文/欒慶順，王騰，徐文江，劉龍傳·一汽-大眾汽車有限公司成都分公司

開卷落料線是一種為汽車、鋼板配送等行業(yè)提供表面覆蓋件等坯料的設(shè)備，是集開卷、清洗、校平、落料和碼垛于一體的板材加工生產(chǎn)線，在發(fā)達(dá)國家的汽車制造廠中已普遍采用。俗話說，好的轎車首先從沖壓開始，好的板材開卷定型、開卷落料線的高效率生產(chǎn)對于整個沖壓車間產(chǎn)能至關(guān)重要。筆者所在的公司開卷落料線引用了德國舒勒(SCHULER)自動化公司的伺服壓機(jī)技術(shù)，沖程快，效率高。西門子公司的ET200S 分布式模塊，作為PLC 拓展模塊，在開卷落料線應(yīng)用廣泛，極大地提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，然而高速沖程下也暴露出該模塊的一些弱點(diǎn)。

開卷落料線壓機(jī)采用世界最先進(jìn)的同步伺服電機(jī)驅(qū)動，采用西門子最新的PN 通訊系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)的信號采集和控制，得益于此，壓機(jī)最高沖程次數(shù)可達(dá)105 次/分，然而設(shè)備高沖程下的振動也引發(fā)ET200S 丟站問題頻發(fā)，成為制約設(shè)備能力輸出的瓶頸。

2012 年筆者有幸通過公司選派到德國參加SCHULER 自動化公司的相關(guān)培訓(xùn)，基于此，對開卷落料線常見的問題，如PLC 掉站，進(jìn)行了仔細(xì)的分析研究，通過對原有ET200S 模塊進(jìn)行升級改造，解決了ET200S 頻繁丟站的問題，這也是困擾大家已久的問題。本文便旨在對高振動環(huán)境下西門子PLC 掉站問題提供一種解決思路，供大家探討。

Profinet 通訊及掉站問題原因分析

Profinet 通訊簡介

Profinet 是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動化總線標(biāo)準(zhǔn)(IEC 61158)，Profinet 網(wǎng)絡(luò)具有開放性、實(shí)時性、靈活性、高效率和高性能的特性，可以直接連接現(xiàn)場設(shè)備(如現(xiàn)場IO 設(shè)備)，支持分布式自動化控制方式、上位機(jī)和各從站進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)交換，其典型的響應(yīng)時間在10ms 數(shù)量級。

在循環(huán)掃描周期之內(nèi)，IO 控制器為Profinet IO 系統(tǒng)中的IO 設(shè)備提供新的數(shù)據(jù)，可以為每個IO 設(shè)備單獨(dú)組態(tài)發(fā)送周期，并定義將數(shù)據(jù)從IO 控制器發(fā)送到IO 設(shè)備(輸出)的時間間隔以及將數(shù)據(jù)從IO 設(shè)備發(fā)送到IO 控制器(輸入)的時間間隔。

如果在響應(yīng)檢查時間內(nèi)IO 控制器沒有為IO 設(shè)備提供輸入/輸出數(shù)據(jù)，IO 設(shè)備將出現(xiàn)故障并給出替換值，這種情況將作為站故障報告給IO 控制器，此時PLC 出現(xiàn)丟站情況，并引發(fā)PLC 停機(jī)。

掉站原因分析

IO 設(shè)備掉站在物理層面(本文不再論述應(yīng)用層面、網(wǎng)絡(luò)層面和傳輸層面的原因)主要有以下幾個方面的原因：⑴通信介質(zhì)斷開；⑵硬件故障；⑶網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D混亂；⑷外界強(qiáng)磁干擾。

通過逐項(xiàng)排查分析，發(fā)現(xiàn)掉站的原因主要為通信介質(zhì)斷開和硬件故障。筆者對現(xiàn)場各模具振動量進(jìn)行了監(jiān)測統(tǒng)計(jì)(圖1)，發(fā)現(xiàn)伺服壓機(jī)振動量平均值約為10.5g，通過查閱西門子官方資料得知，現(xiàn)場環(huán)境振動量遠(yuǎn)超過了ET200S模塊所能承受的范圍(2g連續(xù))。

圖1 現(xiàn)場各模具振動量

另外現(xiàn)場故障站點(diǎn)安裝在滑塊側(cè)面(圖2)，根據(jù)速度越高振動越大的研究結(jié)論，開卷落料線壓機(jī)沖程提高后，加劇了設(shè)備的振動，這就導(dǎo)致了滑塊分站ET200S 的網(wǎng)絡(luò)接口接觸不良、模塊頻繁損壞等狀況極易發(fā)生，從而導(dǎo)致模塊掉站問題的出現(xiàn)，由此得出結(jié)論：ET200S 模塊不適應(yīng)高振動環(huán)境是引發(fā)掉站的根本原因。

圖2 現(xiàn)場故障站點(diǎn)安裝位置圖

解決方案——選擇抗振等級適合的模塊

ET200eco 簡介

西門子的SIMATIC ET200eco(圖3)是多功能、模塊化、靈活的分布式IO，可以安裝在控制柜里、機(jī)器設(shè)備上或者具有爆炸危險的場所。SIMATIC ET200eco所有產(chǎn)品都可以通過Profinet集成到現(xiàn)有的自動化系統(tǒng)中。

圖3 SIMATIC ET200eco

ET200eco 是一款高防護(hù)、無控制柜設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)型的分布式IO 產(chǎn)品，并且同時支持Profinet 工業(yè)現(xiàn)場總線，在安裝空間有限或應(yīng)用環(huán)境比較惡劣的場合具有廣泛的應(yīng)用前景。

選型依據(jù)

通過查閱西門子選型手冊收集相關(guān)模塊的性能及信息，從防護(hù)等級、抗振等級和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行了匯總，表1展示了ET200eco和ET200S性能的對比。

表1 ET200eco 和ET200S 性能對比

通過上表的對比不難發(fā)現(xiàn)，ET200eco 在抗振等級和網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定性方面有著更強(qiáng)的優(yōu)勢，而且經(jīng)濟(jì)性方面更優(yōu)，更適合高振動的現(xiàn)場環(huán)境，所以筆者選擇了ET200eco 作為模塊升級的備選方案。

升級方法簡介

(1)使用HW config 安裝ET200eco 的GSD 文件，并重新對硬件進(jìn)行組態(tài)，編譯輸入輸出的地址。

(2)重新建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建新的診斷網(wǎng)絡(luò)，完成后重新下載新的硬件組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

(3)軟件編寫工作完成后，進(jìn)行硬件ET200eco的安裝和新的信號安裝連接，安裝硬件時可選裝緩沖塊，進(jìn)一步提高模塊對高振動環(huán)境的適應(yīng)性。

(4)以上工作完成后，進(jìn)行PLC 輸入輸出點(diǎn)的監(jiān)控和程序的調(diào)試，確認(rèn)無誤后，設(shè)備連續(xù)運(yùn)行一周，模塊掉站問題徹底消除，ET200eco 模塊升級成功！

結(jié)束語

通過以上案例的實(shí)施得出結(jié)論，普通的西門子分布式模塊ET200S 對復(fù)雜工況的適應(yīng)性較差，無法在高振動環(huán)境下穩(wěn)定輸出，而能適應(yīng)復(fù)雜工況的ET200eco 模塊，為大家提供了一種新的解決方案，該模塊可在沖壓行業(yè)振動較大的設(shè)備中進(jìn)行推廣應(yīng)用。