邱小青

摘要：本文以上汽通用五菱汽車股份有限公司河西基地東部涂裝車間A線為背景，闡述了基于CompactLogix和DeviceNet的控制系統(tǒng)在汽車涂裝車間生產(chǎn)線輸送控制系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計和監(jiān)控畫面的開發(fā)，形成一個符合GM標準、高安全性、高可靠性、高自動化程度的一體化控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：涂裝車間；輸送控制系統(tǒng)

1.汽車涂裝輸送控制系統(tǒng)

1.1汽車涂裝工藝流程

上汽通用五菱汽車股份有限公司河西基地東部涂裝車間A線工藝流程如圖1。

焊裝車間的白車身輸送進入涂裝車間，經(jīng)過轉(zhuǎn)接進入涂裝車間的C型鉤吊具運輸，白車身經(jīng)過前處理和電泳之后轉(zhuǎn)至滑撬運輸，進入電泳烘爐烘干，依次往后輸送…直到質(zhì)檢精修后換撬進入總裝車間，完成在涂裝車間的噴涂工藝。

1.2 汽車涂裝輸送控制系統(tǒng)

汽車涂裝輸送控制系統(tǒng)是根據(jù)所確定的涂裝車間工藝需求完成整個工藝過程的自動化運輸控制。上汽通用五菱汽車股份有限公司河西基地東部涂裝車間A線輸送控制系統(tǒng)依據(jù)工藝流程將輸送系統(tǒng)設備共劃分為10個區(qū)，每個區(qū)有一個以CompactLogix1769-L35E為控制樞紐的MCP柜和若干個RCP柜組成，CompactLogix PLC與上位機之間依靠以太網(wǎng)EtherNet/IP來實現(xiàn)控制信息及數(shù)據(jù)傳送，而CompactLogixPLC到各個子操作站，操作站到輸送設備及變頻器（固定滾床、旋轉(zhuǎn)滾床、移行機、升降機、單鏈、雙鏈等）之間的信息數(shù)據(jù)傳送是依靠DeviceNet完成的。

2.系統(tǒng)硬件設計

2.1電源架構(gòu)

如圖2總體硬件架構(gòu)所示，電源架構(gòu)采用集中控制，對于關(guān)鍵設備采用局部集中控制。PDP提供380VAC電源給集中控制柜和現(xiàn)場的局部集中控制柜，同時通過柜內(nèi)的變壓器提供220VAC熱電源和控制電源給MCP柜，把PDP柜和附近的集中控制柜合成一個大柜體。

MCP柜作為整個控制區(qū)域的核心，柜內(nèi)設置PLC、IO、繼電器及相關(guān)控制元器件。MCP通過柜內(nèi)變壓器轉(zhuǎn)化為24VDC電源，提供給BS（操作站）、設備DeviceNet、繼電器等元器件24VDC 電源。

每個控制區(qū)配置一臺設備監(jiān)控臺，通過以太網(wǎng)絡連接與PLC之間通信，維護監(jiān)控臺具有查看本區(qū)域所有報警信息、設備網(wǎng)絡和以太網(wǎng)絡各節(jié)點連接狀態(tài)、設備布置及狀態(tài)等相關(guān)功能。

2.2網(wǎng)絡框架

圖2所示，其網(wǎng)絡框架主要包括網(wǎng)絡、安全、PLC / HMI、控制硬件和通訊架構(gòu)、主要元器件、通用元器件（驅(qū)動、開關(guān)、閥等）、通用設備。

每個現(xiàn)場DeviceNet上的節(jié)點的數(shù)量基于相應系統(tǒng)的要求，對于輸送系統(tǒng)，為保障其穩(wěn)定性，每個網(wǎng)絡上的節(jié)點數(shù)量不超過30個，所有的網(wǎng)絡被配置成250K 的波特率。涂裝車間輸送控制系統(tǒng)的10個區(qū)域，每個PLC 控制區(qū)域配置一臺以太網(wǎng)交換機，完成本控制區(qū)的PLC、維護監(jiān)護臺以及HMI 的連接。設備工業(yè)以太網(wǎng)往交換機傳輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)、報警信息數(shù)據(jù)等。

