Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用

文章介紹了長(zhǎng)安汽車制造廠總裝車間自控系統(tǒng)的配置和功能，闡述了其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——由計(jì)算機(jī)、PLC、現(xiàn)場(chǎng)IO模塊組成多級(jí)的、開放的、模塊化的、實(shí)時(shí)多任務(wù)的、集散型的、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。

一、項(xiàng)目概況

長(zhǎng)安汽車制造廠原來可以生產(chǎn)6種型號(hào)汽車，年產(chǎn)量在8萬輛左右。他的總裝生產(chǎn)線是在80年代末引進(jìn)美國(guó)50年代技術(shù)制造的，由于在設(shè)計(jì)、制造上存在許多缺陷，導(dǎo)致系統(tǒng)有故障率高，生產(chǎn)效率低等諸多問題。長(zhǎng)安公司為適應(yīng)中國(guó)加入WTO后對(duì)汽車行業(yè)的沖擊，保持中國(guó)微型汽車生產(chǎn)企業(yè)的龍頭位置，在不斷推出新車型的同時(shí)，生產(chǎn)線的制造能力成為了企業(yè)發(fā)展的瓶頸。通過我們對(duì)總裝生產(chǎn)線的改造，大大提高了生產(chǎn)效率，將產(chǎn)量提高到20萬輛/年，并且具備了多種車型混裝能力，可以滿足不斷推出新車型的生產(chǎn)需求。

二、改造方案的確定

總裝車間的原生產(chǎn)線控制系統(tǒng)采用的是三菱PLC系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制模式。所有分布在車間的信號(hào)靠IO電纜連接至PLC柜，設(shè)備的故障報(bào)警信息全部通過BCD碼來顯示，工人對(duì)生產(chǎn)線的干預(yù)僅限于啟動(dòng)、停止和急停操作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際情況，該控制系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)需求:

1、無法提供故障的準(zhǔn)確檢測(cè)和判斷。時(shí)間對(duì)于總裝車間來講是分秒必爭(zhēng)，尤其是在產(chǎn)量達(dá)到一定規(guī)模以后。故障產(chǎn)生時(shí)，維修人員需要以最快的速度發(fā)現(xiàn)和解決問題，老系統(tǒng)必須由工人根據(jù)報(bào)警代碼尋找故障地點(diǎn)，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析原因，故障停線時(shí)間因此比較長(zhǎng)。尤其是在PLC本身發(fā)生故障時(shí)，往往會(huì)浪費(fèi)更多的時(shí)間。

2、檢修困難。總裝車間的信號(hào)多，而且分布面積很廣，橋架里的電纜敷設(shè)很擁擠，加之時(shí)間比較長(zhǎng)，線號(hào)已經(jīng)模糊不清，維修工人需要更換電纜、電氣元件等需要耗費(fèi)很大的工作量。

3、無法為工廠資源管理信息系統(tǒng)（MRPII）提供快速、準(zhǔn)確的生產(chǎn)信息。車間的零部件物流無法根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行合理的調(diào)度。

西門子公司的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為這個(gè)系統(tǒng)提供了一個(gè)完整的解決方案。在過去的十多年里，隨著生產(chǎn)車間自動(dòng)化和過程自動(dòng)化中分散化結(jié)構(gòu)的迅速增長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的應(yīng)用日益普遍。其原因之一是：現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入/輸出模塊、智能信號(hào)裝置和過程調(diào)節(jié)裝置與可編程邏輯控制器（PLC）和PC之間的數(shù)據(jù)傳輸，把I/O通道分散到實(shí)際需要的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近，使安裝和布線的費(fèi)用開銷減少到最小，從而使成本費(fèi)用大大地節(jié)省。其原因之二是：標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場(chǎng)總線具有“開放”的通信接口，允許用戶選用不同制造商生產(chǎn)的分散I/O裝置和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是透明和開放的。只有這樣，工程師們才可能從市場(chǎng)上大量可供應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和部件中選擇最佳的產(chǎn)品組成他們自己的系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS滿足了生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)級(jí)數(shù)據(jù)可存取性的重要要求。一方面它覆蓋了傳感器/執(zhí)行器領(lǐng)域的通信需求，另一方面又具有單元級(jí)領(lǐng)域的所有網(wǎng)絡(luò)通信功能。特別在“分散I/O”領(lǐng)域，由于有大量的、種類齊全的、可連接的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可供選用。同時(shí)該總線系統(tǒng)又提供了豐富的設(shè)備診斷信息，操作員可以直接通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)了解整個(gè)車間系統(tǒng)設(shè)備的健壯性，為故障的判斷提供直截了當(dāng)?shù)妮o助手段，大大減少了故障的排除時(shí)間。

Profibus利用了現(xiàn)有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。其協(xié)議以國(guó)際ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織）標(biāo)準(zhǔn)OSI（開放系統(tǒng)互連）參考模型為基礎(chǔ)。ISO/OSI通信標(biāo)準(zhǔn)模型由7層組織，并分成兩類。一類是面向用戶的第5層到第7層，另一類是面向網(wǎng)絡(luò)的第1層到第4層。第1層到第4層描述數(shù)據(jù)從一個(gè)地方傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地方，而第5層到第7層給用戶提供適當(dāng)?shù)姆绞饺ピL問網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

我們根據(jù)國(guó)內(nèi)外類似系統(tǒng)的運(yùn)行管理情況以及在該行業(yè)中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，依照國(guó)際自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，本著安全可靠、簡(jiǎn)單實(shí)用、先進(jìn)（十年不落后）的原則，充分發(fā)揮西門子自動(dòng)化產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以S7控制平臺(tái)和開放的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)ProfibusTM體系為核心，采用最新的控制器、驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及工控軟件產(chǎn)品為用戶提供了一個(gè)由計(jì)算機(jī)、PLC、現(xiàn)場(chǎng)分布式I/O組成的多級(jí)的、開放的、模塊化的、實(shí)時(shí)多任務(wù)的集散型可擴(kuò)展數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)采用集成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線、控制總線和100/1000M高速以太網(wǎng)組成的混合三層體系結(jié)構(gòu)，既支持基于瀏覽器的B/S結(jié)構(gòu)體系，也支持C/S結(jié)構(gòu)體系。

整個(gè)總裝車間的輸入/輸出信息形式多樣（包括圖像、圖形、文字、語音、數(shù)字等多媒體形式），信息量大，對(duì)系統(tǒng)功能要求高。控制監(jiān)視任務(wù)不僅僅限于單機(jī)的檢測(cè)和控制問題，而且還實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)車間的監(jiān)控、故障診斷、物流優(yōu)化、生產(chǎn)預(yù)報(bào)和調(diào)度。以PLC和計(jì)算機(jī)為核心的信息處理機(jī)制完成對(duì)綜合信息的管理、生產(chǎn)過程的計(jì)劃、調(diào)度、監(jiān)視與自動(dòng)化控制，系統(tǒng)具有以下三個(gè)主要方面的功能：

1、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、動(dòng)態(tài)追蹤、工藝控制等前臺(tái)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與控制；

2、車型數(shù)據(jù)、設(shè)備故障信息、安裝工位管理等后臺(tái)信息管理