導讀: 整個流程的自動控制系統(tǒng)采用分布式的控制方式，主要通過中控室里由WinCC組態(tài)的監(jiān)控計算機向PLC CPU416F-2DP發(fā)出控制命令，需要變頻控制的電機經由從站ET200S使用ET200FC控制變頻器MASTERDRIVE來控制。
一、項目簡介
北京奔馳-戴姆勒 克萊斯勒汽車有限公司(簡稱BBDC)位于北京經濟技術開發(fā)區(qū)，于2005年8月8日正式成立。其前身北京吉普汽車有限公司創(chuàng)立于1983年5月5日，是中國汽車行業(yè)第一家中外整車合資企業(yè)。BBDC是一家具有世界汽車制造業(yè)領先技術與制造水平，融汽車研發(fā)、制造、銷售和售后服務為一體的現(xiàn)代化企業(yè)，其生產廠房占地3200畝。第一期建設工程30萬平方米，具備年產10萬輛汽車的生產能力，最終將達到年產30萬輛汽車的目標。BBDC生產梅賽德斯-奔馳、克萊斯勒、Jeep、三菱等眾多國際知名品牌的轎車和越野車，并為中國軍隊定點生產，擁有完全自主知識產權的第二代軍用輕型越野車。BBDC生產線自動控制系統(tǒng)是國內首家使用Integra標準的項目，該標準的實施極大的提高了工作的效率和優(yōu)化了工作流程。它共分為5個子系統(tǒng)，按照工業(yè)流程分為：調整打磨系統(tǒng)、漆前緩存系統(tǒng)、漆后緩存系統(tǒng)、總裝系統(tǒng)和門線系統(tǒng)。其中調整打磨系統(tǒng)是將沖壓焊裝系統(tǒng)生產的車身進行打磨，保證車面的光滑，為噴漆車間的噴漆做好準備。為了協(xié)調不同生產線的更好的生產，提高生產效率，在進入噴漆車間前，必須對不同車型的車身進行統(tǒng)一的管理，漆前緩存就是對車身進行有效的存儲、運送的控制系統(tǒng)，如圖1所示。為了實現(xiàn)同樣的目的，在車身從噴漆車間出來后，也需要漆后緩存系統(tǒng)對車身的協(xié)調管理。然后車身就被送往總裝系統(tǒng)，進行車內飾、底盤以及發(fā)動機的安裝，如圖2所示。同時車身的車門被摘取進行門內飾的安裝，在車身到達門線系統(tǒng)時，車門又被重新安裝。最后你將看到如圖3所示的漂亮的汽車下線。
圖1 漆前緩存生產線
圖2 總裝生產線
圖3 組裝完成的克萊斯勒300C
二、系統(tǒng)工藝介紹
調整打磨系統(tǒng)中，沖壓焊裝后的車身由EMS(自行電動小車輸送系統(tǒng))上的電動小車運送至上件滑撬升降機，通過升降機送到板式鏈，再由調整線板式輸送機驅動板式鏈將車身送到下件滑撬升降機上，然后送到漆前緩存系統(tǒng);由漆前緩存系統(tǒng)中的動力滾床進行運送，舉升動力滾床進行提升，拐彎處由90度偏心旋轉滾床進行車身轉向，再由鏈式移行機將車身放在不同的存儲線上，有序的進入噴漆車間;從噴漆車間出來后再有90度偏心旋轉滾床轉彎，由動力滾床進行運送，舉升動力滾床將車身下降至合適的高度，再由鏈式移行機將車身放在不同的存儲線上，合理有序的送入到總裝系統(tǒng);進入總裝系統(tǒng)后首先由下件滑撬升降機將車身送到內飾工藝鏈上，進行車內飾的安裝，完成后轉入快鏈運送，然后送到底盤工藝鏈上安裝底盤，這段工藝完成后再轉入快鏈運送，來到總裝系統(tǒng)中的重要工藝線——發(fā)動機的安裝。這些工作進行的同時，門線系統(tǒng)也在對車門進行門內飾的安裝，等到車身安裝好發(fā)動機后進行車門的安裝，最后進入總裝的最后一個工序進行加注潤滑油以及添加燃料。
整個流程的自動控制系統(tǒng)采用分布式的控制方式，主要通過中控室里由WinCC組態(tài)的監(jiān)控計算機向PLC CPU416F-2DP發(fā)出控制命令，需要變頻控制的電機經由從站ET200S使用ET200FC控制變頻器MASTERDRIVE來控制，不需要變頻的電機通過ET200S馬達啟動器來控制，滑撬系統(tǒng)還使用了MOBY E進行車身的識別。比較集中的傳感器/執(zhí)行器設備通過ET200eco控制。手動控制主要通過本地的人機界面PP17和TP170B發(fā)出本地控制命令。
