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汽车行业

背景介绍

DECOWELL总线一体式I/O模块广泛应用于汽车厂及汽车零部件企业。随着汽车产业的发展,对设备的性能也提出了更高的要求,如快速响应、实时通信等。同时,车间内的人身安全也是必须关注的焦点,且要求简化设计、安装调试,节约项目成本。某汽车生产公司年生产能力为15万辆以上。整个项目控制系统的实施依照最新的控制系统企业标准(程序结构、功能块、符号……)。汽车车身的性能在整车性能中占有非常重要的比重,其依赖于汽车车身的制造设备和工艺。车身焊装生产线上使用的设备有焊枪和抓手及机器人、输送设备、涂胶设备和工装夹具等,通过Profinet I/O现场总线集成应用PROFI safe行规(V2.0),使用S7-319F PN/DP故障安全PLC控制系统实现设备自动(多品种、多工艺、多物料) 柔性运行。

系统介绍

车身焊装线含有79个工位, 布置有108台工作机械和135台机器人等。滑撬式输送系统通过Drive box (西门子G120D变频器) 驱动滚床、提升机等完成车身的输送, S7-319F PN/DP主控PLC通过从MES接收到的多样性车型信息与从滑撬Tag在线读取的信息对比确认OK后, 实现对焊接工装执行机构的控制和对焊接机器人的控制(调用相应的轨迹程序)。全线分门盖线-Closures1+2=33个岛)、机舱线-EC1个岛)、地板主线-FM1+22个岛)、车身主线-BM1+2+3+4+5+66个岛)、侧围-BSL+R2个岛)组成,I/O点数为24906,控制系统为模块化设计,每个岛为一个模块单元,模块化单元控制系统组成于电源系统、监控系统、执行系统。

执行系统

108台工作机械,通过Drive Box驱动滚床、提升机电机实现车身输送, 通过DECOWELL PN-8800的输出模块驱动气缸实现焊装工装如夹紧机构、定位机构、卸料机构的运动, 通过PROFINET实现机器人控制器与岛内PLC的通信,PLC通过获取机器人就绪、停止、报警等信息而实现对机器人模式选择及伺服开启、停止等的控制。PLCevents活动允许岛上的PLC管理机器人的连续工作循环。PLCorders活动通知岛上的PLCevents所请求的任务已完成或机器人的物理位置。

监控系统

此系统(硬、软件主要集成于MOP柜)是整个电气控制系统的核心,采用PROFINET I/O方式实现系统内部的高速过程数据通信, 组成于(西门子) S7-319F 3PN/DP PLC I/O控制器)、DECOWELL总线一体式I/O+ET200Pro+ET200Eco+Drive box+RFID天线等(I/O设备)、(西门子)PC627工控机(I/O监视器),S7-319F 3PN/DP PLC每个扫描周期经过输入采样、程序执行、输出刷新完成数据采集、处理和输出。西门子PC627工控机进行组态、编程、下载, 且对系统进行(故障)诊断、手动操作、参数设置、状态显示等。在实时通道传输循环I/O数据和报警控制数据,在UDP/IP标准通道上传输的参数分配、组态及诊断数据;本系统从技术上分为PROFINET I/O 通信、硬件组态、软件编程三个部分。

Profinet I/O 网络实施规则:

I/O控制器和最后一个I/O装置(包括任何中间switches 之间菊花链接限制为不超过30个站;

在一个Profinet内部不能有任何PC或用TCP帧通信的装置, 这些装置必须连接到1级以太网。在MOP 柜内 Level1 switches 连接到X216switches

以太网物理限制: 2PROFINET装置之间电缆的最大长度(在理论上) 100m和以太网(标准IEEE802.3 U 相同。实际上据使用电缆类型( 柔性电缆, 机器人电缆等) 要≤100m

I/O控制器(PLC中的Step 7项目) 配置的最大I/O装置数目, 取决于I/O控制器可以管理逻辑连接的数量, S7-319 F 3PN/DP PLC可以逻辑连接的最大数量为256个, CP1604可以逻辑连接的最大数量为200个:

I/O装置I/O循环更新时间: 每个I/O装置发送输入数据到I/O控制器且从I/O控制器接收输出的数据, 2个数据传送或接收的间隔时间命名为“I/O循环更新时间”。较短的更新时间, 必须是更强大的I/O控制器。表一为I/O装置的循环更新时间(使用S7-319 F 3PN/DP PLC控制器处理的最大I/O装置数量≤189个)

实施效果

车身焊装线自20162月开始试生产以来, 经过6个多月的运行考察证明, 运行状况良好, 各项技术经济指标均达到设计要求。

Profinet I/O 集成PROFIsafe应用于车身焊装生产线, 实现控制系统快速响应、实时通信, 通信速率为100Mpbs、典型响应时间为10ms数量级。

PROFIsafe V2 行规集成于Profinet I/O 采用标准部件如导线、插接件/网络组件、ASICS (芯片), 在同一根总线电缆上实现故障安全通信和标准通信, 减少接口和布线, 且使故障安全完整性可达到SIL3 IEC61508 级。

按照最新的控制系统企业标准,使用经过Tüv认证的标准FB,使用标准符号(设备和元器件),使用标准程序结构,通过SMP配置文件和Odil ex工具,实现标准程序(80%以上的STEP7 编程和50%以上的IHM编程一次性完成),大大减少设计和编程工作量,减少设备电气安装和调试时间; 提高控制系统运行可靠性,减少设备故障率; 80%以上的故障可由操作人员在3~5MIN内处理;

   ● 硬件(设备、装置、器件) 规范化和定制, 减少备件品种, 减少备件库存。


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