PROFIBUS現(xiàn)場總線在沖壓自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

一.項(xiàng)目簡介
1．神龍汽車有限公司是中法合資興建的大型轎車生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)。目前，已形成了年產(chǎn)15萬輛整車和20萬臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)能力，主要生產(chǎn)1.36i～1.6i經(jīng)濟(jì)型轎車。
2．神龍汽車有限公司沖壓車間L3線是一條經(jīng)由手工沖壓生產(chǎn)線過改造后的我國第一條機(jī)器人沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線（見圖一）。其全線的控制系統(tǒng)采用了西門子的PROIBUS現(xiàn)場總線來控制，該條生產(chǎn)線是PROFIBUS總線在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用的較為典型的例子。通過對(duì)其控制系統(tǒng)的分析，我們可以了解到PROFIBUS總線技術(shù)在不同控制系統(tǒng)之間是如何進(jìn)行信息交換和控制的.

二.系統(tǒng)介紹
1. 生產(chǎn)線的組成及功能
整條生產(chǎn)線主要由八臺(tái)機(jī)器人和五臺(tái)壓機(jī)組成，分為6個(gè)單元（生產(chǎn)線布局為下圖二所示）。

拆垛單元：包括兩個(gè)拆垛小車、拆垛機(jī)器人R31U、板料對(duì)中臺(tái)、雙動(dòng)壓機(jī)上料機(jī)器人R31L，它負(fù)責(zé)板料的拆垛、雙料識(shí)別、板料的對(duì)中及對(duì)雙動(dòng)壓機(jī)（30#壓機(jī)）的上料。
翻轉(zhuǎn)單元：包括30＃1400噸雙動(dòng)壓力機(jī)、30＃壓機(jī)下料機(jī)器人R32U、31＃壓機(jī)上料機(jī)器人R32L。R32U機(jī)器人在接到信號(hào)后將拉延成型完的零件取出翻轉(zhuǎn)并傳送給R32L機(jī)器人，R32L機(jī)器人將零件吸起送入31＃壓機(jī)。
傳送單元 3、4、5：包括三臺(tái)600噸單動(dòng)壓力機(jī)和三臺(tái)機(jī)器人。機(jī)器人在接到信號(hào)后將壓好的零件從前壓機(jī)取出送入后壓機(jī)。
出料單元：包括34＃600噸單動(dòng)壓力機(jī)，一臺(tái)下料機(jī)器人R34U、零件出線皮帶機(jī)。機(jī)器人為34#壓機(jī)下料并傳送零件到線末皮帶機(jī)。

三.生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的組成
1.沖壓車間L3線整個(gè)控制系統(tǒng)主要由以下四個(gè)部分組成。
1）壓力機(jī)控制部分，由施耐德公司的TSX 47-420 系列PLC來控制。
2）機(jī)器人控制部分，由ABB公司的S4C系統(tǒng)來控制。
3）生產(chǎn)線控制部分，由SIEMENS公司的S7 - 412 - 2DP PLC來控制。
4）上位機(jī)控制部分，使用Cube SCADA軟件通過PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)來管理。
2.生產(chǎn)線PLC網(wǎng)絡(luò)功能分析（見圖三）

由上圖所見，這個(gè)系統(tǒng)是基于一個(gè)Siemens S7 PLC S7-412-2DP及其PROFIBUS現(xiàn)場總線組成.,以下我們介紹二個(gè)主要部分。
1）PROFIBUS - DP 網(wǎng)絡(luò)
主要由壓機(jī)和機(jī)器人及各單元操作面板組成，網(wǎng)絡(luò)的通信由四部分組成：第一部分為機(jī)器人的控制部分，采用西門子S7的PLC來控制，它與機(jī)器人之間使用的是通過ABB機(jī)器人S4C控制器中的PROFIBUS網(wǎng)卡來通信，使用的是PROFIBUS－DP協(xié)議；第二部分為壓機(jī)和機(jī)器人之間的通信，采用的是一種間接的通信方式，它是通過壓機(jī)的PLC（TSX 47 - 420）的I／O與S7的PLC的遠(yuǎn)程I／O（ET 200）進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的通信，再通過S7處理器與機(jī)器人的S4C控制器的PROFIBUS網(wǎng)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而實(shí)現(xiàn)了壓機(jī)與機(jī)器人之間的通信。由于壓機(jī)的PLC無PROFIBUS協(xié)議，該系統(tǒng)充分利用了S7的遠(yuǎn)程I／O功能。第三部分為生產(chǎn)線6個(gè)單元使用的OP27人機(jī)對(duì)話及監(jiān)控裝置（見圖四），該裝置主要管理和監(jiān)控本單元的壓機(jī)和機(jī)器人，使用的是PROFIBUS協(xié)議。OP27與機(jī)器人、OP27與壓機(jī)之間的通信是通過PROFIBUS協(xié)議來傳送。具體地說：S7的PLC通過機(jī)器人的S4C控制器中PROIBUS卡讀取機(jī)器人的狀態(tài)，再通過PROFIBUS由S7傳送給OP27。同時(shí)，OP27的控制命令也是通過此路徑逆向傳送給機(jī)器人；壓機(jī)的狀態(tài)是通過壓機(jī)的PLC的I／O與S7的遠(yuǎn)程I／O進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的傳送，再通過PROFIBUS 由S7傳送給OP27。同時(shí)，OP27的控制命令也是通過此路徑逆向傳送給壓機(jī)。

2）PROFIBUS - FMS&FDL
這個(gè)主要由 S5 95F 安全PLC和SCADA工作站兩部分組成，必須注意在S7 PLC PROFIBUS FMS/FDL 設(shè)置必須與S5 （安全PLC）的FDL S5 CP541 PROFIBUS 設(shè)置和SCADA Cube工作站FDL CP5412A2 參數(shù)設(shè)置相匹配。
1）由S5 95F PLC先讀取生產(chǎn)線安全裝置各傳感器和執(zhí)行器的狀態(tài)，再由S7與S5之間采用PROFIBUS—FDL接口對(duì)接的通信方式，通過S7讀取S5的信息來控制整條生產(chǎn)線的運(yùn)行并將信息狀態(tài)通過PROFIBUS—DP傳送給OP27。
2）本系統(tǒng)還使用了ORSI 自動(dòng)化公司的SCADA生產(chǎn)線工作站，它主要監(jiān)視、控制、管理整個(gè)生產(chǎn)線，并具有故障診斷及顯示報(bào)警。文件管理、生產(chǎn)線報(bào)表等功能。由圖三可知：與SCADA連接有兩種通信協(xié)議，SCADA與S7之間使用的是PROIBUS—FMS協(xié)議；SCADA與機(jī)器人控制器S4C之間使用的是TCP/IP協(xié)議。SCADA通過PROFIBUS－FMS與S7 PLC 交換信息來監(jiān)視、控制、管理整個(gè)生產(chǎn)線；SCADA通過Ethernet來傳送和備份ABB機(jī)器人程序文件。該系統(tǒng)還包括遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，可以通過因特網(wǎng)將遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)機(jī)與SCADA工作站相連。

四. 結(jié)束語
工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制、信息整合提出了更高的要求，現(xiàn)場總線技術(shù)以其標(biāo)準(zhǔn)化、開放性使參與其中的企業(yè)受益。通過這次使用PROFIBUS現(xiàn)場總線在神龍汽車公司沖壓L3線的自動(dòng)控制系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，SIEMENS 公司PROFIBUS現(xiàn)場總線會(huì)在神龍汽車公司的技術(shù)改造中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
編輯：何世平