基于DeviceNet現場總線的汽車總裝生產線控制系統

　　摘要：DeviceNet 現場總線是由羅克韋爾自動化公司推出的，是一種開放、低價、可靠、高效的底層工業控制網絡，可廣泛應用于各個領域，現已成為國際標準、歐洲標準和中國國家 標準。根據中國第一汽車集團的發展規劃，設計了基于DeviceNet現場總線的汽車總裝生產線控制系統，闡述了系統結構及其強大的功能。系統包含12條 DeviceNet網絡、200多個節點，總線長度達3000m。系統總體技術達到了國際先進水平。運行實踐表明，系統大大提高了企業的生產效率，為企業 創造了明顯的經濟效益。

　　關鍵詞：DeviceNet 汽車生產線 PLC 控制系統

　　一、引言

　　DeviceNet現場總線是世界一流的自動化控制和信息解決方案供應商——美國羅克韋爾自動化 (Rockwell Automation)公司推出的最優的工業控制網絡技術——NetLinx的底層網絡。 DeviceNet具有開放、低價、可靠、高效的優點，特別適合于高實時性要求的工業現場的底層控制。

　　DeviceNet現已成為國際標準IEC62026-3(2000-07)低壓開關設備和控制設備 —控制器-設備接口，也已被列為歐洲標準EN50325。此外，DeviceNet實際上是亞洲和美洲的設備網標準。DeviceNet得到了世界各地眾 多制造商的支持，已經注冊的符合DeviceNet規范的產品有數千種，實際應用的DeviceNet節點設備已達數百萬個。在北美和日 本，DeviceNet在同類產品中占有最高的市場份額，在世界其它各地也呈現出了強勁的發展勢頭。

　　DeviceNet進入我國雖然比較晚，但因其突出的優點而受到了我國有關部門和單位的高度重視。 2002年10月8日，DeviceNet被批準為中國國家標準GB/T18858.3—2002，并于2003年4月1日開始實施，從而進一步推動了 DeviceNet現場總線技術在我國的推廣與應用。

　　DeviceNet可廣泛應用于各行各業，以中國的汽車工業為例，DeviceNet已應用于一汽- 大眾汽車有限公司的AUDI A6、BORA A4、JETTA的焊裝生產線、總裝生產線，張家港牡丹汽車廠的焊裝生產線、總裝生產線，青島頤中汽車廠的涂裝生產線，長春客車廠轉向架涂裝線，哈飛汽車 廠的焊裝生產線、涂裝生產線、總裝生產線，等等。本文介紹DeviceNet在一汽-大眾BORA A4總裝生產線的應用。

　　二、總裝生產線設計目標

　　一汽-大眾BORA A4總裝生產線的設計是根據中國第一汽車集團公司發展規劃、對原總裝生產線的設備及控制系統進行技術改造的項目，設計目標是滿足BORA A4和JETTA兩種車型混線生產的要求，以達到生產節拍90s/輛、年產十五萬輛的生產能力?？傃b生產線工藝設計采用國際上先進的模塊化工藝裝配技術以 及多種車型混線生產的柔性生產線技術，并配備高效、可靠、維護方便的控制系統，以提高整車裝配質量。

　　BORA A4生產線工藝流程由存儲區、工件裝配區、升降區、檢修區、檢測區、下線區組成。機械化生產線系統包括整車裝配線(工藝鏈,由多臺電機驅動)、車身輸送線 (積放鏈)、儲備線(積放鏈)、升降機等。其中，停止器22個、推車機10個、道岔6個;電機的驅動與控制均要求變頻調速;現場被控設備數量多且具有高度 的分散性：I/O點約2600 個、長度達3000m。

　　為了滿足生產線的設計要求并盡量節約成本，在充分利用原有設備及線路的前提下，對原有的輸送系統重新 進行了更為合理的布置;在各線之間的轉線處均加裝推車機，避免了轉線故障;采用新型平衡軌系統，使生產線的運行平穩、可靠，減輕了工人的勞動強度;將轎車 靠模軌下線改為升降機下線，為整個轎車裝配線增加了兩個工位;增加了機械手裝配工位。

　　生產線原控制系統是在多年前設計的，采用的是傳統的PLC集中控制，系統控制精度低，操作不便;所有 的數字量與模擬量I/O點均從PLC柜內接線，導線用量大、布線復雜、故障率高，給現場維護帶來了諸多不便，嚴重地影響了生產，已不適應現代企業的生產要 求。因此，必須設計一種性能優異的新型控制系統，這是保證生產線達到預定設計目標的關鍵。

　　2.1 控制系統

　　在分析比較了各種不同的控制方案后，決定采用以DeviceNet為底層網絡的現場總線控制系統，如 圖1所示。DeviceNet網絡上連接的輸入設備有按鈕、急停開關、接近開關、光電開關、行程開關等，輸出設備有指示燈、控制閥、變頻器等。系統通過 ControlNet實現不同PLC之間的互相通信, 完成在中央控制室的監視、控制、故障報警、管理信息交換等功能。