2.3控制區(qū)域

從變頻器連接現(xiàn)場電機的電纜，全部采用屏蔽電纜這可屏蔽變頻器輸出線路變頻器對控制線路的干擾，所有相對移動的電纜，都采用高柔性電纜，其中包括動力電纜、控制電纜、DeviceNet電纜以及開關(guān)電纜等，并配合上拖鏈或則線夾一起使用。

保留PDP和MCP的設置，把集中控制柜和PDP合成一個柜體，變頻器和接觸器控制的設備放在集中控制柜體中。每個控制區(qū)的主控柜設置聲光報警，提示該區(qū)域產(chǎn)生故障。

在輸送系統(tǒng)的BS操作中，提供手動，維護和自動三種模式。在手動模式下，輸送所有的操作都是獨立的，并且在操作時設備之間存在安全連鎖關(guān)系。

對于輸送控制系統(tǒng)所有的電機都采用變頻器控制，變頻器直接由IO 端子進行控制。用于控制變頻器及直接啟動電機的接觸器、抱閘信號、維修開關(guān)、斷路器等信號信息均反饋到PLC 中，而從可對整個控制系統(tǒng)的信息通過上位系統(tǒng)進行監(jiān)控。

2.4安全設計

急停按鈕采用雙通道，兩個觸點輸入，區(qū)域之間的急停聯(lián)鎖采用硬接線方式。

輸送控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的聯(lián)鎖信號均采用硬接線方式且信號連鎖采用雙通道冗余連接。

3.系統(tǒng)的軟件設計與監(jiān)控界面開發(fā)

3.1控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊

每個區(qū)DeviceNet總線上接入一臺CompactLogix1769-L35E，以其作為網(wǎng)絡的主設備，通過掃描模塊1769-SDN去獲取網(wǎng)絡設備的信息，控制和監(jiān)測從設備；CompactLogix1769-L32E控制器通過內(nèi)置以太網(wǎng)接口接入EtherNet/IP網(wǎng)絡，與上位機進行通信，進行整個系統(tǒng)的信息處理與可視化監(jiān)控。

如圖3所示，掃描模塊1769-SDN作為PLC和DeviceNet設備之間的接口，它允許控制器對網(wǎng)絡上的從設備進行數(shù)據(jù)的讀入和輸出，以及信息的接收與發(fā)送，并進行設備狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集。通信軟件RSLinx、及組態(tài)軟件RSNetworx用于控制器與上位機通過EtherNet/IP、與遠程I/O通過DeviceNet進行網(wǎng)絡組態(tài)。

3.2 控制程序的編輯

Rslogix5000作為程序的編輯平臺。所有程序都是任務下的組織結(jié)構(gòu)，由一個數(shù)據(jù)庫和多個子程序組成。每個程序都擁有一個獨立的數(shù)據(jù)庫，在這個數(shù)據(jù)庫建立的數(shù)據(jù)標簽只能被本程序內(nèi)的子程序引用，且都是內(nèi)部數(shù)據(jù)，每個程序中必須指定一個子程序為主控程序，其余的子程序均由主控程序中的子程序指令（JSR）調(diào)用。編程軟件與處理器的連接通訊通過EtherNet/IP來實現(xiàn)。

3.3監(jiān)控界面的開發(fā)

本控制系統(tǒng)HMI的開發(fā)所使用的軟件是Cimpicity。HMI用于設備狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄、報警的顯示以及報表的生成等，如圖4。

4.結(jié)束語

CompactLogix 1769-L35E配以現(xiàn)場DeviceNet的控制構(gòu)架大大減少了控制系統(tǒng)的現(xiàn)場布線，增強了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相比，具有安裝成本低、可靠性高、組態(tài)方便、通信高速高效、實時控制好等諸多優(yōu)點，從上汽通用五菱汽車股份有限公司河西基地東部涂裝車間A線兩年多來的穩(wěn)定運行情況來看，基于CompactLogix和DeviceNet的輸送控制系統(tǒng)是一個優(yōu)良的控制系統(tǒng)解決方案。

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