A-B PLC-5在奇瑞公司二期工程總裝車間電氣控制系統(tǒng)中的

摘要：本文介紹的是用PLC控制的汽車制造廠裝配線的電氣控制系統(tǒng)的一種方式。采用羅克韋爾自動化公司的PLC-5系列PLC和DeviceNet總線，可以輕松實現(xiàn)對總裝車間復雜的控制系統(tǒng)的管理和監(jiān)控。
關(guān)鍵詞：總線 以太網(wǎng) DeviceNet 可編程序控制器 梯形圖 局域網(wǎng) 人機界面
一、系統(tǒng)概述
汽車制造廠的輸送線和裝配線是一個非常復雜的控制系統(tǒng)，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、張緊器、提升機、舉升臺等許多執(zhí)行機構(gòu)。奇瑞公司二期工程總裝車間采用兩條裝配線、四種車型混線生產(chǎn)，自動化程度很高，控制系統(tǒng)復雜。整個控制系統(tǒng)分中央控制室和四個遠程控制站，組成一個全廠工業(yè)局域網(wǎng)，遠程控制柜PLC通過以太網(wǎng)將自己所控制的區(qū)域的生產(chǎn)情況傳送至中央控制室的計算機系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)選型及特點
PLC（可編程邏輯控制器）作為在復雜控制系統(tǒng)中替代電磁繼電器順序控制而出現(xiàn)，從它誕生起，就具有良好的發(fā)展的前景和廣闊的前途。隨著總線控制和網(wǎng)絡的出現(xiàn)和應用，PLC如虎添翼，不斷向各個行業(yè)滲透。現(xiàn)在，在工業(yè)上幾乎每個行業(yè)都可以看到PLC的身影。
我公司根據(jù)自動化控制人員在產(chǎn)品實際應用上的經(jīng)驗和總結(jié)，在認真分析國際上知名的控制系統(tǒng)公司的產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，以及鑒于一期工程采用羅克韋爾自動化公司A-B品牌的PLC產(chǎn)品的良好運行狀況，所以二期工程仍采用了A-B品牌的PLC，來控制整個車間的生產(chǎn)情況。
作為羅克韋爾自動化公司旗下?lián)碛邪倌隁v史的著名品牌，A-B品牌PLC在全球工業(yè)界享有盛名。PLC-5系列PLC作為A-B品牌家族中成熟的產(chǎn)品，擁有許多功能模塊，可以實現(xiàn)多種復雜的控制系統(tǒng)。
此外，羅克韋爾自動化公司的軟件眾多，功能強大，對A-B的產(chǎn)品有廣泛的支持。有RSLogix 5、RSLogix 500、RSLogix 5000、SLC 500-A.I.系列編程軟件，控制網(wǎng)組態(tài)軟件RSNetWork等一系列梯形圖編程軟件包，為羅克韋爾自動化公司的產(chǎn)品提供了可靠的通訊能力、強大的編程功能和卓越的診斷能力和監(jiān)控能力，以及運行控制功能。
經(jīng)過深思熟慮，最終我們確定了羅克韋爾自動化公司的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)，來控制總裝車間整個生產(chǎn)裝配線，實現(xiàn)各項功能，滿足整個車間對自動化控制系統(tǒng)的要求。此外，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自動化公司的A-B品牌PLC。
我們選擇的PLC-5/40E CPU，內(nèi)存容量大，數(shù)據(jù)處理能力強，網(wǎng)絡功能強大，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：
1.RUN（運行）
在運行模式下，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。
2.PROG（編程）
在編程模式時，用軟件編程不能改變操作模式
3.REM（遠程）
通過編程軟件，在遠程編程、遠程測試、遠程運行模式之間改變。
RSLogix 5編程軟件具有可靠的通訊能力、強大的編程功能和卓越的診斷能力和監(jiān)控能力，以及運行控制功能：
診斷和故障查找工具
可靠的通訊功能
統(tǒng)一的項目視圖
靈活的梯形圖邏輯
符號編程
可選的梯形圖視圖
容易的通信組態(tài)
利用RSLogix 5梯形邏輯編程軟件，可以優(yōu)化系統(tǒng)性能，節(jié)省項目開發(fā)時間，提高生產(chǎn)率。
上位機監(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，它使用方便，可以構(gòu)造靈活的界面和強大的功能，用RSView32組態(tài)軟件能開發(fā)出較強的組合畫面：
快速靈活的畫面切換
靈活有效的報警方式
強大的功能和簡單直觀的操作方式
靈活實用的設置功能
實用的管理功能
利用上位機監(jiān)控軟件RSView32，坐在中央控制室，就可以監(jiān)控現(xiàn)在的一切機械化設備，對現(xiàn)場的生產(chǎn)情況一目了然。