　　圖1 以DeviceNet為底層網絡的總裝生產線現場總線控制系統

　　圖2 PLC-5/80C硬件配置

　　圖2為系統中所用的羅克韋爾自動化公司的可編程控制器PLC-5/80C的硬件配置(其自身有內置的 遠程I/O(RIO)和ControlNet接口)。由于系統中控制的點數多、線路長，因此用了6個1771-SDN掃描器，共12條DeviceNet 網絡與被控設備相連。12條DeviceNet網絡分別命名為1DN1、1DN2、2DN1、2DN2、3DN1、3DN2、4DN1、4DN2、 5DN1、5DN2、6DN1、6DN2。其中，1DN1控制生產線上的所有14臺變頻器;1DN2控制生產線上的所有FlexI/O節點，FlexI /O所連接的大部分設備是原總裝生產線上不能直接連接到DeviceNet網絡上的設備;2DN1控制車身輸送線(積放鏈);2DN2控制儲備線(積放 鏈);3DN1和3DN2控制另一條儲備線(積放鏈);4DN1至6DN2控制整車裝配線(工藝鏈)。整車裝配線的工藝非常復雜，由153個工位組成，主 要控制功能有工藝急停、與其它設備連鎖等;主要設備有底盤打號機、天窗裝配機械手、涂膠機械手、裝配機械手、風擋玻璃涂膠機器人、駕駛系統控制模塊、動力 總成、檢測裝置等。系統共有200多個節點。

　　所有現場生產設備的工作狀態、工作參數、故障信息等均通過DeviceNet網絡傳送至位于中控室的 控制器;控制器對現場生產設備實施的各種控制也是通過DeviceNet網絡進行的。系統中連接到EtherNet上的監視計算機應用組態軟件 RSView32，以豐富的文字、形象的圖形顯示各生產設備的運行狀態、運行參數、自動彈出故障報警畫面、記錄故障點、調出相關的控制程序及電控圖紙，也 可進行生產信息的自動記錄、統計管理等，并可將報警信息(故障點、故障原因、故障時間等)傳送至維修部門的遠程終端上，而且可通過連接到EtherNet 上的控制器控制生產線的起停、改變控制參數等。系統通過遠程I/O在控制柜上安裝了人機接口HMI，用于顯示生產設備的工作狀態、工作參數、調節控制參數 等。系統具有完善的PLC故障自動診斷程序和HMI報警系統，使設備故障的查詢極其快速、方便、準確。系統采用電流閉環自動控制技術解決了單鏈多驅動同步 控制的技術難題，保證了生產線的正常、安全運行。系統控制層采用冗余的ControlNet網絡實現與車門分裝線、升降機控制系統、儀表盤安裝系統等的 PLC處理器進行實時的控制信息交換。

　　2.2 系統構建與調試

　　現場的所有信號通過DeviceNet網絡實時傳輸到控制器，控制器控制信號也是通過DeviceNet網絡傳輸到現場設備中，因此DeviceNet網絡的構建是整個控制系統的基礎，其構建步驟如下：

　　進行總體規劃，合理布線;

　　將DeviceNet網絡節點設備連接到網絡上;

　　安裝通信軟件RSLinx和網絡組態工具軟件RSNetworx for DeviceNet或DeviceNet Manager;

　　給將要添加到DeviceNet網絡上的每個設備分配節點地址并設置正確的通信波特率，因為DeviceNet網絡上每個網段所有節點的通信波特率必須一致，且不允許有節點地址重復的設備;

　　將編程終端(計算機或專用編程設備)連接到網絡上(通過計算機通信板卡或外置通信模塊)并建立 通信，即在RSLinx下配置DeviceNet驅動程序：DeviceNet Driver(1784-PCD/PCIDS、1770-KFD、SDNPT driver)(該操作只能在在線模式下進行);

　　通過網絡(DeviceNet或上層網絡ControlNet、EtherNet)配置DeviceNet設備運行參數，如設備的I/O數據觸發方式、設備I/O報文的大小及設備本身的運行參數(如變頻器的啟動方式、最大頻率及其它運行參數);

　　將設備配置參數下載到節點設備和DeviceNet Scanner(1791-SDN)中，并保存到網絡組態工具軟件的配置文件中(用于離線查看網絡信息或配置相同的網絡)。

　　DeviceNet網絡的硬件布線及軟件組態十分簡便，因此系統的安裝調試周期大大縮短。

　　在進行DeviceNet網絡硬件安裝調試時應注意：

　　推薦選用羅克韋爾自動化等公司的DeviceNet總線電纜及連接組件(這可使硬件安裝大大簡化，并提高可靠性);

　　每個網段供電電源只能有一點接地;

　　網絡總線兩端應安裝正確的終端電阻(120Ω，可選配羅克韋爾等公司隨系統提供的標準終端電阻)，在系統不上電時測得的網絡CAN-H和CAN-L之間的電阻值應在50-70Ω。

　　三、結論

　　基于DeviceNet現場總線的汽車總裝生產線控制系統，總線長度(3000m)、節點數量 (200多個)等均為目前全國之最，系統總體技術達到了國際先進水平。三年來的系統運行實踐表明，系統功能強大、安全可靠、操作靈活，為一汽-大眾公司創 造了明顯的經濟效益，并大大提高了生產效率、自動化生產水平和管理水平，使得公司在激烈的市場競爭中處于領先地位。

　　參考文獻

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