一汽集團(tuán)解放公司卡車(chē)廠采用西門(mén)子公司的S7系列PLC和菲尼克斯公司的Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)，作為換代卡車(chē)駕駛室焊接裝配線(xiàn)的控制核心，并配合舉升與往復(fù)機(jī)構(gòu)的兩個(gè)
變頻器，組成換代卡車(chē)駕駛室焊接裝配線(xiàn)的基本系統(tǒng)。
隨著電子技術(shù)特別是網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)日新月異的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（Fieldbus）技術(shù)已成為當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)課題，并受到了廣泛的關(guān)注。
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)用于連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)；現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)（FCS）則是基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，即以現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)作為工廠底層網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集成而形成的自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。在總線(xiàn)控制系統(tǒng)中，按照公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間、智能設(shè)備與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，從而實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化的綜合自動(dòng)化。與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的適應(yīng)性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性以及抗故障能力都很出色，在減少系統(tǒng)線(xiàn)纜，簡(jiǎn)化系統(tǒng)安裝、維護(hù)和管理，降低系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，增強(qiáng)系統(tǒng)性能等方面有較強(qiáng)的優(yōu)越性。目前被廣泛應(yīng)用的主要有Interbus、Profibus、ControlNet、DeviceNet、CAN控制局域網(wǎng)等。
由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在工控領(lǐng)域具有多方面優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)得到了極其迅速的推廣和應(yīng)用，尤其是在汽車(chē)行業(yè)。
項(xiàng)目介紹
隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，卡車(chē)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也變得越來(lái)越激烈，呈現(xiàn)出多家產(chǎn)品分爭(zhēng)市場(chǎng)的新格局，而國(guó)內(nèi)重型卡車(chē)的研發(fā)和制造始終是空白。在這種嚴(yán)峻的形式下，一汽集團(tuán)解放公司率先開(kāi)發(fā)了自主設(shè)計(jì)的國(guó)產(chǎn)重型卡車(chē)J6系列產(chǎn)品，并成功投放市場(chǎng)。
圖1 Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)模塊的安裝
換代重卡駕駛室主焊線(xiàn)就是專(zhuān)門(mén)為J6系列重型卡車(chē)的生產(chǎn)而設(shè)計(jì)制造的全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。該生產(chǎn)線(xiàn)是一條多品種混流生產(chǎn)的柔性生產(chǎn)線(xiàn)，全線(xiàn)共12個(gè)工位，可分別完成駕駛室各分總成在主焊線(xiàn)上的焊接、涂膠及裝配等任務(wù)，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)與其他各生產(chǎn)線(xiàn)同步的車(chē)型轉(zhuǎn)換，是一條能夠完成J6系列幾十種車(chē)型駕駛室焊接及裝配任務(wù)的全自動(dòng)流水生產(chǎn)線(xiàn)。
本項(xiàng)目實(shí)施的目的，是將自動(dòng)控制技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)
總線(xiàn)技術(shù)及機(jī)器人等技術(shù)應(yīng)用到換代卡車(chē)駕駛室焊接裝配線(xiàn)電氣控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)換代卡車(chē)駕駛室主焊線(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造，通過(guò)建造一條國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)水平領(lǐng)先的全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，來(lái)確保新型重卡J6系列產(chǎn)品的裝配質(zhì)量，以滿(mǎn)足日益擴(kuò)大的市場(chǎng)需求。同時(shí)為推動(dòng)先進(jìn)的控制理論及新技術(shù)在企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益起到積極的促進(jìn)作用。
總體方案設(shè)計(jì)
整個(gè)焊接裝配線(xiàn)工藝設(shè)計(jì)先進(jìn)，在目前亞洲汽車(chē)行業(yè)居領(lǐng)先水平。機(jī)械傳輸方式采用升降式托桿往復(fù)傳輸線(xiàn)，其運(yùn)動(dòng)軌跡是上升-傳送-下降-返回，該往復(fù)線(xiàn)應(yīng)滿(mǎn)足駕駛室焊接總成6大系列車(chē)型的生產(chǎn)。各工位配備設(shè)計(jì)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理的夾具夾緊定位裝置，整個(gè)機(jī)械部分設(shè)計(jì)制造由日本富士裝備公司總承包。采用西門(mén)子PC870人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的操作和監(jiān)控。采用德國(guó)SWAC公司的遠(yuǎn)程操作面板代替以往的按鈕站來(lái)實(shí)現(xiàn)各工位手動(dòng)動(dòng)作及自動(dòng)操作的功能。全線(xiàn)共選用26臺(tái)焊接、搬運(yùn)及涂膠機(jī)器人，全部選用瑞典ABB公司的產(chǎn)品。所有機(jī)器人分布在3～10工位，擔(dān)負(fù)著J6系列駕駛室底板總成、前圍總成、左側(cè)圍總成、右側(cè)圍總成及后圍總成等五大總成的合裝、焊接等任務(wù)。1、2工位為車(chē)身下部總成、左右側(cè)后圍總成的人工上料工位，11工位為補(bǔ)焊工位，12工位為激光在線(xiàn)檢測(cè)工位，經(jīng)主焊線(xiàn)焊接裝配完成的駕駛室總成經(jīng)激光在線(xiàn)檢測(cè)確認(rèn)質(zhì)量合格后，由空中輸送系統(tǒng)傳輸至駕駛室總成調(diào)整線(xiàn)。
