SIEMENS自動化產品在沖壓自動化控制系統中的應用

神龍汽車有限公司是中國最大的中法合資企業，也是國內最大的汽車制造廠家之一，主要生產雪鐵龍和標致兩種品牌的汽車，目前已形成年產30萬輛汽車的生產能力。神龍公司沖壓車間二期項目是神龍公司生產能力從15萬輛提升到30萬輛的重點項目。該項目共有三條全自動機器人沖壓生產線。其中壓力機由德國舒勒公司提供，機器人自動化連線由ABB柔性自動化公司（西班牙）負責。下面我將以沖壓車間L6線為例來介紹SIENENS自動化產品在沖壓生產線的應用。

1. 項目的簡要工藝。

沖壓車間L6線是使用一臺帶液壓墊的單動壓機1400T(SEC)和另外四臺單動壓機600T(SE))對板料進行連續沖壓來獲得最終的成形零件。由叉車將開卷線下好的板料上到生產線首端的兩個可移動拆垛小車上。板料由一臺裝有雙料檢測器的拆垛機器人進行拆垛，它將拆垛的板料放置在對中臺上。板料在對中臺上對中后由一臺上料機器人抓起, 并將板料放到帶液壓墊的單動壓機(SEC)里進行沖壓. 壓機間工位機器人將板料從SEC壓機逐步運送每臺單動壓機（SE）里進行沖壓直到線尾的最后一臺單動壓機(SE)里。一個出線端機器人將已沖壓好的零件從最后一臺單動壓機(SE)里取出,然后放置在出料皮帶機上. 出料皮帶機將零件傳送到操作人員處,由后者將零件放置在容器箱里

2. 生產線的組成及功能

整條生產線主要由八臺機器人、五臺壓機、兩個拆垛小車和線尾出料皮帶機組成，分為6個單元（生產線布局為下圖一所示）。

圖一

² 單元1：由R61U和R61L機器人、兩個拆垛工作臺、板料對中臺以及P60#壓力機組成。負責板料的拆垛、板料的對中及對雙動壓機（60#壓機）的上料及板料沖壓成形。

² 單元2：由R62U和R62L機器人以及P61#壓力機組成。負責在60#和61#壓機之間上料和下料（帶板料翻轉）及零件沖壓成形。

² 單元 3、4、5：分別由R63、R64、R65以及相對應的P62#壓力機、P63#壓力機和P64#壓力機組成。負責在壓機61#和64#壓機之間上料和下料及零件沖壓成形。

² 單元6：由R66機器人和線尾出料皮帶機組成。負責為64#壓機下料并傳送零件到線尾出料皮帶機。

3. 自動化系統的組成

沖壓車間L6線的整個自動化系統分為為兩大部分。

1) 壓力機部分的自動化：

壓力機按照設備的組成一般可分為上橫梁、滑塊、底座、活動工作臺、液壓站和壓機操作面板以及壓機電柜等幾部分。采用SIEMENS公司的S7-416-2DP PLC作為控制系統，通過Profibus總線將分布在各個組成單元的分布式I/O,編碼器，變頻器，直流調速器、MP370人機界面等連接起來。

2) 機器人自動化連線部分：

自動化連線由位于線首TDL電柜的SIEMENS S7 416-2DP PLC作為控制系統, 通過PROFIBUS 總線連接管理分布在6個單元的ET200M、變頻器、MP370人機界面、機器人以及通過DP/DP耦合器來和壓機的PLC進行數據交換。

壓機的自動控制系統經過多年的發展，已經形成了一個標準化的應用，而全自動機器人沖壓線在國內的應用還不多，下面我將主要介紹機器人自動化連線部分。

機器人自動化連線電氣控制系統采用全套德國西門子元器件。從空氣開關、接觸器到PLC、分布式I/O、HMI人機界面、變頻驅動器等全部選用西門子器件，通過采用西門子PROFIBUS總線并結合西門子STEP 7編程軟件的強大功能，輕松實現自動控制系統的高性能、高可靠性和易于維護，實現了西門子的全集成自動化解決方案。

4. 系統的硬件組態。

5. 系統的網絡結構圖

通過在每個機器人SC4plus控制系統中配上作為Profibus-DP從站的DSQC352單元板，同時在S7 PLC PROFIBUS 網絡上配置該單元，這樣SIEMENC PLC 就可以和ABB機器人交換信息了。下面是一個ABB 機器人配置的實際例子：

EIO_UNIT:

-Name "SLAVE" -Type "d352" -Bus "BASE" -Digin 64 -Digout 64 -PollRate 50

-Param "SLAVE_VALUES"

EIO_USER_SIGNAL = EIO_SIGNAL:

-Name "rdiProgNumP1" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 1

-Name "rdiProgNumP2" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 2

-Name "rdiProgNumP4" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 3

-Name "rdiProgNumP8" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 4

-Name "rdiProgNumP16" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 5

-Name "rdiProgNumP32" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 6

-Name "rdiProgNumP64" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 7

。。。

-Name "rdiNextProgP128" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 64

由上例可見，該單元共配置64個輸入/輸出，對每個輸入/輸出定義變量名后，就可以在機器人中系統中使用這些輸入/輸出。這樣S7 PLC 的輸出就對應著相應的ABB機器人的輸入，同理ABB機器人的輸出對應相應的S7 PLC的輸入。

1. 該自動化連線裝置主要實現以下功能:

- 沖壓線自動化的一般功能

Ø 包括拆垛小車的運行管理、線尾皮帶機運行管理。由于線尾皮帶機采用了變頻調速，因此皮帶機的速度按工藝要求進行調整。即在MP370上輸入所需要的速度后，S7 PLC 就可以通過Profibus將所設定的參數發送給變頻器，變頻器就可以驅動電機按最新的設定值進行運轉。從而實現了針對不同尺寸的零件調整皮帶機速度的功能。

