西門子PLC應(yīng)用在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線中
1 引言
裝配線上共計(jì)20余個(gè)工位，包括7個(gè)普通轉(zhuǎn)臺(tái)、2個(gè)維修轉(zhuǎn)臺(tái)、4個(gè)無(wú)滾輪舉升臺(tái)、7個(gè)單向滾輪舉升臺(tái)以及2個(gè)翻轉(zhuǎn)機(jī)。
整個(gè)被控對(duì)象包括22個(gè)工位,每個(gè)工位上包含必需的轉(zhuǎn)移電機(jī)或舉升電機(jī),此外還有32個(gè)生產(chǎn)線傳輸電機(jī)。每個(gè)工位均由一個(gè)ET200S和一個(gè)ET200eco從站組成,用于該工位的I/O點(diǎn)數(shù)據(jù)采集和發(fā)送以及分散控制。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能
系統(tǒng)包括操作員站、工程師站、自動(dòng)化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)I/O站等幾個(gè)部分。
系統(tǒng)各部分功能:
操作員站:提供全漢化人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的監(jiān)控操作功能(操作、顯示、報(bào)表、報(bào)警、趨勢(shì))，并且可以在人機(jī)界面上直接查看對(duì)應(yīng)的step7源程序。
工程師站:用于系統(tǒng)的組態(tài)和維護(hù)。
自動(dòng)化系統(tǒng):使用SIMATIC控制器完成回路調(diào)節(jié)和邏輯運(yùn)算。
現(xiàn)場(chǎng)I/O站:使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)直接采集現(xiàn)場(chǎng)儀表的信號(hào),控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
現(xiàn)場(chǎng)總線ProfiBus:用于連接控制單元與操作員站以及管理網(wǎng)絡(luò)。
本系統(tǒng)采用PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模塊相連構(gòu)成系統(tǒng)的主站。CP342-5是用于連接S7-300和profibus-DP的主/從站接口模塊，CP 343-1是用于連接S7-300和工業(yè)以太網(wǎng)的接口模塊。在該控制系統(tǒng)中，除了上述主站外，從站是由22個(gè)ET200S和22個(gè)ET200eco組成，分別分布在兩條profibus網(wǎng)絡(luò)上。CPU上自帶的profibus-DP接口構(gòu)成profibusⅠ線，CP 342-5接口模塊構(gòu)成profibusⅡ線。
系統(tǒng)中ET200S從站上采用的IM151-1接口模塊有兩種: 基本型和標(biāo)準(zhǔn)型，基本型的接口模塊所能掛接的電源管理模塊和I/O模塊個(gè)數(shù)范圍為2~12個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)型的接口模塊其范圍為2~63個(gè)。所以當(dāng)從站I/O模塊較多時(shí)，宜選用標(biāo)準(zhǔn)型的接口模塊。接口模塊上帶有profibus地址設(shè)定撥碼開(kāi)關(guān)。
系統(tǒng)中ET200eco從站中選用了8DI和16DI兩種模板，模板結(jié)構(gòu)緊湊，模板的供電采用7/8’電源線，模板的通訊采用M12通訊接頭。接線靈活而快速，方便拔插。其接口模塊上帶有2個(gè)旋轉(zhuǎn)式編碼開(kāi)關(guān)用于profibus地址分配。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按照適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的程度，以及生產(chǎn)線的布局來(lái)考慮選用不同防護(hù)等級(jí)?？刂葡渲械哪K采用防護(hù)等級(jí)為20的ET200S I/O模塊，對(duì)應(yīng)每個(gè)控制箱的還有一個(gè)防護(hù)等級(jí)為67的ET200eco模塊，置于生產(chǎn)線滾輪下方，由于該模塊需要接觸到現(xiàn)場(chǎng)較為惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，因此需要有防水防油防塵等功能。
3 目標(biāo)控制系統(tǒng)
3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線是一個(gè)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)順序裝配的流水線工藝過(guò)程。由于工藝的繁瑣性，工程的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)考慮采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，采用以PLC為核心構(gòu)成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，各獨(dú)立工位控制系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息、資源共享。該裝配線在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中較為關(guān)鍵，由于每個(gè)工位之間是流水線生產(chǎn)，因此每個(gè)環(huán)節(jié)的控制都必須具備高可靠性和一定的靈敏度，才能保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。從站中的每個(gè)ET200S站和其對(duì)應(yīng)的ET200eco站共同構(gòu)成一個(gè)工位, ET200eco主要是采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)之用。ET200S站的模塊置于小型控制箱內(nèi), 對(duì)于工位的基本操作有兩種方式，就地控制箱手動(dòng)方式和就地自動(dòng)方式。由于每個(gè)控制工位的操作進(jìn)度不一致，操作工可以按照裝配要求進(jìn)行手自動(dòng)切換。特殊情況下亦可通過(guò)手動(dòng)操作進(jìn)行工件位置的修正。
