工廠數字化建設在涂裝車間的應用與發展

　　前言：

　　數字化工廠是伴隨著自動控制技術和網絡應用的飛速發展而應運而生的，尤其是現代互聯網的普及使得一些傳統方式難以實現的現場控制和管理技術有了革命性突破。通過它可以實現生產、成本和設備管理的高效化和便捷化。工廠數字化將來也會成為工廠規劃和建設的典范。通過國內大多汽車涂裝生產線的比較，奇瑞汽車股份有限公司第二涂裝車間是目前國內涂裝行業較為先進的數字化工廠之一;主要工藝處理流程和設備運行狀態已經實現數字化可視化管理。下面我們從三個方面來闡述我們第二涂裝工廠數字化建設以及具體應用。

　　1.工廠數字化建設思路

　　1.1 實現基礎裝備數字化

　　工廠數字化的前提是構建安全、快速的系統平臺，目前車間由計算機主機平臺、網絡平臺、數據庫平臺等所組成的系統平臺為信息的傳遞建成了一條信息“高速公路”，計算機的廣泛普及使它們成為全體管理人員和機臺操作人員日常工作的工具。

　　1.2 實現生產過程數字化

　　從開關機，前處理、電泳，油漆噴涂，烘干過程、能源消耗消耗過程、質量控制過程到設備管理和保障過程的每個環節都將通過計算機自動采集現場信息控制來實現，既是一個提高效率的過程又是一個規范操作的過程。

　　1.3 實現分析應用數字化

　　對主要工藝處理和設備運行狀態以及相關的參數編制實時的控制圖可以使對現場生產情況進行實時監控，這類控制圖在上位機進行開發實現，通過實時數據處理，實時反應生產情況的波動;對重要采集的工藝參數以趨勢圖方式提供趨勢分析，使管理人員能對其的發展趨勢有所了解，更易對遇到的問題進行處理。

　　2.數字化工廠架構

　　架構一般可分為3層，即基礎設備層，設備控制層和可視管理層。以二涂車間為例我們采用西門子SIMATIC先進的控制技術,對現場設備的控制系統、網絡系統和人機界面監控系統進行多層次有效劃分，在投入少、工期短，性價比高的情形下，解決數字化工廠建設需求問題。

　　2.1 基礎設備層-執行器件

　　是指那些處于只能被動接收指令的原始元器件或基礎設施。如泵、電機、風機、接近開關、光柵、傳感器件(如電磁閥、氣動單元、光電傳感器、流量計)等及其現場執行器件。

　　2.2 設備控制層--現場總線

　　設備控制層由主控制PLC400(如西門子S5、S7系列)、PU操作控制臺、MOVIMOT，REDIS，變頻器并通過現場總線ProfiBus使之組成有機的設備控制層。所有分布式I/O產品都按一定的控制范圍安裝于分布式I/O控制箱內，盡可能減少硬件布線及故障點，提高整個系統的穩定性，同時也方便了今后系統的維護。

　　2.3 監控管理層現--工業以太網

　　監控管理層采用工業以太網的方式實現，連接著主控制PLC與上層工控設備，編程設備以及相關設備。工業以太網卡在PLC上為CP443接口模板,工控機為8針網口接口模板。工業組態軟件通過工業以太網與主控PLC交換數據。本方案中采用工業以太網充分考慮到了其具有的協議通用性、數據傳輸速率高等特點以及開發應用程序周期短優點。采用工業以太網方式實現的監控管理層主要由主控制PLC、HMI及其編程設備組成，通過TCP/IP方式實現與監控計算機進行數據交換。同時可更方便地向上組成工廠生產控制系統(FIS)，順應了當前汽車行業訂單制造的發展趨勢。

　　3.涂裝車間數字化系統應用

　　涂裝車間數字化系統應用是一個基于計算機來工作的可視化數字化操作系統。這個系統建立在工業以太網的基礎上，可以安裝在MS WINDOWS 2000SP4或MS WINDOWS XPSP2以上版本。其組態畫面我們采用全球著名Intouch軟件生成，它是Wonderware公司開發的世界上第一個集成的、基于組件的MMI系統——Factory Suite 2000中的一個核心組件。它具有世界領先的HMI和面向對象的圖形開發環境，便于高效、快捷地配置用戶的應用程序。軟件專用于可視化和控制工業生產過程，它提供了一種易用的開發環境和廣泛的功能，使工程開發人員能夠快速地建立、測試和部署強大的連接和傳遞實時信息的自動化應用。也廣泛應用于包括食品加工、石油、汽車、半導體、化工、制藥、紙漿和造紙、交通等在內的全球眾多縱向市場。