三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置
羅克韋爾自動化公司的通訊網(wǎng)絡分為三層：信息層、控制層和設備層。信息層應用以太網(wǎng)，用于全廠的數(shù)據(jù)采集和程序維修。控制層應用控制網(wǎng)、DH+、DH485、遠程I/O網(wǎng)絡。設備層應用DeviceNet網(wǎng)絡，用于底層設備的低成本、高效率信息集成。
羅克韋爾自動化采用基于生產(chǎn)者/客戶模式的通訊技術(shù)的控制網(wǎng)，即傳送對時間有苛刻要求的控制信息，同時對其他的信息如對時間無苛求的信息也能傳送，不會影響對時間苛求信息的傳送。該控制網(wǎng)具有以下的特點：
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映象表中所設定的通訊速率相等或更快的速率傳送，保證了控制網(wǎng)中的數(shù)據(jù)準確、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)絡的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)由一個中央控制柜和四個遠程控制柜組成，并與上位機和企業(yè)以太網(wǎng)相連。系統(tǒng)的最低層是設備控制層，主要完成生產(chǎn)設備的現(xiàn)場控制與監(jiān)控；控制網(wǎng)主要是通過上位機完成對全車間生產(chǎn)線的在線監(jiān)測，并向設備控制層下達控制指令；最上層是EtherNet網(wǎng)絡，EtherNet網(wǎng)絡與公司的企業(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)。

3.1 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)視和控制自動化設備和過程的人機界面監(jiān)控軟件。RSView32通過開放的技術(shù)擴展了您的視野，達到了與其它羅克韋爾軟件產(chǎn)品、微軟產(chǎn)品以及第三方應用程序的高度兼容。RSView32除了具備高質(zhì)量人機界面監(jiān)控軟件的功能外，還提供獨特的系列工具來最大限度地提升生產(chǎn)率。
中央控制室承擔了數(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。在中央控制室設有操作員工作站，操作員通過操作終端詳細了解整個車間的生產(chǎn)運行情況，并可下達操作控制指令，指揮整個車間生產(chǎn)，實現(xiàn)車間自動化控制。
中央控制室主要完成以下功能：
控制操作：在中央控制室能對全系統(tǒng)被控設備進行在線實時控制，如啟停某一設備，手動或自動執(zhí)行順序控制，PLC控制方式的切換及對現(xiàn)場PLC參數(shù)設定值的修改等。
顯示功能：用圖形實時地顯示各PLC站被控設備的運行工況；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部詳圖；動態(tài)顯示各種信號的數(shù)值和范圍清單，通過按鈕、開關(guān)、信號燈、顏色等手段實時生動地表示出來。
數(shù)據(jù)管理：能建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫、操作信息庫、故障信息庫。
數(shù)據(jù)處理：利用實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，計算主要生產(chǎn)指標。
報警功能：當裝配線出現(xiàn)故障時，工人按下呼人開關(guān)和急停開關(guān)，裝配線停止運行，把故障信息輸入到報警表、屏幕顯示報警信息、打印機輸出報警信息、聲光報警，并可依據(jù)報警信息推出相應的動態(tài)畫面。
報表功能：即時報表、日報表、月報表、年報表。
安全功能：按不同操作級別分級加密，并記錄操作人員工號和所有操作信息。
打印功能：可以實現(xiàn)報表和圖形打印以及各種事件和報警實時打印。
3.2 雙行道板式輸送機系統(tǒng)
總裝車間有兩套雙行道板式輸送機系統(tǒng)。本系統(tǒng)由四柱叉式提升機、助推器、回轉(zhuǎn)舉升臺、傳送機、和接近開關(guān)等設備組成。每套雙行道板式輸送機系統(tǒng)由兩條平板輸送線組成，平行回轉(zhuǎn)運行，是一種非常復雜的控制技術(shù)，在國內(nèi)處于技術(shù)領(lǐng)先的地位。該輸送線可以很大程度上降低工人的勞動強度，提高生產(chǎn)效率。但相對而言控制系統(tǒng)技術(shù)要求就比較大，難度高，設備控制和調(diào)試起來非常困難，是控制中的難點和重點，要求控制系統(tǒng)的各個部分互相緊密配合，不能出現(xiàn)半點差錯。