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)選型
由于該控制系統(tǒng)配置復(fù)雜，自動(dòng)化程序要求較高，生產(chǎn)線(xiàn)距離長(zhǎng)、跨度大，且線(xiàn)上設(shè)備及元件數(shù)量非常多，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際工況，考慮使用西門(mén)子S7系列PLC作為控制系統(tǒng)的核心，配以目前在工業(yè)控制領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)作為與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接。
圖2 換代卡車(chē)駕駛室主焊線(xiàn)
菲尼克斯公司的Interbus是最早進(jìn)入汽車(chē)工業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，其很多產(chǎn)品也是專(zhuān)為汽車(chē)行業(yè)而設(shè)計(jì)的：如專(zhuān)為汽車(chē)行業(yè)焊裝車(chē)間使用的Ruggled Line IP67系列產(chǎn)品，能夠抵抗電火花的直接沖擊；為焊裝機(jī)器人的機(jī)械手配套的CDIO產(chǎn)品，性?xún)r(jià)比極高的聚脂光纜（IBS獨(dú)有）做總線(xiàn)傳輸媒介（光信號(hào)不受電磁干擾），在線(xiàn)故障診斷等，極大滿(mǎn)足了汽車(chē)用戶(hù)的需求。另外Interbus總線(xiàn)為環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，單個(gè)系統(tǒng)最多512個(gè)模塊，在采用雙絞線(xiàn)的情況下最長(zhǎng)達(dá)12km，無(wú)終端電阻，無(wú)需模塊設(shè)址，使用方便靈活。而且在發(fā)生故障時(shí)，Interbus能在線(xiàn)準(zhǔn)確地告訴操作人員錯(cuò)誤位置、類(lèi)型、解決方法等，診斷功能極其強(qiáng)大，可最大程度降低維修人員的工作量，減少停機(jī)時(shí)間。
綜合Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)以及焊裝現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況，證明這種具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力、方便維修與調(diào)試、使用方便、性能可靠的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)正是該系統(tǒng)改造需要的。而且Interbus與西門(mén)子公司的S7系列PLC接口簡(jiǎn)便，實(shí)際應(yīng)用案例非常多，具有成熟的使用經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)配置合理。因此一汽集團(tuán)解放公司卡車(chē)廠決定采用西門(mén)子公司的S7系列PLC和
菲尼克斯公司的Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)，作為換代卡車(chē)駕駛室焊接裝配線(xiàn)的控制核心，并配合舉升與往復(fù)機(jī)構(gòu)的兩個(gè)變頻器，組成換代卡車(chē)駕駛室焊接裝配線(xiàn)的基本系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)改造的重點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)與裝配線(xiàn)的合理銜接和控制，以確保全線(xiàn)的全自動(dòng)運(yùn)行。全線(xiàn)共配置26臺(tái)機(jī)器人，分別完成涂膠、點(diǎn)焊、搬運(yùn)等任務(wù)。
根據(jù)主焊線(xiàn)的工藝要求，配置電氣控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 電氣控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
該系統(tǒng)改造選用西門(mén)子S7-400系列CPU416-2DP作為控制系統(tǒng)的核心。通過(guò)以太網(wǎng)通訊模塊CP443-1將主焊線(xiàn)控制系統(tǒng)與車(chē)型管理系統(tǒng)相連接，接收車(chē)型管理系統(tǒng)傳遞的車(chē)型數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)各工位夾具隨車(chē)型的全自動(dòng)變換。由于機(jī)器人出廠時(shí)已配置了Profibus適配卡，因此將26臺(tái)機(jī)器人連接到Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)上。其他各工位夾具及現(xiàn)場(chǎng)I/O、SWAC操作面板等均連接到Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)上，并通過(guò)IBS S7 400 DSC/I-T Interbus適配卡與西門(mén)子CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，整個(gè)Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)上共有86個(gè)現(xiàn)場(chǎng)安裝的Ruggled Line IP67I/O模塊、37個(gè)InLine IP20 I/O模塊、7個(gè)192Bit SWAC操作面板，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有夾具手動(dòng)、半自動(dòng)操作及全自動(dòng)的操作，以及對(duì)往復(fù)桿、機(jī)器人等設(shè)備的控制等。通過(guò)人機(jī)界面PC870來(lái)建立控制系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控及故障信息的顯示和存儲(chǔ)，以便于更迅速快捷地查找故障，維修設(shè)備。至此，整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)就基本完成，根據(jù)工藝要求及機(jī)械動(dòng)作時(shí)序，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的程序流程如圖4所示。
結(jié)語(yǔ)
系統(tǒng)安裝調(diào)試后，可以根據(jù)工藝要求精確地完成駕駛室總成的焊接及裝配任務(wù)，且焊接質(zhì)量和裝配精度均達(dá)到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。另外，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、以太網(wǎng)、人機(jī)界面、SWAC操作面板、機(jī)器人、變頻器等目前先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，使換代卡車(chē)駕駛室主焊線(xiàn)的整體控制水平躍上了一個(gè)新臺(tái)階，整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性大大增強(qiáng)，具有一定的推廣和應(yīng)用價(jià)值。(e