安裝在各工位的分布式I/O模塊ET200S和ET200eco通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件和傳感器將系統(tǒng)主要的監(jiān)控參數(shù)(主要是開(kāi)關(guān)量)采集進(jìn)來(lái)，ET200S和ET200eco將現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為高精度的數(shù)據(jù)量，通過(guò)最高速度可達(dá)12M的Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)上傳到中央控制器，控制器根據(jù)具體工藝要求進(jìn)行處理，再通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)將控制輸出下傳給ET200S，實(shí)現(xiàn)各工位的控制流程。PROFIBUS是全球應(yīng)用最廣泛的過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。 PROFIBUS有三種類型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自動(dòng)化;PROFIBUS-DP用于制造業(yè)自動(dòng)化;PROFIBUS-PA用于過(guò)程自動(dòng)化。使用PROFIBUS過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以使硬件、工程設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試和維修費(fèi)用節(jié)省40%以上。PROFIBUS-DP的技術(shù)性能使它可以應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化的一切領(lǐng)域，包括冶金、化工、環(huán)保、輕工、制藥等領(lǐng)域。除了安裝簡(jiǎn)單外，它有極高的傳輸速率，可達(dá)12Mbits/s，通訊距離可達(dá)到1000米，如果加入中繼器可以將通訊距離延長(zhǎng)到數(shù)十公里，具有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(總線型、星型、環(huán)型)可供選擇。在一個(gè)網(wǎng)段上最多可連接Profibus-DP從站即ET200S或是ET200eco 32個(gè)。
裝配線上共計(jì)20余個(gè)工位，包括7個(gè)普通轉(zhuǎn)臺(tái)、2個(gè)維修轉(zhuǎn)臺(tái)、4個(gè)無(wú)滾輪舉升臺(tái)、7個(gè)單向滾輪舉升臺(tái)以及2個(gè)翻轉(zhuǎn)機(jī)。
整個(gè)被控對(duì)象包括22個(gè)工位,每個(gè)工位上包含必需的轉(zhuǎn)移電機(jī)或舉升電機(jī),此外還有32個(gè)生產(chǎn)線傳輸電機(jī)。每個(gè)工位均由一個(gè)ET200S和一個(gè)ET200eco從站組成,用于該工位的I/O點(diǎn)數(shù)據(jù)采集和發(fā)送以及分散控制。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能
系統(tǒng)包括操作員站、工程師站、自動(dòng)化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)I/O站等幾個(gè)部分。
系統(tǒng)各部分功能:
操作員站:提供全漢化人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的監(jiān)控操作功能(操作、顯示、報(bào)表、報(bào)警、趨勢(shì))，并且可以在人機(jī)界面上直接查看對(duì)應(yīng)的step7源程序。
工程師站:用于系統(tǒng)的組態(tài)和維護(hù)。
自動(dòng)化系統(tǒng):使用SIMATIC控制器完成回路調(diào)節(jié)和邏輯運(yùn)算。
現(xiàn)場(chǎng)I/O站:使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)直接采集現(xiàn)場(chǎng)儀表的信號(hào),控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
現(xiàn)場(chǎng)總線ProfiBus:用于連接控制單元與操作員站以及管理網(wǎng)絡(luò)。
本系統(tǒng)采用PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模塊相連構(gòu)成系統(tǒng)的主站。CP342-5是用于連接S7-300和profibus-DP的主/從站接口模塊，CP 343-1是用于連接S7-300和工業(yè)以太網(wǎng)的接口模塊。在該控制系統(tǒng)中，除了上述主站外，從站是由22個(gè)ET200S和22個(gè)ET200eco組成，分別分布在兩條profibus網(wǎng)絡(luò)上。CPU上自帶的profibus-DP接口構(gòu)成profibusⅠ線，CP 342-5接口模塊構(gòu)成profibusⅡ線。
