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榮獲“2006年度工控及自動(dòng)化領(lǐng)域優(yōu)秀案例”有獎(jiǎng)評(píng)選 　一等獎(jiǎng)
	專家點(diǎn)評(píng)：
	本應(yīng)用案例為西門(mén)子工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)在汽車油漆車間深裝過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。論文敘述了該項(xiàng)目的背景、要求、設(shè)計(jì)思想、系統(tǒng)構(gòu)式、系統(tǒng)框圖、功能說(shuō)明等，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。該項(xiàng)目實(shí)用性強(qiáng)，在國(guó)內(nèi)處于先進(jìn)水平，且具定的創(chuàng)新性。 該項(xiàng)目敘述清楚全面。語(yǔ)言流暢、層次清晰。結(jié)構(gòu)較嚴(yán)謹(jǐn)。 點(diǎn)評(píng)人：黃文明

摘要：汽車油漆車間中央控制系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著監(jiān)控車間所有涂裝工藝設(shè)備系統(tǒng)和輸送設(shè)備系統(tǒng)的任務(wù)。它監(jiān)控涂裝過(guò)程中的重要生產(chǎn)工藝參數(shù)和生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行，以滿足工藝質(zhì)量和保證正常生產(chǎn)節(jié)拍的要求。本文采用了西門(mén)子公司的PLC技術(shù)、Profibus現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線技術(shù)和WinCC工業(yè)組態(tài)軟件SCADA技術(shù)，來(lái)構(gòu)建該中央控制系統(tǒng)。本文將從系統(tǒng)概述及分析、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、系統(tǒng)信息處理、系統(tǒng)中幾個(gè)特殊問(wèn)題處理等四方面詳細(xì)論述該系統(tǒng)。本項(xiàng)目在2001年由我們承建，在2002年初投入運(yùn)行。經(jīng)過(guò)半年多的運(yùn)行，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)達(dá)到原設(shè)計(jì)功能，安全可靠，能確保設(shè)備連續(xù)、可靠運(yùn)行，滿足高效、有序地組織大批量生產(chǎn)的要求。

關(guān)鍵字：中央控制系統(tǒng) PLC技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線 SCADA技術(shù)

一.系統(tǒng)概述及分析

上海大眾汽車二廠油漆車間年產(chǎn)量為180,000臺(tái)，日產(chǎn)量為 600臺(tái)，生產(chǎn)節(jié)拍為 1.5分/臺(tái)，車間輸送鏈長(zhǎng)度是 8029米，生產(chǎn)面積是 23,549平方米。

中央控制系統(tǒng)的組成
油漆車間中控室中央控制系統(tǒng)的控制對(duì)象，主要由兩大部分組成：油漆工藝控制系統(tǒng)和輸送控制系統(tǒng)。中央控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)監(jiān)控這兩個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)調(diào)這兩個(gè)系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備動(dòng)作和這兩個(gè)系統(tǒng)的之間各設(shè)備動(dòng)作。油漆工藝和輸送系統(tǒng)時(shí)刻要按照中央控制系統(tǒng)發(fā)出的指令所指示的工作方式運(yùn)動(dòng)，同時(shí)中央控制系統(tǒng)要時(shí)刻監(jiān)視油漆工藝和輸送系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，按照預(yù)期制定的目標(biāo)及時(shí)地進(jìn)行調(diào)整和控制，以達(dá)到在中央控制系統(tǒng)的控制作用下，使油漆車間生產(chǎn)汽車涂裝產(chǎn)品質(zhì)量得到充分保證，使生產(chǎn)按照預(yù)定的生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行，使整個(gè)車間維持一種正常的生產(chǎn)運(yùn)行。
a)油漆工藝控制系統(tǒng)
油漆工藝控制系統(tǒng)主要是圍繞汽車涂裝生產(chǎn)中各部分工藝過(guò)程，對(duì)其設(shè)備按照相應(yīng)工藝要求進(jìn)行控制和檢測(cè)。油漆工藝車間汽車涂裝工藝過(guò)程主要有預(yù)處理、電泳、密封、底漆和面漆等。油漆工藝控制系統(tǒng)要根據(jù)每一項(xiàng)工藝過(guò)程的具體工藝要求，通過(guò)控制裝置PLC控制相應(yīng)工藝設(shè)備和環(huán)境設(shè)備，例如：預(yù)處理和電泳工藝過(guò)程中的各種浸槽和噴淋設(shè)備，密封、底漆和面漆工藝過(guò)程中的噴膠或噴漆房設(shè)備和烘房設(shè)備，及各個(gè)工藝過(guò)程中控制溫度、濕度、壓力和風(fēng)速的環(huán)境設(shè)備。油漆工藝控制系統(tǒng)主要目的是使各個(gè)工藝設(shè)備和環(huán)境設(shè)備按照工藝要求正常運(yùn)行，以保證汽車涂裝質(zhì)量。