三、控制系統(tǒng)的構成
由于該項目遵從Integra標準，因此方案是嚴格按照這個標準執(zhí)行。Integra標準是從國外引入的比較先進的，針對汽車行業(yè)開發(fā)的標準，它已經被成功應用于德國梅賽德斯奔馳項目，得到了很高的評價。BBDC項目首次將Integra標準引進中國，并發(fā)布了IntegraBBDC標準，它對控制結構、硬件畫圖、軟件開發(fā)、Safety技術、現(xiàn)場總線、系統(tǒng)接口、人機界面、軟件庫和培訓流程進行了詳細的闡述，Integra標準的引入將大大推動中國汽車制造業(yè)的發(fā)展。
圖4 漆前緩存線電氣系統(tǒng)配置圖
由于各系統(tǒng)硬件配置大致相同，只是數(shù)量上的不同，我們就以圖4所示的漆前緩存電氣系統(tǒng)配置圖分析硬件選擇方案，從硬件配置圖可以看出，監(jiān)控級利用工業(yè)以太網將控制層PLC獲得的數(shù)據傳送到上位監(jiān)控計算機，這是由于廠房面積大，各個控制系統(tǒng)分布廣泛決定的，另外由于整個系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據量大(有一萬多個點)，這就決定了工業(yè)以太網是最佳選擇。而且為了保證生產的可靠性，系統(tǒng)中的PLC選用的是CPU416F-2DP，同時采用了部分safety模塊，這樣就提高了系統(tǒng)的可靠性。現(xiàn)場選擇一個觸摸屏是為了可以在現(xiàn)場的控制柜上實時的查看各個點的狀態(tài)和CPU的信息，還可以診斷Profibus總線的通訊狀態(tài)，這是為了方便現(xiàn)場人員調試，也給后期維護帶來便利。CPU下面接了一個中繼器，主要是起到診斷網絡和信號放大的作用，可以實時的監(jiān)控通訊狀態(tài)，如有問題可以及時的發(fā)現(xiàn)處理。另外由于每個子系統(tǒng)既獨立控制，又相互聯(lián)系。所有選用DP-Coupler來進行不同CPU之間的數(shù)據交換。對有本地啟停設備的地方選擇PP17面板，這種方案比使用觸摸屏控制更加可靠，而且也更容易適應現(xiàn)場惡劣的環(huán)境。對于是否選擇變頻器MASTERDRIVE，主要是根據工藝的要求選擇的電機，如果電機是非變頻的可以選擇馬達啟動器來啟動電機。而對于現(xiàn)場一些特殊點的不能通過控制柜中的模板采集的，可選擇ET200eco來進行現(xiàn)場采集而無需放在控制柜里，滑撬系統(tǒng)使用MOBY E進行車身的識別。圖5即為總裝系統(tǒng)的主監(jiān)控畫面，從圖中各工位的顏色可以清楚的看出各個工位以及整個系統(tǒng)的工作情況。
圖5 總裝系統(tǒng)主監(jiān)控畫面
對采集數(shù)據和監(jiān)控生產的上位機，采用了服務器-客戶機的模式，如圖6所示，共有2臺服務器和5臺客戶機，2臺服務器互為冗余，選用的HP ProLiant DL服務器，安裝了Windows2003 server standard版操作系統(tǒng)，WinCC安裝的是6.0 SP4版本。5臺客戶機選用的是工業(yè)控制計算機，安裝了Windows2000英文版操作系統(tǒng)，WinCC版本和服務器一樣。選擇這種方案主要是基于三方面的考慮。①可靠性高：互為冗余的服務器進行數(shù)據的定時同步，保證了數(shù)據的一致性和可靠性;②開發(fā)周期短：這種模式只需開發(fā)一個服務器的程序即可，兩臺服務器互為備份程序完全一樣，而客戶端的PC無需編寫程序，只需通過工業(yè)以太網來訪問服務器的程序即可，開發(fā)難度小而且周期短;③成本低：由于本項目通訊點多，采用其它方式購買授權的費用相對較高，這種模式客戶機端只需128點的授權費用，這樣總體費用大大降低。
