制，輸送設(shè)備電機(jī)采用POWER FLEX（40、70、80）系列變頻器通過總線控制，連線簡潔并減少了差錯。生產(chǎn)安全區(qū)域控制使用了安全光柵、安全雷達(dá)掃描器、安全毯、安全門開關(guān)等安全設(shè)備實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場操作人員的保護(hù)。汽缸、定位銷、鎖緊機(jī)構(gòu)等氣動元件使用閥島實(shí)現(xiàn)集成控制，防護(hù)等級達(dá)到IP65。人機(jī)操作界面使用PANEL VIEW 觸摸屏實(shí)現(xiàn)控制區(qū)域內(nèi)設(shè)備狀態(tài)、故障報警、機(jī)器人狀態(tài)信息的顯示，機(jī)械設(shè)備手動操作功能的實(shí)現(xiàn)。
(3)主要設(shè)備型號見附表
附表 主要設(shè)備型號
3 結(jié)束語
(1)RSLogix5000軟件的基于標(biāo)簽TAG的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)使用起來確實(shí)方便,它是真正采用標(biāo)簽技術(shù)尋址的PLC,在上位機(jī)通訊中與PLC邏輯中每個模件都有唯一的名稱,同一變量可以有不同的標(biāo)簽進(jìn)行表示，控制器的標(biāo)簽對全部任務(wù)都是可見的,這種方式比傳統(tǒng)的編程軟件提高了效率、減少了繁雜的命名、地址標(biāo)記過程。
(2)GUARDLOGIX PLC控制器集成了安全PLC的功能，編程調(diào)試都在同一套軟件內(nèi)完成，為程序員提供了熟悉易用的編程環(huán)境，硬線連接也改變以往需要總線接口的方式從而實(shí)現(xiàn)無縫連接。
(3)PID模塊的使用非常的簡單方便,功能很完善,包括軟手動和硬手動的切換、PV-SP跟蹤等功能,可以方便的實(shí)現(xiàn)手自動的無擾切換。
(4)AI(4-20mA)I/O模塊對采樣的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換,不再需要在HMI或PLC邏輯中做量程轉(zhuǎn)換,并且每通道可以設(shè)置高低報警值,從模塊中直接輸出報警信息。AO(4-20mA 0~10V)模塊通過寫入實(shí)際值即可輸出對應(yīng)模擬量信號,也可以實(shí)現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介
陶翔 工程師, 現(xiàn)就職于巨一自動化裝備有限公司, 負(fù)責(zé)產(chǎn)品的應(yīng)用項(xiàng)目開發(fā)。
（原創(chuàng)）
