PLC-5在总装车间电气控制系统中的应用研究

   汽车制造厂的输送线和装配线的控制系统非常复杂，它需要控制道岔、停止器、捕捉器、隔离开关、急停开关、接近开关、光电开关、传送机、张紧器、提升机、举升台等许多执行机构。在奇瑞公司二期工程总装车间里，采用两条装配线实现了四种车型的混线生产。整个控制系统由中央控制室和四个远程控制站组成了一个全厂工业局域网，远程控制柜PLC通过以太网将自己所控制区域内的生产情况传送至中央控制室的计算机系统。

一、系统选型及特点

    在认真分析国际知名控制系统公司的产品基础上，奇瑞公司根据自动化控制技术人员在产品实际应用上的经验，鉴于一期工程采用罗克韦尔A-B PLC产品的良好运行状况，决定在二期工程中仍采用A-B PLC用来控制整个生产车间。

    A-B PLC在全球工业界享有盛名，其PLC-5系列作为A-B品牌家族中旗舰产品拥有许多功能模块，可以实现多种复杂的控制系统。此外，罗克韦尔的软件众多，功能强大，能够给予A-B的产品广泛的支持。

    最终，奇瑞公司确定选用罗克韦尔的PLC-5可编程序控制器、RSLogix 5编程软件、RSNetWork控制网组态软件以及RSView监控软件组成的自控系统来实现对总装车间的整个生产装配线的控制。除此之外，奇瑞公司二期工程的焊装输送线和涂装输送线也采用了罗克韦尔的A-B PLC。

    PLC-5/40E CPU的特点是内存容量大、数据处理能力强、网络功能强大，带有以太网网口，不需要额外的以太网通讯模块。PLC-5/40E CPU使用钥匙开关改变处理器的操作模式：在运行模式下，用户不能创建或删除程序文件、创建或删除数据文件、或通过编程软件改变操作模式；在编程模式时，用软件编程不能改变操作模式；通过编程软件，在远程编程、远程测试、远程运行模式之间改变。

    RSLogix 5编程软件具有可靠的通讯能力、强大的编程功能以及卓越的诊断能力、监控能力、运行控制功能。运用RSLogix 5梯形逻辑编程软件可以优化系统性能，节省项目开发时间，提高生产率。

    上位机监控软件RSView32是罗克韦尔自动化公司推出的组态软件平台，其特点是使用方便，可以构造灵活的界面和强大的功能，能够开发出较强的组合画面。利用上位机监控软件RSView32，坐在中央控制室就可对现场的生产情况一目了然，实现监控生产。

二、系统结构与配置

    罗克韦尔的通讯网络分为信息层、控制层和设备层。信息层应用以太网进行全厂的数据采集和程序维修；控制层应用控制网、DH+、DH485、远程I/O网络；设备层应用DeviceNet网络进行底层设备的低成本、高效率信息集成。

    罗克韦尔采用基于生产者/客户模式的通讯技术控制网，即传送对时间有苛刻要求的控制信息也可同时传送其他的信息，但对时间无苛求的信息不会影响对时间苛求信息的传送。

    该控制网具有以下特点：

连续性；
传送与梯形逻辑程序的扫描异步；
以一个与用户在I/O映象表中所设定的通讯速率相等或更快的速率传送，充分保证了控制网中的数据准确、可靠、快速的发送、传递、接受和处理。
    总装车间控制系统是一个基于DeviceNet网络的现场总线控制系统。控制系统由一个中央控制柜和四个远程控制柜组成，并与上位机和企业的以太网相连接。系统的最低层是设备控制层，主要实现对生产设备的现场控制与监控；控制网主要是通过上位机完成对全车间生产线的在线监测，并向设备控制层下达控制指令；最上层是EtherNet网络通过EtherNet网络与公司的企业资源管理（ERP）系统连接，向ERP系统提供整个车间的生产数据。

    1、中央控制室

    中央控制室采用RSView32组态软件。RSView32是高度集成、基于组件并用于监视和控制自动化设备和过程的人机界面监控软件，通过开放的技术扩展用户的视野，能够实现与罗克韦尔其他软件产品、微软产品以及第三方应用程序的高度兼容。RSView32除了具备高质量人机界面监控软件的功能外，还能够提供独特的系列工具以最大限度地提升生产效率。

    中央控制室承担了数据管理、车间数据采集、报警、趋势、数据记录及中文报表等工作。在中央控制室设有操作员工作站，操作员通过操作终端详细了解整个车间的生产运行情况，下达操作控制指令指挥整个车间的生产，以实现车间自动化控制。