同時在四柱叉式提升機的控制系統(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的雙行道板式輸送機上或從雙行道板式輸送機到寬推桿積放式懸掛輸送鏈上之間的緊密銜接，杜絕差錯和故障的出現(xiàn)。并在現(xiàn)場設有自動/手動切換箱，預防生產(chǎn)過程中緊急事故的出現(xiàn)。
3.3 車型吊具識別系統(tǒng)
在油漆車身上料點，操作人員通過錄入計算機將當前吊具號及車的信息輸入到錄入計算機，錄入計算機將吊具號通過以太網(wǎng)傳送至PLC，PLC進行堆棧存儲。
另外錄入計算機將車的信息通過識別系統(tǒng)寫頭寫入載碼體，并通過以太網(wǎng)將吊具號及車的信息傳送至上位機及在錄入計算機內(nèi)存儲，當錄入完畢后給PLC發(fā)出信號。
上位機作出與輸送線相對應的畫面及參數(shù)，通過PLC給出的指針及錄入計算機給出的信息進行顯示并與PLC給出的堆棧信息進行比較，上位機根據(jù)信息及要求控制出入庫的道岔及停止器。
當上位機出現(xiàn)故障時，操作人員人工控制運行，待上位機正常后從PLC調(diào)出堆棧信息恢復顯示。
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，上位機根據(jù)庫存及車的信息控制入庫區(qū)的道岔及停止器。當上位機出現(xiàn)故障時，操作人員人工控制運行，待上位機正常后從PLC調(diào)出堆棧信息恢復顯示。
庫區(qū)出口處，上位機根據(jù)計劃及庫區(qū)信息通過以太網(wǎng)控制停止器。當上位機出現(xiàn)故障時，操作人員人工控制運行。
載車吊具入口處，上位機根據(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，上位機根據(jù)車的信息控制道岔及停止器。當上位機出現(xiàn)故障時，操作人員人工控制運行。
在裝配懸鏈整車下線提升機前一工位處（ST48）設置識別系統(tǒng)讀頭，現(xiàn)場儀表板上線處設置顯示計算機及打印機各一臺，當車通過ST48工位時，讀頭將載碼體信息讀入，并在計算機處顯示。
發(fā)動機上線完畢后，通過以太網(wǎng)發(fā)一信息計算機消除。計算機能依次顯示三個車的信息，并能打印當天的產(chǎn)量及參數(shù)。
3.4 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的車身的吊具。
控制系統(tǒng)需要區(qū)分吊具的類型的類型，在吊具進入存儲區(qū)和出存儲區(qū)時需要鑒別吊具的類型，并與已經(jīng)輸入的信息進行比較，作出吊具應該進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。
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)，進行維修，正常的空吊具進入吊具存儲區(qū)。
四、結(jié)束語
總裝車間的控制系統(tǒng)的特點也是難點有兩方面：一是要切實保證設備運行的安全性，在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)點微小的故障都可能產(chǎn)生重大的安全事故，和巨大的經(jīng)濟損失；二是控制系統(tǒng)復雜的連鎖關(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，需要設備的各個環(huán)節(jié)緊密配合，不能出現(xiàn)絲毫的差錯。通過應用羅克韋爾自動化公司的軟硬件產(chǎn)品和技術(shù)，保證系統(tǒng)的安全和可靠性，靈活地實現(xiàn)了復雜的連鎖任務，最終得到控制的要求。
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，系統(tǒng)可靠性要求較高。通過采用羅克韋爾自動化公司的產(chǎn)品和技術(shù)，系統(tǒng)基本達到設計要求，運行效果較好，運行穩(wěn)定、可靠，具有較高的機電一體化水平。同時，該系統(tǒng)設計合理，安全可靠，減輕了工人的勞動強度，減少了設備運行的故障率，提高了生產(chǎn)效率。最終獲得用戶的一致贊揚和好評。
參考文獻：
[1] ControlLogix系統(tǒng)概述
[2] PLC-5使用手冊
[3] RSView32用戶指南
[4] 寥常初. 可編程序控制器應用技術(shù). 重慶大學出版社, 2000
[5] 湯毅堅. 計算機局域網(wǎng) .人民郵電出版社, 1989
作者簡介：
宋志芳，1978年出生于太行山腳下。2002年畢業(yè)于湖南大學電氣與信息工程學院。懷著對汽車的無限熱愛和無比激情，加入上汽集團奇瑞汽車有限公司。對于中國轎車工業(yè)，一直充滿感情，并且堅信：不遠的將來，中國將成為裝在四個輪子上的國度。