b)輸送控制系統(tǒng)
輸送控制系統(tǒng)主要控制油漆車間的輸送鏈和升降運(yùn)輸系統(tǒng)。它貫穿著油漆車間的汽車涂裝生產(chǎn)的全過(guò)程，即在輸送鏈和升降機(jī)的輸送作用下，使轎車白車身以一定的節(jié)拍，按照涂裝工藝順序，依次通過(guò)汽車涂裝各個(gè)工藝設(shè)備和環(huán)境設(shè)備，完成相應(yīng)涂裝加工工藝。輸送控制系統(tǒng)要通過(guò)控制裝置PLC，控制分布在整個(gè)油漆車間的各段輸送鏈和升降機(jī)運(yùn)行。輸送控制系統(tǒng)一方面要完成轎車白車輸送、轉(zhuǎn)掛和儲(chǔ)存任務(wù)，另一方面還要按汽車涂裝各部分工藝要求，對(duì)輸送的車身還必須要在程序的控制下，實(shí)現(xiàn)升降、變節(jié)距、變速、擺動(dòng)和傾斜等動(dòng)作，從而保證油漆車間連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)。

系統(tǒng)控制裝置PLC的分布全車間的油漆工藝和輸送設(shè)備是由9臺(tái)西門(mén)子公司 PLC控制的。在油漆工藝控制方面，按照工藝過(guò)程各PLC的具體的控制分工為：


在輸送控制方面，按照區(qū)域劃分，各PLC的具體的控制分工為：


中央控制系統(tǒng)的作用
油漆車間中控室中央控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)-現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線 Profibus，把控制油漆工藝控制系統(tǒng)和輸送控制系統(tǒng)的9臺(tái)西門(mén)子公司 PLC連接起來(lái)，把原來(lái)車間里分散的單元控制，變成相互有機(jī)聯(lián)系的統(tǒng)一的整體控制系統(tǒng)。同時(shí)，系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)控制和信息處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)油漆車間的生產(chǎn)管理、工藝過(guò)程和設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)控制和監(jiān)視，使油漆車間的汽車涂裝生產(chǎn)始終處于正常狀態(tài)。

二.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成
由于中控室中央控制系統(tǒng)面對(duì)整個(gè)油漆生產(chǎn)車間，控制著各種生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行，它必須要做到實(shí)時(shí)采集全車間各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息，同時(shí)對(duì)其發(fā)出的控制指令要準(zhǔn)確無(wú)誤地送到全車間各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)備上，并能監(jiān)測(cè)執(zhí)行情況。為了保障這些控制信息和檢測(cè)信息暢通和準(zhǔn)確的傳遞，中控室中央控制系統(tǒng)按照其功能構(gòu)成了二個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò)。

上層信息管理網(wǎng)絡(luò)
以中控室的工控機(jī)為主，還包括主PLC（E21），Duerr的PLC和信息交換中心S5-155U，共同構(gòu)成上層信息管理網(wǎng)絡(luò)，也是中控室中央控制系統(tǒng)對(duì)油漆車間的中心信息管理部分。這里主PLC（E21）同時(shí)還連接著油漆工藝控制系統(tǒng)和輸送控制系統(tǒng)的PLC，所以主PLC（E21）起著上層信息管理網(wǎng)絡(luò)和底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)之間傳遞信息的作用。上層信息管理網(wǎng)絡(luò)的硬件構(gòu)成是建立在西門(mén)子公司的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線 Profibus網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的，在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)分別插入 Profibus網(wǎng)卡：工控機(jī)上插入CP5613網(wǎng)卡，其他PLC上插入CP5431網(wǎng)卡。上層信息管理網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1上層信息管理網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖
該網(wǎng)絡(luò)的通訊協(xié)議是采用第二層數(shù)據(jù)鏈(Data Link)，也就現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線數(shù)據(jù)鏈FDL(Field Bus Data Link)。在該層次網(wǎng)絡(luò)上，由于工控機(jī)上運(yùn)行的的WinCC組態(tài)軟件采取主動(dòng)方式，需分別與其它站點(diǎn)通訊，所以WinCC組態(tài)軟件與其它站點(diǎn)通過(guò)各自的邏輯接口點(diǎn)（SAP）建立相互的通訊鏈路層。上層信息管理網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)是通過(guò)COM5431軟件配置的。