    中央控制室主要实现以下功能：

    (1) 控制操作：在中央控制室对整个系统的被控设备进行在线实时控制。

    (2) 显示功能：用图形实时显示各PLC站被控设备的运行工况；动态显示生产线工艺流程图，并能在流程图上选择弹出多级细部详图；动态显示各种信号的数值和范围清单。

    (3) 数据管理：建立生产数据库、操作信息库、故障信息库。

    (4) 数据处理：利用实时数据和历史数据计算主要生产指标。

    (5) 报警功能：当装配线出现故障时，工人按下呼人开关和急停开关，装配线停止运行，并把故障信息输入到报警表，屏幕显示报警信息，打印机输出报警信息，声光报警，并可依据报警信息推出相应的动态画面。

    (6) 报表功能：包括即时报表、日报表、月报表、年报表。

    (7) 安全功能：按不同操作级别分级加密，并记录操作人的员工号和所有操作信息。

    (8) 打印功能：可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警的实时打印。

    2、双行道板式输送机系统

    总装车间有两套双行道板式输送机系统。该系统由四柱叉式提升机、助推器、回转举升台、传送机和接近开关等设备组成，每套系统由两条平板输送线组成。平行回转运行是一种非常复杂的控制技术，在国内处于技术领先的地位。该输送线能够在很大程度上降低工人的劳动强度，提高生产效率。因此，对控制系统技术的要求比较高，难度也比较大。设备控制和调试起来非常困难，要求控制系统的各个部分互相紧密配合，不能出现半点差错，这是控制中的难点和重点。

    从四柱叉式提升机的控制系统中取一个信号，用来控制吊具从宽推杆积放式悬挂输送链到双行道板式输送机上或从双行道板式输送机到宽推杆积放式悬挂输送链上，过程之间的紧密衔接，以杜绝差错和故障的出现。同时，在现场设有自动/手动切换箱，以防生产过程中出现紧急事故。

    3、车型吊具识别系统

    在油漆车身上料点，操作人员将当前吊具号及车的信息输入到录入计算机中，然后通过以太网传送至PLC进行堆栈存储。录入计算机将车的信息通过识别系统写头写入载码体，通过以太网将吊具号及车的信息传送至上位机，并在录入计算机内存储，当录入完毕后向PLC发送信号。

    上位机做出与输送线相对应的画面及参数，通过PLC给出的指针及录入计算机给出的信息进行显示，并与PLC给出的堆栈信息进行比较，上位机根据信息及要求控制出入库的道岔及停止器。当上位机出现故障时，操作人员采用人工控制运行，待上位机正常后从PLC调出堆栈信息恢复显示。

    在库存入口处的识别系统读头读取载码体信息通过以太网传至上位机，上位机根据库存及车的信息控制入库区的道岔及停止器。当上位机出现故障时，操作人员人工控制运行，待上位机正常后从PLC调出堆栈信息恢复显示。

    库区出口处，上位机根据计划及库区信息通过以太网控制停止器。当上位机出现故障时，操作人员人工控制运行。

    载车吊具入口处，上位机根据识别系统读头读取载码体信息通过以太网传至上位机，然后上位机根据车的信息控制道岔及停止器。当上位机出现故障时，操作人员人工控制运行。

    在装配悬链整车下线提升机前一工位处（ST48）设置识别系统读头，现场仪表板上线处设置显示计算机及打印机各一台。当车通过ST48工位时，读头将载码体信息读入，并在计算机处显示。

    发动机上线完毕后，通过以太网发送一信息，计算机自动消除。计算机能依次显示3台车辆的信息，并能打印当天的产量及参数。

    4、吊具储存区

    总装车间吊具存储区分空吊具存储区和油漆车身吊具存储区。其中油漆车身吊具存储区由九条宽推杆积放式悬挂输送链系统组成，用来存储不同的车型和同种车型的不同颜色车身的吊具。

    控制系统需要区分吊具的类型，在吊具进入存储区和移出存储区时需要鉴别吊具的类型，并与已经输入的信息进行比较。然后做出吊具应该进入哪一条悬挂输送线存储区，或者哪种吊具从悬挂输送线存储区出去的决定。

    在空吊具存储区前有一个坏吊具识别和检修区，把需要检修的吊具送入检修区进行维修，正常的空吊具进入吊具存储区。

三、结束语

    总装车间控制系统的特点同时也是控制的难点，主要体现在以下两方面：一是，要切实保证设备运行的安全性，在生产过程中出现任何微小的故障都可能导致重大的安全事故和巨大的经济损失；二是，控制系统复杂的连锁关系，从载油漆车身的吊具上线到成品车下线，包括工艺链和快速链之间的衔接，需要设备的各个环节紧密配合，不能出现丝毫差错。

    总装车间控制系统自动化程度较高、数据采集量大、控制站多，因此，对系统可靠性的要求较高。通过采用罗克韦尔的产品和技术，系统基本达到设计要求，运行效果较好，运行稳定、可靠，灵活地实现了复杂的连锁任务，具有较高的机电一体化水平。同时，该系统设计合理、安全可靠，减轻了工人的劳动强度，减少了设备运行的故障率，提高了生产效率。