　　3.1 涂裝車間數字化系統功能

　　1)生產信息的管理及設備監控功能

　　不同設備，不同車型，工藝參數也不同。為適應不同車型的混線生產，該系統建立了設備狀態信息收集和噴涂工藝數據庫，系統能夠進行工藝參數數據庫的維護與管理,可以在線或離線進行工藝參數的局部或全部修改;如溫濕度，液位壓力、電流、電壓、轉速、流量、成形空氣、高壓值等并自動記錄所有參數修改記錄，方便的車身處理工藝參數日后查詢分析。該系統能夠對在線生產的所有車身進行分類查詢如車型、顏色、通過時間等。還可以顯示目前所有車身在制狀況以及車身目前位置以及及設備運行狀況進行監控，實時顯示機器開關狀態、手自動模式，動能消耗、當前位置等。

　　2)系統自診斷、報警系統

　　采用NAD分布式網絡系統當有故障報警時操作人員可以再現場的任一終端站點及時發現故障源。當設備運行時，無論手動或自動控制模式，只要故障發生系統將顯示故障報警并提示故障產生的可能原因。操作者可對報警進行應答及排除故障后復位，并通過顏色區分哪些報警已做了復位，哪些報警只是做了應答，并形成故障報警及修復記錄。

　　3)用戶管理

　　通過DPIS系統管理人員操作人員的權限可以分發到指定的機器，并規定其操作范圍和操作權限最大程度地保護人員以及設備的安全。也可以通過預先對用戶設置定義并管理。所有的操作者可以瀏覽目前使用的工藝參數、生產及設備狀態，但不可以進行修改。除非他被賦予足夠的權限，通過輸入個人密碼確認后，才能進行相應權限的修改。所有的修改也將形成歷史修改記錄，以備追溯。　　

3.2 現場數字化實際應用(EMOS和ECOSCREEN)

　　涂裝車間EMOS系統是一種友好的大型人機交互系統，主要負責生產開關機自動手動操作、適時故障報警通知、溫度濕度范圍調節、油漆車身定色以及生產數據統計等。在生產和設備維護過程中起著重要作用。系統界面包括輸送和熱工設備占據車間的大部分區域，如：空調供風、烘房、輸送滾床、RODIP、電泳整流等將分布于車間不同層面的大范圍區域現場設備有機的組合起來，通過鼠標點擊就可以做到所有關鍵設備和工藝過程一覽無余。同時也是為了更方便工作人員操作各機組而設置的可視化和標準化簡易操作工具。由于其范圍較大所以在現場安裝有網絡柜將分散的區域通過以太網實現集中控制。子網采用SIMATIC網絡將底層執行器件連接起來。如下圖所示：

　　Emos子網采用先進的SIMATIC網絡能使得不同層次的設備通訊快速響應。

　　3.3 EMOS關鍵工藝及設備參數的管理

　　噴漆室是涂裝作業的重要場所，不管是對車身質量還是人員的操作環境都有很大影內顯得尤為重要，通過此界面我們可以實時的了解當前噴漆室溫濕度狀況。如下圖所示：

　　涂裝車間ECOSCREEN側重于精確控制，主要負責車身油漆噴涂通過霧化裝置使得油漆附著在白車身表面。其頂部應用程序層允許用戶與整個系統交互式地工作,圖形用戶界面(可視化)提供功能來控制整個系統及其各部件并且顯示狀態和錯誤信息。并通過以太網通信系統連接到層次結構中間層上的控制器。該中間應用程序層主要有用于過程和安全控制的控制器，這些控制器是不帶鍵盤和屏幕的專用計算機，也就是說它們不適用于直接用戶通信，由各個程序控制，它們進行安全控制(安全PLC)、過程控制(過程PLC作為總線主設備)以及子過程控制(EcoRC2)，它們相互連接并通過現場總線系統與底層部件連接，通過SERCOS通信系統與驅動裝置連接。底層部件用于物理機械裝備控制例如軸線和計量泵驅動裝置電子氣動部件和高電壓部件。如下圖所示：

　　4.工廠數字化建設與應用經驗總結

　　總之數字化工廠的建設，離不開運用各類先進的技術，但是這幾年的實際應用告訴我們，千萬不要片面追求技術的高、新、全，關鍵是要選擇合適的、恰到好處的技術。這主要體現在兩個方面，一個是功能方面，另一個是推廣方面，功能方面要先了解自己的應用有哪些，只要夠用即可，不要新建了一個項目，結果只用了其中的最簡單功能，這是對資源的極大浪費;在推廣性方面就更重要了，一個產品如果技術含量很高，但只能在局部范圍使用，無法推廣，它的價值就無法體現出來，也就失去了意義。

　　同時隨著電子信息技術的進步，信息化技術已深入到制造業的各個層面。從廣義上來講數字化工廠就是覆蓋產品的整個生命周期的數字化技術，實現設計數字化、制造裝備數字化、生產過程數字化、管理數字化，并最終通過集成實現整個工廠數字化。對于設備控制層的數字化越來越多地采用嵌入式系統，并以現場總線為其信息通道，和上層以Internet/Intranet為基礎的制造信息分析和處理層結合，形成的數字化工廠信息構架，從而實現整個工廠、企業之間的數字化。從當前國內形勢來看企業也越來越重視制造業的信息化和數字化應用。