DCS在汽車生產(chǎn)線滑橇輸送機(jī)的應(yīng)用
隨著汽車工業(yè)在我國(guó)的飛速發(fā)展，人們對(duì)生產(chǎn)線輸送系統(tǒng)的速度、精度和工程實(shí)施速度的要求大大提高，控制架構(gòu)也由過去的集中控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⒖刂??；凛斔蜋C(jī)作為國(guó)內(nèi)外普遍采用的輸送形式，具有可靠性高、輸送速度快等優(yōu)點(diǎn)，而具有高靈活性和高防護(hù)等級(jí)的一體化變頻器特別適合應(yīng)用在這一輸送系統(tǒng)中。
分散控制方案
工業(yè)生產(chǎn)自控系統(tǒng)傳統(tǒng)控制方案基本上采用“集中控制”的思路，即在需要控制的設(shè)備區(qū)域設(shè)置一套主控制柜，柜內(nèi)安裝接觸器、變頻器等驅(qū)動(dòng)元件，將電纜和信號(hào)線由主控柜直接連接至設(shè)備執(zhí)行器（電機(jī)、電磁閥等），這種控制方式的主控柜內(nèi)由于需要安裝每個(gè)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)元件，其體積巨大、安裝不便，由于需要在現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)大量的橋架、動(dòng)力電纜、控制電纜和信號(hào)電纜，存在安裝周期長(zhǎng)，施工成本高，交直流信號(hào)相互干擾嚴(yán)重、系統(tǒng)維護(hù)和改造困難等缺點(diǎn)。
隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和控制元器件不斷發(fā)展，一種新的控制架構(gòu)即“分布式控制”架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，其主要特點(diǎn)是將帶有現(xiàn)場(chǎng)總線接口的控制元器件安裝在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近或直接集成在電機(jī)、電磁閥上，以主控柜通過動(dòng)力電源（380VAC）母線和控制電源（24VDC）母線為元件提供動(dòng)力和控制電源，并通過總線實(shí)現(xiàn)控制，以往龐大的主控柜可以精簡(jiǎn)到極為小巧，安裝和調(diào)試非常方便，同時(shí)大大簡(jiǎn)化外部布線的施工量，解決了“集中控制”架構(gòu)帶來的種種不便和缺點(diǎn)。
滑橇輸送機(jī)
滑橇輸送系統(tǒng)（見圖1）目前是各個(gè)汽車制造廠普遍采用的輸送設(shè)備，滑橇式輸送機(jī)由動(dòng)力滾床、平移滾床、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、舉升臺(tái)、平移機(jī)和鏈?zhǔn)捷斒剿蜋C(jī)等各種獨(dú)立輸送單元所組成的組合式輸送系統(tǒng)，每種輸送單元可以獨(dú)立執(zhí)行某一個(gè)或多個(gè)動(dòng)作（如傳送車身、旋轉(zhuǎn)、平移和升降等），設(shè)備的驅(qū)動(dòng)裝置為帶有減速器的三相380V交流電機(jī)。和傳統(tǒng)的懸掛積放鏈、地推鏈等輸送設(shè)備相比，具有機(jī)動(dòng)靈活、組合方便、運(yùn)行平穩(wěn)、可靠性高以及便于維護(hù)等顯著優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖2所示。
在設(shè)備層采用的設(shè)備網(wǎng)（DeviceNet）是一種底層網(wǎng)絡(luò)，DeviceNet是20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來的一種基于CAN技術(shù)的開放型符合全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的低成本、高性能的通信網(wǎng)絡(luò)。它通過一根電纜將諸如可編程序控制器（PLC）、傳感器、HIM和變頻器等現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備連接起來，是一種分布式控制系統(tǒng)（DCS）。設(shè)備網(wǎng)與一般的通信總線相比，具有突出的高可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其主要特點(diǎn)可以概括如下：采用基于CAN的多主方式工作；采用非破壞性總線逐位仲裁技術(shù)；設(shè)備網(wǎng)上可以容納多達(dá)64個(gè)節(jié)點(diǎn)地址；采用短幀結(jié)構(gòu)傳輸；通信介質(zhì)為獨(dú)立雙絞線；支持設(shè)備的熱插拔。
一體化變頻器
