一汽集團(tuán)解放公司卡車廠采用西門子公司的S7系列PLC和菲尼克斯公司的Interbus現(xiàn)場總線系統(tǒng)，作為換代卡車駕駛室焊接裝配線的控制核心，并配合舉升與往復(fù)機(jī)構(gòu)的兩個變頻器，組成換代卡車駕駛室焊接裝配線的基本系統(tǒng)。

隨著電子技術(shù)特別是網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)日新月異的發(fā)展，現(xiàn)場總線（Fieldbus）技術(shù)已成為當(dāng)今自動化領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)課題，并受到了廣泛的關(guān)注。

現(xiàn)場總線是在生產(chǎn)現(xiàn)場用于連接智能現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)；現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）則是基于現(xiàn)場總線的自動控制系統(tǒng)，即以現(xiàn)場總線作為工廠底層網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)集成而形成的自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。在總線控制系統(tǒng)中，按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間、智能設(shè)備與遠(yuǎn)程計算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，從而實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化的綜合自動化。與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的適應(yīng)性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性以及抗故障能力都很出色，在減少系統(tǒng)線纜，簡化系統(tǒng)安裝、維護(hù)和管理，降低系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，增強(qiáng)系統(tǒng)性能等方面有較強(qiáng)的優(yōu)越性。目前被廣泛應(yīng)用的主要有Interbus、Profibus、ControlNet、DeviceNet、CAN控制局域網(wǎng)等。

由于現(xiàn)場總線技術(shù)在工控領(lǐng)域具有多方面優(yōu)勢，近年來得到了極其迅速的推廣和應(yīng)用，尤其是在汽車行業(yè)。

項(xiàng)目介紹

隨著我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，卡車市場的競爭也變得越來越激烈，呈現(xiàn)出多家產(chǎn)品分爭市場的新格局，而國內(nèi)重型卡車的研發(fā)和制造始終是空白。在這種嚴(yán)峻的形式下，一汽集團(tuán)解放公司率先開發(fā)了自主設(shè)計的國產(chǎn)重型卡車J6系列產(chǎn)品，并成功投放市場。

圖1 Interbus現(xiàn)場總線模塊的安裝
換代重卡駕駛室主焊線就是專門為J6系列重型卡車的生產(chǎn)而設(shè)計制造的全自動生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線是一條多品種混流生產(chǎn)的柔性生產(chǎn)線，全線共12個工位，可分別完成駕駛室各分總成在主焊線上的焊接、涂膠及裝配等任務(wù)，并自動實(shí)現(xiàn)與其他各生產(chǎn)線同步的車型轉(zhuǎn)換，是一條能夠完成J6系列幾十種車型駕駛室焊接及裝配任務(wù)的全自動流水生產(chǎn)線。

本項(xiàng)目實(shí)施的目的，是將自動控制技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)及機(jī)器人等技術(shù)應(yīng)用到換代卡車駕駛室焊接裝配線電氣控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對換代卡車駕駛室主焊線整個控制系統(tǒng)的設(shè)計和制造，通過建造一條國內(nèi)汽車行業(yè)水平領(lǐng)先的全自動生產(chǎn)線，來確保新型重卡J6系列產(chǎn)品的裝配質(zhì)量，以滿足日益擴(kuò)大的市場需求。同時為推動先進(jìn)的控制理論及新技術(shù)在企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益起到積極的促進(jìn)作用。

總體方案設(shè)計

整個焊接裝配線工藝設(shè)計先進(jìn)，在目前亞洲汽車行業(yè)居領(lǐng)先水平。機(jī)械傳輸方式采用升降式托桿往復(fù)傳輸線，其運(yùn)動軌跡是上升-傳送-下降-返回，該往復(fù)線應(yīng)滿足駕駛室焊接總成6大系列車型的生產(chǎn)。各工位配備設(shè)計先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理的夾具夾緊定位裝置，整個機(jī)械部分設(shè)計制造由日本富士裝備公司總承包。采用西門子PC870人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)的操作和監(jiān)控。采用德國SWAC公司的遠(yuǎn)程操作面板代替以往的按鈕站來實(shí)現(xiàn)各工位手動動作及自動操作的功能。全線共選用26臺焊接、搬運(yùn)及涂膠機(jī)器人，全部選用瑞典ABB公司的產(chǎn)品。所有機(jī)器人分布在3～10工位，擔(dān)負(fù)著J6系列駕駛室底板總成、前圍總成、左側(cè)圍總成、右側(cè)圍總成及后圍總成等五大總成的合裝、焊接等任務(wù)。1、2工位為車身下部總成、左右側(cè)后圍總成的人工上料工位，11工位為補(bǔ)焊工位，12工位為激光在線檢測工位，經(jīng)主焊線焊接裝配完成的駕駛室總成經(jīng)激光在線檢測確認(rèn)質(zhì)量合格后，由空中輸送系統(tǒng)傳輸至駕駛室總成調(diào)整線。