系統(tǒng)中ET200S從站上采用的IM151-1接口模塊有兩種: 基本型和標(biāo)準(zhǔn)型，基本型的接口模塊所能掛接的電源管理模塊和I/O模塊個(gè)數(shù)范圍為2~12個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)型的接口模塊其范圍為2~63個(gè)。所以當(dāng)從站I/O模塊較多時(shí)，宜選用標(biāo)準(zhǔn)型的接口模塊。接口模塊上帶有profibus地址設(shè)定撥碼開(kāi)關(guān)。
系統(tǒng)中ET200eco從站中選用了8DI和16DI兩種模板，模板結(jié)構(gòu)緊湊，模板的供電采用7/8’電源線，模板的通訊采用M12通訊接頭。接線靈活而快速，方便拔插。其接口模塊上帶有2個(gè)旋轉(zhuǎn)式編碼開(kāi)關(guān)用于profibus地址分配。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按照適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的程度，以及生產(chǎn)線的布局來(lái)考慮選用不同防護(hù)等級(jí)?？刂葡渲械哪K采用防護(hù)等級(jí)為20的ET200S I/O模塊，對(duì)應(yīng)每個(gè)控制箱的還有一個(gè)防護(hù)等級(jí)為67的ET200eco模塊，置于生產(chǎn)線滾輪下方，由于該模塊需要接觸到現(xiàn)場(chǎng)較為惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，因此需要有防水防油防塵等功能。
3 目標(biāo)控制系統(tǒng)
3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線是一個(gè)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)順序裝配的流水線工藝過(guò)程。由于工藝的繁瑣性，工程的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)考慮采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，采用以PLC為核心構(gòu)成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，各獨(dú)立工位控制系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息、資源共享。該裝配線在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中較為關(guān)鍵，由于每個(gè)工位之間是流水線生產(chǎn)，因此每個(gè)環(huán)節(jié)的控制都必須具備高可靠性和一定的靈敏度，才能保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。從站中的每個(gè)ET200S站和其對(duì)應(yīng)的ET200eco站共同構(gòu)成一個(gè)工位, ET200eco主要是采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)之用。ET200S站的模塊置于小型控制箱內(nèi), 對(duì)于工位的基本操作有兩種方式，就地控制箱手動(dòng)方式和就地自動(dòng)方式。由于每個(gè)控制工位的操作進(jìn)度不一致，操作工可以按照裝配要求進(jìn)行手自動(dòng)切換。特殊情況下亦可通過(guò)手動(dòng)操作進(jìn)行工件位置的修正。
安裝在各工位的分布式I/O模塊ET200S和ET200eco通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件和傳感器將系統(tǒng)主要的監(jiān)控參數(shù)(主要是開(kāi)關(guān)量)采集進(jìn)來(lái)，ET200S和ET200eco將現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為高精度的數(shù)據(jù)量，通過(guò)最高速度可達(dá)12M的Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)上傳到中央控制器，控制器根據(jù)具體工藝要求進(jìn)行處理，再通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)將控制輸出下傳給ET200S，實(shí)現(xiàn)各工位的控制流程。PROFIBUS是全球應(yīng)用最廣泛的過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。 PROFIBUS有三種類型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自動(dòng)化;PROFIBUS-DP用于制造業(yè)自動(dòng)化;PROFIBUS-PA用于過(guò)程自動(dòng)化。使用PROFIBUS過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以使硬件、工程設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試和維修費(fèi)用節(jié)省40%以上。PROFIBUS-DP的技術(shù)性能使它可以應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化的一切領(lǐng)域，包括冶金、化工、環(huán)保、輕工、制藥等領(lǐng)域。除了安裝簡(jiǎn)單外，它有極高的傳輸速率，可達(dá)12Mbits/s，通訊距離可達(dá)到1000米，如果加入中繼器可以將通訊距離延長(zhǎng)到數(shù)十公里，具有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(總線型、星型、環(huán)型)可供選擇。在一個(gè)網(wǎng)段上最多可連接Profibus-DP從站即ET200S或是ET200eco 32個(gè)。
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