該系統(tǒng)選用德國(guó)SEW專為分散控制系統(tǒng)開發(fā)的MOVIMOT Z38系列變頻器，該變頻器專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和分布式控制架構(gòu)設(shè)計(jì)，集成了傳感器接口和主電源分段開關(guān)以及DeviceNet總線分配器和總線接口與電源，控制電壓及總線相連。使用SEW公司提供的預(yù)置電纜可以便于安裝。利用中央控制柜中的PLC與之通信和供給電源用于實(shí)現(xiàn)控制功能，而中央控制柜和驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間復(fù)雜的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線則不再需要，這樣節(jié)省了大量的時(shí)間和材料。
SEW MOVIMOT變頻器結(jié)構(gòu)緊湊、連接方便，功率范圍在0.37～3kW內(nèi)，均可安裝在設(shè)備電機(jī)附近，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)電機(jī)/非制動(dòng)電機(jī)的變速驅(qū)動(dòng)，其性能參數(shù)如下：
電源電壓：電源三相380到500V±10% 50/60Hz；
控制電壓：24VDC；
通訊接口：DeviceNet；
可調(diào)整參數(shù)：2個(gè)固定轉(zhuǎn)速設(shè)定，斜率發(fā)生器，4-象限或DC制動(dòng)，PWM 開關(guān)頻率；
該系統(tǒng)采用Rockwell的Controllogix平臺(tái)PLC，安裝在中央控制柜內(nèi)，采用1756-L61作為控制處理器，1756-DNB是AB Controllogix5561平臺(tái)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的DeviceNet通信適配器，該模塊的主要作用是PLC通信系統(tǒng)中作為主站發(fā)給各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)變頻器信息，并接收和發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出信號(hào)。將其作為DeviceNet通信主站使用，完成變頻器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各種數(shù)據(jù)的傳送，參數(shù)監(jiān)控及故障報(bào)警等。
驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)電機(jī)的一體化變頻器安裝在設(shè)備上，中央控制柜通過母線式動(dòng)力電源（380VAC）和控制電源（24VDC）為現(xiàn)場(chǎng)變頻器提供能源，并通過DeviceNet專用電纜和分支T型頭將用于控制輸送系統(tǒng)中的各個(gè)電機(jī)的一體化變頻器連接起來，構(gòu)成分散式的控制架構(gòu)。
系統(tǒng)軟件配置
Rockwell Controllogix L61為PLC基本單元、執(zhí)行系統(tǒng)及用戶軟件，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。軟件配置方面，筆者采用了Rockwell公司的RSLinx作為通訊平臺(tái)，通過安裝在PLC機(jī)架上的以太網(wǎng)通信模塊訪問CPU和設(shè)備網(wǎng)。
圖3中節(jié)點(diǎn)號(hào)地址為“00”的站點(diǎn)為1756-DNB主站模塊，地址為“11”～“24”的站點(diǎn)為安裝在現(xiàn)場(chǎng)的一體化變頻器。
本系統(tǒng)使用RS Networkx for DeviceNet 作為設(shè)備網(wǎng)的配置工具，通過配置變頻器在設(shè)備網(wǎng)主站中的掃描列表，將其加入到整個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行控制和管理。根據(jù)SEW變頻器的數(shù)據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如表1和表2所示），配置映射區(qū)域和PLC內(nèi)存分配。系統(tǒng)界面如圖4、圖5所示。
實(shí)際應(yīng)用效果
經(jīng)過實(shí)際項(xiàng)目的考驗(yàn)，由一體化變頻器和設(shè)備網(wǎng)夠成的分散式輸送控制系統(tǒng)的實(shí)際使用效果非常理想，適合在汽車生產(chǎn)線中的大規(guī)模使用，采用設(shè)備網(wǎng)通信控制現(xiàn)場(chǎng)一體化變頻器，具有硬件安裝簡(jiǎn)單、便捷，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
分散式的架構(gòu)有利于工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，設(shè)備運(yùn)行可靠、故障率降低而且設(shè)備故障后維修時(shí)間縮短，使得設(shè)備利用率大大提高，特別是由于采用了變頻控制輸送設(shè)備的電機(jī)，工件運(yùn)行平穩(wěn)、流暢，提高了產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量，減少了機(jī)械的磨損和沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，從而得到用戶的認(rèn)可和好評(píng)。 (end)