現(xiàn)場總線系統(tǒng)選型

由于該控制系統(tǒng)配置復(fù)雜，自動化程序要求較高，生產(chǎn)線距離長、跨度大，且線上設(shè)備及元件數(shù)量非常多，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際工況，考慮使用西門子S7系列PLC作為控制系統(tǒng)的核心，配以目前在工業(yè)控制領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先的現(xiàn)場總線技術(shù)作為與現(xiàn)場設(shè)備的連接。

圖2 換代卡車駕駛室主焊線
菲尼克斯公司的Interbus是最早進(jìn)入汽車工業(yè)的現(xiàn)場總線，其很多產(chǎn)品也是專為汽車行業(yè)而設(shè)計的：如專為汽車行業(yè)焊裝車間使用的Ruggled Line IP67系列產(chǎn)品，能夠抵抗電火花的直接沖擊；為焊裝機(jī)器人的機(jī)械手配套的CDIO產(chǎn)品，性價比極高的聚脂光纜（IBS獨(dú)有）做總線傳輸媒介（光信號不受電磁干擾），在線故障診斷等，極大滿足了汽車用戶的需求。另外Interbus總線為環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，單個系統(tǒng)最多512個模塊，在采用雙絞線的情況下最長達(dá)12km，無終端電阻，無需模塊設(shè)址，使用方便靈活。而且在發(fā)生故障時，Interbus能在線準(zhǔn)確地告訴操作人員錯誤位置、類型、解決方法等，診斷功能極其強(qiáng)大，可最大程度降低維修人員的工作量，減少停機(jī)時間。

綜合Interbus現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)以及焊裝現(xiàn)場的實(shí)際工況，證明這種具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力、方便維修與調(diào)試、使用方便、性能可靠的現(xiàn)場總線正是該系統(tǒng)改造需要的。而且Interbus與西門子公司的S7系列PLC接口簡便，實(shí)際應(yīng)用案例非常多，具有成熟的使用經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)配置合理。因此一汽集團(tuán)解放公司卡車廠決定采用西門子公司的S7系列PLC和菲尼克斯公司的Interbus現(xiàn)場總線系統(tǒng)，作為換代卡車駕駛室焊接裝配線的控制核心，并配合舉升與往復(fù)機(jī)構(gòu)的兩個變頻器，組成換代卡車駕駛室焊接裝配線的基本系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)方案設(shè)計

該系統(tǒng)改造的重點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)與裝配線的合理銜接和控制，以確保全線的全自動運(yùn)行。全線共配置26臺機(jī)器人，分別完成涂膠、點(diǎn)焊、搬運(yùn)等任務(wù)。

根據(jù)主焊線的工藝要求，配置電氣控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 電氣控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
該系統(tǒng)改造選用西門子S7-400系列CPU416-2DP作為控制系統(tǒng)的核心。通過以太網(wǎng)通訊模塊CP443-1將主焊線控制系統(tǒng)與車型管理系統(tǒng)相連接，接收車型管理系統(tǒng)傳遞的車型數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)各工位夾具隨車型的全自動變換。由于機(jī)器人出廠時已配置了Profibus適配卡，因此將26臺機(jī)器人連接到Profibus現(xiàn)場總線上。其他各工位夾具及現(xiàn)場I/O、SWAC操作面板等均連接到Interbus現(xiàn)場總線系統(tǒng)上，并通過IBS S7 400 DSC/I-T Interbus適配卡與西門子CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，整個Interbus現(xiàn)場總線系統(tǒng)上共有86個現(xiàn)場安裝的Ruggled Line IP67I/O模塊、37個InLine IP20 I/O模塊、7個192Bit SWAC操作面板，來實(shí)現(xiàn)對所有夾具手動、半自動操作及全自動的操作，以及對往復(fù)桿、機(jī)器人等設(shè)備的控制等。通過人機(jī)界面PC870來建立控制系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控及故障信息的顯示和存儲，以便于更迅速快捷地查找故障，維修設(shè)備。至此，整個控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計就基本完成，根據(jù)工藝要求及機(jī)械動作時序，設(shè)計系統(tǒng)的程序流程如圖4所示。