Ø 信號指示燈的管理，分別管理線首操作臺指示燈和單元指示燈。通過不同的指示燈的顯示，可以很方便的知道生產線所處的狀態，線首操作臺指示燈分為6個狀態，狀態指示見下表：

Ø 生產參數管理，在生產線首的第一個顯示屏上能夠顯示當前生產零件的批次號, 每班生產零件數量, 生產的小時節拍, 沖壓線的瞬時節拍, 以及更換批次時間.位于沖壓線線尾的第二個顯示屏僅顯示當班生產的零件數量。兩個顯示屏都連接在PROFIBUS總線上，因此可以很方便的實現數據的更新，見下圖。

壓機和機器人之間的信號的交換和處理

Ø 包括壓機發給機器人的下料允許、零件在壓機內、零件已沖壓等信號以及機器人發給壓機的上下料確認、機器人在壓機范圍外和啟動壓機下壓等信號。

- 工藝參數的存儲和自動換模功能

Ø 所有生產零件的工藝參數均存放在MP370的配方當中，維修人員可以通過ProSave將配方保存在電腦中，另外也在PROTOOL中設計了相應的功能鍵可以將配方組直接存儲在CF卡上。這樣當更換一個新的MP370后就可以直接將配方數據導入而不需要再次輸入工藝參數了。當需要全線自動換模時，通過MP370頁面上功能，在MP370內的零件表中選擇需要生產的零件號，發送全線換模命令，生產線即開始自動換模。機器人的參數、壓機的工藝參數全部自動調整和更換。下圖是在HMI上的換模頁面

整線的管理功能

Ø 包括單元的請求進入、循環結束停止、質量檢查停止和沖壓線排空等各種情況的處理

- 沖壓連線的故障和報警的管理

Ø 由于在項目中使用SIEMENS的PDAIG軟件，提高了STEP 7標準軟件采用LAD/STL/FBD語言在處理診斷功能方面的能力，這個診斷處理功能能夠監視生產過程，察覺使用過程中的出現故障并提供相應的故障的ID和相關聯的值發送到相連接的HMI操作面板上，通過在HMI上的診斷頁面，就可以查看相應的發生故障的程序段和了解故障發生的原因。另外本項目還增加了相應的Profibus總線的診斷功能。

- 總之, 整條生產線自動運行的所有過程.

2. 項目中的部分特殊功能的實現。

這次在項目中還使用了網絡診斷功能，它是采用了SIEMENS公司診斷型中繼器（Diagnostics Repeater）來實現的。診斷型中繼器除擁有普通中繼器的網段擴展功能外，還具有PROFIBUS網絡監控功能，當PROFIBUS網絡物理介質出錯時，它可快速定位故障發生的地點及故障性質，包括：PROFIBUS中A線或B線斷路/與屏蔽層間的短路、終端電阻缺失或無效的級聯深度、網段節點過多或距離超出通信范圍等。

在STEP 7程序中調用FB125及其背景數據塊DB125可以診斷系統中站點和模塊的錯誤，FB125/DB125須由OB1/OB82/OB86進行調用。

FB125在OB1/OB82/OB86中調用程序如下：

CALL "DETAIL_DP_DIAG" , "DETAIL_DIAG_DB" // 調用FB125/DB125

DP_MASTERSYSTEM := // DP主站的個數

EXTERNAL_DP_INTERFACE:= // CPU集成的DP接口

MANUAL_MODE := // 手動/自動 模式選擇

SINGLE_STEP_SLAVE := // 轉到下一個出錯的DP從站

SINGLE_STEP_ERROR := // 轉到正在顯示的DP從站的下一個錯誤

RESET := // 系統初始化

SINGLE_DIAG := // 讀DP從站的診斷

SINGLE_DIAG_ADR := // 設置單獨診斷的從站地址

ALL_DP_SLAVES_OK := // 系統中從站運行正常否

SUM_SLAVES_DIAG := // 出錯的從站的數目

SLAVE_ADR := // 出錯的從站的地址

SLAVE_STATE := // 從站狀態

SLAVE_IDENT_NO := // 與SLAVE_ADR想關聯

ERROR_NO := // 與SLAVE_ADR對應的錯誤故障信息

ERROR_TYPE := // 故障類別

MODULE_NO := // 與SLAVE_ADR相對應的模塊編號

MODULE_STATE := // 與SLAVE_ADR相對應的模塊狀態

CHANNEL_NO := // 與SLAVE_ADR相對應的模塊的通道編號

CHANNEL_TYPE := // 與SLAVE_ADR相對應的通道類型

CHANNEL_ERROR_CODE := // 與SLAVE_ADR相對應的通道的錯誤信息碼

CHANNEL_ERROR_INFO_1 := // 與SLAVE_ADR相對應的通道的錯誤類型1

CHANNEL_ERROR_INFO_2 := // 與SLAVE_ADR相對應的通道的錯誤類型2

DIAG_COUNTER := // 顯示的DP從站的總數

DIAG_OVERFLOW := // 診斷DP從站的總數大于32個，需執行RESET

BUSY := // FB125正在診斷DP系統

網絡錯誤在 MP370上的顯示是標準頁面，這些頁面可從PROTOOL標準庫中進行拷貝應用，站點狀態顯示頁面見下圖

由于采用了SIEMENS公司S7-400系列PLC及其相應的Profibus總線，使得整個自動化系統功能強大，安全可靠，操作靈活，減輕了工人的勞動強度，減少了設備運行時的故障率，提高了勞動生產效率和自動化管理水平，提高了神龍公司在激烈市場競爭中的領先到位。同時這也是SIEMENS公司自動化產品在神龍公司設備項目改造中應用的又一成功范例。