CN201163365Y - 基于profinet现场总线的汽车焊装生产线控制系统 - Google Patents

Abstract

基于PROFINET现场总线的汽车焊装生产线控制系统，包括监控计算机、多个车身传输系统，每一车身传输系统分别设有输送系统、控制系统和输出系统，输送系统包括用于将车身输送至各个工序的链条输送机、滚床、移行机、旋转装置、升降机以及多个检测单元；控制系统包括远程数字输入控制模块、远程数字输出模块，基于PROFINET现场总线的网络，其上连接的输入设备有按钮、急停开关、接近开关、光电开关、行程开关和中控计算机，用于通过PROFINET网络控制上述输送系统的传输，输出系统基于EtherNet网络，用于将各控制系统制模块与EtherNet上的监控计算机连接，应用组态软件可以显示各生产设备的运行状态、运行参数、自动故障报警，纪录故障点，调出相关控制程序。此方案便于管理和调试。

Description

基于PROFINET现场总线的汽车焊装生产线控制系统

技术领域

本实用新型涉及的是PROFINET现场总线在汽车制造业领域焊装生产线上的应用，属于输送机控制技术领域。

背景技术

现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)，是继操作指导控制系统、直接数字控制系统DDC、集散控制系统DCS后的新一代控制系统，它促进了控制系统智能化、数字化、信息化、网络化、微型化和分散化的发展。现场总线是连接工业现场智能设备和自动化系统的全数字化、双向、多分支结构的通讯网络。它运用于自动控制领域，构成一个开放的通讯网络，同时构成一个控制系统，它不是一种控制手段，而是为控制提供一种平台。

现场总线通过连线在设备之间传递数据信息，把传感器、按钮、执行机构等连接到控制器、或PLC或工业计算机上。通过相互通信共同执行测量和控制任务。总线上的数据输入设备包括按钮、传感器、接触器、变送器、阀门等，传输其位置状态、参数值等数据；总线上的输出数据用于驱动信号灯、接触器、开关、阀门等。

总线将分散的有通信能力的测量控制设备作为网络节点，连接成能相互沟通信息，共同完成自控任务的控制网络。

在汽车生产线中，输送设备是汽车生产流水线的主干。高效率的汽车生产必然要求先进的生产线控制方式，早期采用的是传统的PLC集中控制，控制系统精度低、操作不便；所有的数字量与模拟量I/O点均从PLC柜内接线，导线用量大、布线复杂、故障率高，给现场调试和维护带来了诸多不便，严重地影响了生产，已不适应现代化汽车企业的生产要求。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述存在问题，提出一种在汽车生产过程中进行车身输送并实现自动化控制的系统。

本实用新型的汽车焊装生产线控制系统，包括监控计算机、多个车身传输系统，其中每一车身传输系统分别设有输送系统、控制系统和输出系统，输送系统包括用于将车身输送至各个工序的链条输送机、滚床、移行机、旋转装置、升降机以及多个检测单元；

控制系统包括数字输入控制模块、数字输出控制模块和EtherNet网络控制模块，基于PROFINET现场总线的网络，其上连接的输入设备有按钮、急停开关、接近开关、光电开关、行程开关和中控计算机(PLC)，用于通过PROFINET网络控制上述输送系统的传输，每个控制系统通过通过Controller Link网连接，再EtherNet网络与所述监控计算机通讯连接；

输出系统基于PROFINET网络，包括显示装置、报警装置、和打印装置，用于将远程输入控制模块、远程输出控制模块和监视计算机连接，应用组态软件可以显示各生产设备的运行状态、运行参数、自动故障报警，纪录故障点，调出相关的控制程序。

本实用新型的汽车焊装生产线控制系统，其中多个车身传输系统包括车身存储系统、车身调整系统和空撬返回系统。

本实用新型的汽车焊装生产线控制系统，其中输送系统还包括吊挂车身的悬挂积放链、用于运送车身的空中滑橇系统、用于移动车身的地面滑橇系统、升降机、移行机、顶升台、旋转滚床。

本实用新型的汽车焊装生产线控制系统，其中中控计算机通过PROFINET网关与输送系统中的各个检测单元进行信息转换传输。

本实用新型的汽车焊装生产线控制系统，其中PROFINET网采用的拓扑结构是线型。

本实用新型的有益效果是与传统控制方法相比，现场总线具有无可比拟的优势：1、具有较高的性能价格比，系统综合成本大幅度减少。2、导线、连接附件的大幅度的减少。3、设计、安装、调试、维护费用大幅度的减少，维护和改造停工时间减少60％-80％。#系统性能大幅度提高，使控制系统的档次跨越了一个台阶。4、自动诊断、显示故障位置。诊断包括总线节点的通讯故障电源故障以及现场装置和连接件的断路、短路故障，使设备维护人员可以迅速发现系统的各种故障位置和状态。5、采用数字信号通讯，有效提高了系统的测量和控制精度。6、系统调试更加灵活方便。可以根据需要，将系统分为几个部分分别进行调试。在进行复杂故障的排除中也可以采用同样的方法。这在采用现场总线技术以前是做不到的。7、主控制器可以获取更多的设备信息，更好的满足控制系统信息集成的要求。8、对于自行小车和升降机等移动装置，现场总线的应用具有独特的优势，可以大量减少导轨中电缆的数量，使系统更加便于使用和维修。9、可靠的数据传输，快速的数据响应，强大的抗干扰能力。10许多总线节点具有IP67的防护等级，具有防水、防尘、抗振动的特性，可以直接安装于工业设备上，大量减少了现场接线箱，使系统美观而实用。