分散控制方案
工業(yè)生產(chǎn)自控系統(tǒng)傳統(tǒng)控制方案基本上采用“集中控制”的思路，即在需要控制的設(shè)備區(qū)域設(shè)置一套主控制柜，柜內(nèi)安裝接觸器、變頻器等驅(qū)動(dòng)元件，將電纜和信號(hào)線由主控柜直接連接至設(shè)備執(zhí)行器（電機(jī)、電磁閥等），這種控制方式的主控柜內(nèi)由于需要安裝每個(gè)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)元件，其體積巨大、安裝不便，由于需要在現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)大量的橋架、動(dòng)力電纜、控制電纜和信號(hào)電纜，存在安裝周期長(zhǎng)，施工成本高，交直流信號(hào)相互干擾嚴(yán)重、系統(tǒng)維護(hù)和改造困難等缺點(diǎn)。
隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和控制元器件不斷發(fā)展，一種新的控制架構(gòu)即“分布式控制”架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，其主要特點(diǎn)是將帶有現(xiàn)場(chǎng)總線接口的控制元器件安裝在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近或直接集成在電機(jī)、電磁閥上，以主控柜通過動(dòng)力電源（380VAC）母線和控制電源（24VDC）母線為元件提供動(dòng)力和控制電源，并通過總線實(shí)現(xiàn)控制，以往龐大的主控柜可以精簡(jiǎn)到極為小巧，安裝和調(diào)試非常方便，同時(shí)大大簡(jiǎn)化外部布線的施工量，解決了“集中控制”架構(gòu)帶來的種種不便和缺點(diǎn)。
滑橇輸送機(jī)
滑橇輸送系統(tǒng)（見圖1）目前是各個(gè)汽車制造廠普遍采用的輸送設(shè)備，滑橇式輸送機(jī)由動(dòng)力滾床、平移滾床、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、舉升臺(tái)、平移機(jī)和鏈?zhǔn)捷斒剿蜋C(jī)等各種獨(dú)立輸送單元所組成的組合式輸送系統(tǒng)，每種輸送單元可以獨(dú)立執(zhí)行某一個(gè)或多個(gè)動(dòng)作（如傳送車身、旋轉(zhuǎn)、平移和升降等），設(shè)備的驅(qū)動(dòng)裝置為帶有減速器的三相380V交流電機(jī)。和傳統(tǒng)的懸掛積放鏈、地推鏈等輸送設(shè)備相比，具有機(jī)動(dòng)靈活、組合方便、運(yùn)行平穩(wěn)、可靠性高以及便于維護(hù)等顯著優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖2所示。
圖1 滑橇輸送系統(tǒng)
圖2 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝
在設(shè)備層采用的設(shè)備網(wǎng)（DeviceNet）是一種底層網(wǎng)絡(luò)，DeviceNet是20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來的一種基于CAN技術(shù)的開放型符合全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的低成本、高性能的通信網(wǎng)絡(luò)。它通過一根電纜將諸如可編程序控制器（PLC）、傳感器、HIM和變頻器等現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備連接起來，是一種分布式控制系統(tǒng)（DCS）。設(shè)備網(wǎng)與一般的通信總線相比，具有突出的高可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其主要特點(diǎn)可以概括如下：采用基于CAN的多主方式工作；采用非破壞性總線逐位仲裁技術(shù)；設(shè)備網(wǎng)上可以容納多達(dá)64個(gè)節(jié)點(diǎn)地址；采用短幀結(jié)構(gòu)傳輸；通信介質(zhì)為獨(dú)立雙絞線；支持設(shè)備的熱插拔。
一體化變頻器
該系統(tǒng)選用德國(guó)SEW專為分散控制系統(tǒng)開發(fā)的MOVIMOT Z38系列變頻器，該變頻器專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和分布式控制架構(gòu)設(shè)計(jì)，集成了傳感器接口和主電源分段開關(guān)以及DeviceNet總線分配器和總線接口與電源，控制電壓及總線相連。使用SEW公司提供的預(yù)置電纜可以便于安裝。利用中央控制柜中的PLC與之通信和供給電源用于實(shí)現(xiàn)控制功能，而中央控制柜和驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間復(fù)雜的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線則不再需要，這樣節(jié)省了大量的時(shí)間和材料。