底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)
在主PLC(E21)的框架上共插有兩塊通訊網(wǎng)卡，一塊為CP5431，連接到上層信息管理網(wǎng)絡(luò)，使主PLC(E21)構(gòu)成為上層信息管理網(wǎng)絡(luò)一部分；而另一塊為CP5430，連接到底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)，又使主PLC(E21)構(gòu)成為底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)一部分。所以主PLC(E21)起到了連接上層和底層網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)作用。底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)主要作用是控制整個(gè)油漆車間的各個(gè)汽車涂裝工藝流程的具體過(guò)程和各個(gè)輸送鏈的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，其途徑就通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線 Profibus網(wǎng)絡(luò)，使油漆工藝控制系統(tǒng)的6臺(tái)PLC和輸送控制系的3臺(tái)PLC，按照上層信息管理網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的控制指令，各自控制相應(yīng)設(shè)備動(dòng)作。同時(shí)，每臺(tái)PLC一方面通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把自己的狀態(tài)信息發(fā)送到相關(guān)的PLC上，一方面通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接受到其它PLC的狀態(tài)信息，以決定下一步動(dòng)作。這樣由9臺(tái)PLC控制的各種設(shè)備動(dòng)作可以做到相互配合、相互聯(lián)系和相互諧調(diào)，保證整個(gè)油漆車間能夠連續(xù)正常生產(chǎn)。底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖詳見(jiàn)圖2。

圖2底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖
該網(wǎng)絡(luò)的通訊協(xié)議是并行采用兩種，一種仍為現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線數(shù)據(jù)鏈FDL方式，另一種為現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線全局?jǐn)?shù)據(jù) (Globe Data)。
a)其它站點(diǎn)與主PLC(E21)的通訊，采用的是FDL方式。為此，主PLC(E21)分別與其它站點(diǎn)建立鏈路層。
b)底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)中PLC之間的數(shù)據(jù)通訊，采用全局?jǐn)?shù)據(jù)方式，既PLC之間交換數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)所定義的全局?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作來(lái)完成。全局?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)置是通過(guò)COM5431軟件。

三.系統(tǒng)的信息處理
在中控室里的工控機(jī)上運(yùn)行著西門(mén)子公司的工業(yè)組態(tài)軟件-WinCC。她主要任務(wù)是進(jìn)行油漆車間中控室中央控制系統(tǒng)的信息處理工作。它要實(shí)時(shí)采集全車間各個(gè)工藝設(shè)備的狀態(tài)信息，按照汽車涂裝生產(chǎn)工藝要求，實(shí)時(shí)地對(duì)狀態(tài)信息進(jìn)行分析、歸納和綜合，根據(jù)需要及時(shí)地對(duì)相應(yīng)工藝設(shè)備發(fā)出控制指令，以控制和調(diào)整相應(yīng)工藝設(shè)備的工作狀態(tài)。在這里WinCC工業(yè)組態(tài)軟件經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)的信息處理，可以有序地、安全地、可靠地和合理地控制著油漆車間汽車涂裝生產(chǎn)的全過(guò)程。所以，WinCC工業(yè)組態(tài)軟件是中控室中央控制系統(tǒng)的核心部分。

系統(tǒng)通過(guò)WinCC的信息處理，以圖文并茂的人機(jī)界面形式，顯示系統(tǒng)對(duì)各個(gè)工藝設(shè)備的控制過(guò)程，顯示各個(gè)工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和各種生產(chǎn)、工藝信息，以及人為參與控制、調(diào)整有關(guān)生產(chǎn)和工藝參數(shù)的操作內(nèi)容。其主要內(nèi)容可大致分為以下幾個(gè)方面：

汽車涂裝生產(chǎn)工藝過(guò)程監(jiān)控
根據(jù)汽車涂裝生產(chǎn)工藝過(guò)程特點(diǎn)和工藝設(shè)備在車間的實(shí)際布局，比較形象地設(shè)計(jì)了一幅油漆工藝控制系統(tǒng)的主圖(詳見(jiàn)圖3 )及每個(gè)工藝過(guò)程的子圖（參見(jiàn)圖4），其監(jiān)控主要內(nèi)容和對(duì)象按工藝過(guò)程被分類為如下：

圖3油漆系統(tǒng)主畫(huà)面

圖4面漆烘房系統(tǒng)
a)預(yù)處理系統(tǒng)和電泳系統(tǒng)
(1)各種浸槽、水槽和備用槽的溫度高低和液位高低；
(2)噴淋泵、輸入泵、<