PROFINET是一种低成本的通讯总线。它将工业设备(如：限位开关，光电传感器，阀组，马达启动器，过程传感器，条形码读取器，变频驱动器，面板显示器和操作员接口)连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。直接互连性改善了设备间的通讯，并同时提供了相当重要的设备级诊断功能，这是通过硬接线I/O接口很难实现的。PROFINET是一种简单的网络解决方案，它在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。

附图说明

图1是本实用新型汽车焊装生产线控制系统的示意图；

图2是本实用新型汽车焊装生产线控制系统现场检测单元通过网关与PROFINET网络通信的示意图。

具体实施方式

如图1，本实用新型基于PROFINET现场总线的汽车焊装生产线控制系统，包括监控计算机、多个车身传输系统，多个车身传输系统共分为三个系统：车身存储系统PLC-C，车身调整系统PLC-D和空撬返回系统PLC-D。每一车身传输系统分别设有输送系统、控制系统和输出系统，以上三个系统各自使用一组控制系统，车身存储控制系统、车身调整控制系统和空撬返回控制系统，每组控制柜各配有一套OMRON CS1系列PLC，三台PLC将通过Controller Link网连接，同时通过Ethernet网连接监控计算机。每套PLC还采用一个人机界面作现场监控。

图1中PLC-C车身存储系统控制；PLC-D车身调整系统控制图；PLC-E空撬返回系统。PLC-C，PLC-D，PLC-E通过CONTROLLER LINK网络连接，每套控制系统配有相应触摸屏(PT-CPT-D，PT-E)XW2Z-500T是连接数据线，每套控制系统通过ENTHER NET以太网与监控计算机连接，每套控制系统配有PROFINET远程网络控制远程输入输出，本地机架通过CS1W-CN113数据线进行机架的扩展

输送系统(图中未示出)包括用于将车身输送至各个工序的链条输送机、滚床、移行机、旋转装置、升降机，输送系统还包括吊挂车身的悬挂积放链、用于运送车身的空中滑橇系统、用于移动车身的地面滑橇系统、升降机、移行机等。设备数量多，具有高度的分散性，这导致I/O点数多，控制线路长。须采用以PROFINET为底层网络的现场总线控制系统。

控制系统(图中未示出)包括远程数字输入控制模块和远程数字输出模块，各个控制模块基于PROFINET现场总线的网络，其上连接的输入设备有按钮、急停开关、接近开关、光电开关、行程开关和中控计算机(PLC)，用于通过PROFINET网络控制上述输送系统的传输，并通过Controller Link使各个工序之间相互通信。Controler Link是OMRON的主要的FA级别的网络，它支持在PLC之间及PLC和上位机之间的自动数据链接，也可以使用信息服务进行可编程的数据传送，可以得到高容量，柔性数据链接及高容量的数据传送，对低成本的通信系统，可使用双绞线电缆。

输出系统包括指示灯、控制阀，将车身存储控制系统、车身调整控制系统和空撬返回控制系统中的中控计算机连接到EtherNet上的监视计算机应用组态软件可以显示各生产设备的运行状态、运行参数、自动故障报警，纪录故障点，调出相关的控制程序，可执行多种通信：用TCP/IP传送数据或UDP/IP SocketServices，执行OMRON标准FINS指令，用FINS传送数据或用STMP传送邮件，根据需要选择通信服务，并将PLC柔性的连接到信息级别的Ethernet网络上。

输送线的任务就是把工件按照人的要求从位置A移向位置B，动作方式多种多样，有直线、旋转、上下、按需停止、不同速度的切换等等。实现同样功能的往往是相同类型的设备，所以整个生产线的设备类型有限而依靠控制来实现参数不同的功能。汽车生产输送线常见设备有链条输送机、滚床、移行机、旋转装置、升降机等等。