圖6 上位監(jiān)控系統(tǒng)配置圖
四、控制系統(tǒng)完成的功能
雖然本項目龐大，通訊點很多，但是各個子系統(tǒng)設備很大部分是相同，也具有一樣的控制要求，因此我們將整個項目按照設備劃分成的不同的功能組，這樣可以增大一次開發(fā)的利用率，避免了重復開發(fā)，節(jié)省時間和成本。
1.升降機的控制
圖7 升降機控制系統(tǒng)
如圖7所示，升降機在高位時，電動鎖緊器鎖緊到位，升降機上滾床無撬體，上層滾床有撬體等待，撬體經確認與EMS上的電動小車所帶車體相一致，上層滾床高速把撬體送到升降機的滾床上，經變速開關變?yōu)榈退?，行走至占位開關停止。電動定位器關閉到位，電動鎖緊器松開到位，收到EMS空中自行電動小車允許接車信號，升降機低速升到接車位，待收到EMS空中自行電動小車允許升降機下降信號后，升降機高速下降至變速開關變?yōu)榈退?，低速下降到到位開關停止。電動定位器打開到位，待條件允許，升降機上滾床高速把撬體送到板式鏈的滾床。升降機高速上升至變速開關變?yōu)榈退?，低速上升到到位開關停止，執(zhí)行完一次循環(huán)。
2.舉升臺的控制
舉升臺在高位，下層滾床無撬體占位，上滾床高速把撬體送到下層滾床，經變速開關變?yōu)榈退?，行走至占位開關停止;舉升臺在高位，下層滾床占位停止，電動定位器關閉到位，車體檢測開關檢測撬體上無車體，發(fā)出允許涂裝送車信號，當車體檢測開關檢測撬體上有車體，收到涂裝送車完畢信號，前面允許送車，即舉升臺在低位，停止器再關閉到位，舉升臺在下降到位。撬體被鏈式移行機送到停止器，占位開關同時占位，舉升臺把撬體舉升高位，同時舉升臺舉升到高位，下層滾床等待接撬體，執(zhí)行完一次循環(huán)。
3.總裝門線升降機、停止器、推車機的控制
五、總結與評價
該項目于2006年4月份進廠調試，7月份調試結束。通過對廠方操作員工進行相應的培訓，熟練掌握了操作技能后，他們給出了很好的評價：
1.該項目提高了生產效率和管理質量，顯著提高了工藝水平，改善了生產環(huán)境，減輕了勞動強度，增加了企業(yè)的效益。2.提高了生產的安全性，減少了事故的發(fā)生，由于該項目方案中對生產安全相當重視，設有很多急停按鈕，在編寫程序中，對重要設備有多重保護，從而保證了設備、人身的安全。3.加大了設備可靠性，safety模塊的使用對設備的輸入輸出點都是雙重對比的，保證每個點的信號都是真實可靠，設備的故障率降低了，生產的安全性就提高了。
六、應用體會
a標準的應用極大的提高了效率，它規(guī)定了從畫圖、硬件、軟件和培訓。這就保證了工程進度不會因為人員的調整而影響，而且這種標準也比較適用大的項目，這樣可以將項目細化，大家分工合作，因為所有的工作都是遵從標準，內容格式以及應用符號都是通用的，BBDC能在很短的時間完成開發(fā)調試，很大的部分歸功于IntegraBBDC標準的應用。2.自動化編程，由于該項目信號點多，WinCC程序的開發(fā)工作量大，而且有很多還是重復的工作，這種情況下，使用Excel表格將一些變量信息以及對象的屬性編輯，通過WinCC中的VBA功能編程實現(xiàn)編輯大量的畫面和對象，大大的提高了工作效率，而且將一些重要信息備份，也便于后期的維護。技術的應用，極大的提高了整個系統(tǒng)的可靠性，Safety模塊保證了輸入輸出信號的可靠性，設備的安全性提高了，控制系統(tǒng)性能相應的改善了。
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