SEW MOVIMOT變頻器結(jié)構(gòu)緊湊、連接方便，功率范圍在0.37～3kW內(nèi)，均可安裝在設(shè)備電機(jī)附近，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)電機(jī)/非制動(dòng)電機(jī)的變速驅(qū)動(dòng)，其性能參數(shù)如下：
電源電壓：電源三相380到500V±10% 50/60Hz；
控制電壓：24VDC；
通訊接口：DeviceNet；
可調(diào)整參數(shù)：2個(gè)固定轉(zhuǎn)速設(shè)定，斜率發(fā)生器，4-象限或DC制動(dòng)，PWM 開關(guān)頻率；
該系統(tǒng)采用Rockwell的Controllogix平臺(tái)PLC，安裝在中央控制柜內(nèi)，采用1756-L61作為控制處理器，1756-DNB是AB Controllogix5561平臺(tái)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的DeviceNet通信適配器，該模塊的主要作用是PLC通信系統(tǒng)中作為主站發(fā)給各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)變頻器信息，并接收和發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出信號(hào)。將其作為DeviceNet通信主站使用，完成變頻器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各種數(shù)據(jù)的傳送，參數(shù)監(jiān)控及故障報(bào)警等。
驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)電機(jī)的一體化變頻器安裝在設(shè)備上，中央控制柜通過母線式動(dòng)力電源（380VAC）和控制電源（24VDC）為現(xiàn)場(chǎng)變頻器提供能源，并通過DeviceNet專用電纜和分支T型頭將用于控制輸送系統(tǒng)中的各個(gè)電機(jī)的一體化變頻器連接起來，構(gòu)成分散式的控制架構(gòu)。
系統(tǒng)軟件配置
Rockwell Controllogix L61為PLC基本單元、執(zhí)行系統(tǒng)及用戶軟件，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。軟件配置方面，筆者采用了Rockwell公司的RSLinx作為通訊平臺(tái)，通過安裝在PLC機(jī)架上的以太網(wǎng)通信模塊訪問CPU和設(shè)備網(wǎng)。
圖3中節(jié)點(diǎn)號(hào)地址為“00”的站點(diǎn)為1756-DNB主站模塊，地址為“11”～“24”的站點(diǎn)為安裝在現(xiàn)場(chǎng)的一體化變頻器。
圖3 系統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)架構(gòu)
本系統(tǒng)使用RS Networkx for DeviceNet 作為設(shè)備網(wǎng)的配置工具，通過配置變頻器在設(shè)備網(wǎng)主站中的掃描列表，將其加入到整個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行控制和管理。根據(jù)SEW變頻器的數(shù)據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如表1和表2所示），配置映射區(qū)域和PLC內(nèi)存分配。系統(tǒng)界面如圖4、圖5所示。
圖4 變頻器數(shù)據(jù)在Scan list中的位置
圖5 設(shè)備網(wǎng)主站通信配置
實(shí)際應(yīng)用效果
經(jīng)過實(shí)際項(xiàng)目的考驗(yàn)，由一體化變頻器和設(shè)備網(wǎng)夠成的分散式輸送控制系統(tǒng)的實(shí)際使用效果非常理想，適合在汽車生產(chǎn)線中的大規(guī)模使用，采用設(shè)備網(wǎng)通信控制現(xiàn)場(chǎng)一體化變頻器，具有硬件安裝簡(jiǎn)單、便捷，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
分散式的架構(gòu)有利于工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，設(shè)備運(yùn)行可靠、故障率降低而且設(shè)備故障后維修時(shí)間縮短，使得設(shè)備利用率大大提高，特別是由于采用了變頻控制輸送設(shè)備的電機(jī)，工件運(yùn)行平穩(wěn)、流暢，提高了產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量，減少了機(jī)械的磨損和沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，從而得到用戶的認(rèn)可和好評(píng)。 (end)
本文標(biāo)簽：DCS在汽車生產(chǎn)線滑橇輸送機(jī)的應(yīng)用
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