在此以生产线的一部分(车身调整系统和车身存储系统)的设计过程为例(此部分包括几个典型的输送设备)，来说明控制任务是如何通过基于现场总线的控制系统来实现的。

此部分生产线输送设备的任务是完成主焊线开始到WBS输送线之间的工件输送。按流程顺序它包括皮带升降机SJ1(4m)、单速滚床PGD(30个各6m)、双速滚床PGS(10个各6m)、双链(52.1m)、皮带升降机SJ2(4m)、移行装置(YH)、旋转装置(XZ)、单链LD-2(74.6m)、停止器ST-C2。设备自动运行时的主要依据是车身位置。一般情况下单速滚床需布置检测点和停止点，双速滚床需布置检测点和减速点，停止器需设占位、开端、闭端、复位，升降机需设上限、下限、上升减速、下降减速、上升限位、下降限位以及断链保护，移行装置和旋转装置各需设两个位置检测及一个减速点。减速点的使用一般都起到缓冲高速的作用。在贯通上下楼层的升降机旁侧还需布置作业人员侵入的检测点，以防事故发生。这样，整个涂装车间将使用大量的位置传感器，包括接近开关、行程开关、光电开关、压力开关等。

如图2所示，本实用新型的汽车涂装生产线控制系统，中控计算机PLC通过AS-I网关与输送系统中的各个检测单元进行信息转换传输。各个工序的控制模块，电泳烘干控制模块2a、喷涂控制模块2b和面漆检查控制模块2c中的中控计算机与现场总线之间是不能直接连接的，现场的检测开关分布非常分散，而这些检测点的信息需要输入到位于控制柜中的PLC，如果采用传统的方法，每个输入点的信号单独送到PLC的基本输入单元，可以想象现场的布线将非常复杂和繁琐，导致工程费用高，接线时间长，采用现场总线的方法，可以解决原来的种种弊端。

现场总线方式相当于把输入输出(I/O)模块放到了现场的各个角落，各个检测点可以近距离把信号送到输入模块，指示灯和电磁阀等需要的输出信号也可以就近从输出模块中获得。

图2中的每个分布于现场的各个模块即一个NODE，它们的连接即形成AS-Interface网络。为了使AS-Interface网络连接到上层PROFINET现场总线系统并进行数据交换，需要AS-Interface主控机，通常被称为网关。所用网关型号为VAG-DN-K5，它是P+F公司和罗克韦尔公司共同开发的，它完全可以看作是上层PROFINET现场总线的从站，或者说是通过AS-I电缆连接的带124个输入点和124个输出点的PROFINET现场总线的I/O卡。

从图2中可以看出本次项目AS-I网采用的拓扑结构是线型，是按油漆车间流水线走向设计的，实际上AS-I网还可以选星型或者树型。每个AS-I网关可以连接最多31个AS-I节点或248个分散元件，网关与节点间的传送速率约为167Kbits/s。

AS-I网只有一个主控机数据报文格式和一个子站响应格式：主控机报文总是14位并包括10个用户位。子站响应总是7个位并包括4个用户位。主控机依次查询每个子站。每个子站通过唯一的地址被确认。

图2中DC POWER是PROFINET网络电源，NODE是网络模块，包括数字输入和数字输出模块，功能模块和模拟量输入和输出模块，所有的模块通过PROFINET网络连接。模块连接不区分先后连接，可随意在网络中插入，只要其中地址不重复。远程输入输出点通过网络模块连接到现场各个角落。

Claims (5)

1、基于PROFINET现场总线的汽车焊装生产线控制系统，包括监控计算机、多个车身传输系统，其特征是：每一车身传输系统分别设有输送系统、控制系统和输出系统；

输送系统包括用于将车身输送至各个工序的链条输送机、滚床、移行机、旋转装置、升降机以及多个检测单元；

控制系统包括数字输入控制模块、数字输出控制模块和EtherNet网络控制模块，基于PROFINET现场总线的网络，其上连接的输入设备有按钮、急停开关、接近开关、光电开关、行程开关和中控计算机PLC，用于通过PROFINET网络控制上述输送系统的传输，每个控制系统通过通过Controller Link网连接，再EtherNet网络与所述监控计算机通讯连接；

输出系统基于PROFINET网络，包括显示装置、报警装置、和打印装置，用于将远程输入控制模块、远程输出控制模块和监视计算机连接，应用组态软件可以显示各生产设备的运行状态、运行参数、自动故障报警，纪录故障点，调出相关的控制程序。

2、根据权利要求1所述的基于PROFINET现场总线的汽车焊装生产线控制系统，其特征在于多个车身传输系统包括车身存储系统、车身调整系统和空撬返回系统。

3、根据权利要求1所述的基于PROFINET现场总线的汽车焊装生产线控制系统，其特征在于输送系统还包括吊挂车身的悬挂积放链、用于运送车身的空中滑橇系统、用于移动车身的地面滑橇系统、升降机、移行机。

4、根据权利要求1所述的基于PROFINET现场总线的汽车焊装生产线控制系统，其特征在于中控计算机通过PROFINET网与输送系统中的各个检测单元进行信息转换传输。

5、根据权利要求1或4所述的基于PROFINET现场总线的汽车焊装生产线控制系统，其特征在于PROFINET网采用的拓扑结构是线型。

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