| 榮獲“2006年度工控及自動化領域優秀案例”有獎評選 一等獎 |
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| | 專家點評： |
| | 本應用案例為西門子工業自動化技術在汽車油漆車間深裝過程監控系統中的應用。論文敘述了該項目的背景、要求、設計思想、系統構式、系統框圖、功能說明等，并對結果進行分析。該項目實用性強，在國內處于先進水平，且具定的創新性。
該項目敘述清楚全面。語言流暢、層次清晰。結構較嚴謹。
點評人：黃文明 |
摘要：汽車油漆車間中央控制系統，擔負著監控車間所有涂裝工藝設備系統和輸送設備系統的任務。它監控涂裝過程中的重要生產工藝參數和生產設備的運行，以滿足工藝質量和保證正常生產節拍的要求。本文采用了西門子公司的PLC技術、Profibus現場工業總線技術和WinCC工業組態軟件SCADA技術，來構建該中央控制系統。本文將從系統概述及分析、系統網絡構成、系統信息處理、系統中幾個特殊問題處理等四方面詳細論述該系統。本項目在2001年由我們承建，在2002年初投入運行。經過半年多的運行，實踐證明，該系統達到原設計功能，安全可靠，能確保設備連續、可靠運行，滿足高效、有序地組織大批量生產的要求。
關鍵字：中央控制系統 PLC技術現場工業總線 SCADA技術
一.系統概述及分析 上海大眾汽車二廠油漆車間年產量為180,000臺，日產量為 600臺，生產節拍為 1.5分/臺，車間輸送鏈長度是 8029米，生產面積是 23,549平方米。
中央控制系統的組成
油漆車間中控室中央控制系統的控制對象，主要由兩大部分組成：油漆工藝控制系統和輸送控制系統。中央控制系統主要負責監控這兩個系統的運行狀態，協調這兩個系統內各設備動作和這兩個系統的之間各設備動作。油漆工藝和輸送系統時刻要按照中央控制系統發出的指令所指示的工作方式運動，同時中央控制系統要時刻監視油漆工藝和輸送系統的當前運動狀態，按照預期制定的目標及時地進行調整和控制，以達到在中央控制系統的控制作用下，使油漆車間生產汽車涂裝產品質量得到充分保證，使生產按照預定的生產節拍進行，使整個車間維持一種正常的生產運行。
a)油漆工藝控制系統
油漆工藝控制系統主要是圍繞汽車涂裝生產中各部分工藝過程，對其設備按照相應工藝要求進行控制和檢測。油漆工藝車間汽車涂裝工藝過程主要有預處理、電泳、密封、底漆和面漆等。油漆工藝控制系統要根據每一項工藝過程的具體工藝要求，通過控制裝置PLC控制相應工藝設備和環境設備，例如：預處理和電泳工藝過程中的各種浸槽和噴淋設備，密封、底漆和面漆工藝過程中的噴膠或噴漆房設備和烘房設備，及各個工藝過程中控制溫度、濕度、壓力和風速的環境設備。油漆工藝控制系統主要目的是使各個工藝設備和環境設備按照工藝要求正常運行，以保證汽車涂裝質量。
b)輸送控制系統
輸送控制系統主要控制油漆車間的輸送鏈和升降運輸系統。它貫穿著油漆車間的汽車涂裝生產的全過程，即在輸送鏈和升降機的輸送作用下，使轎車白車身以一定的節拍，按照涂裝工藝順序，依次通過汽車涂裝各個工藝設備和環境設備，完成相應涂裝加工工藝。輸送控制系統要通過控制裝置PLC，控制分布在整個油漆車間的各段輸送鏈和升降機運行。輸送控制系統一方面要完成轎車白車輸送、轉掛和儲存任務，另一方面還要按汽車涂裝各部分工藝要求，對輸送的車身還必須要在程序的控制下，實現升降、變節距、變速、擺動和傾斜等動作，從而保證油漆車間連續自動化生產。
系統控制裝置PLC的分布全車間的油漆工藝和輸送設備是由9臺西門子公司 PLC控制的。在油漆工藝控制方面，按照工藝過程各PLC的具體的控制分工為：
在輸送控制方面，按照區域劃分，各PLC的具體的控制分工為：
中央控制系統的作用
油漆車間中控室中央控制系統通過工業計算機網絡技術-現場工業總線 Profibus，把控制油漆工藝控制系統和輸送控制系統的9臺西門子公司 PLC連接起來，把原來車間里分散的單元控制，變成相互有機聯系的統一的整體控制系統。同時，系統利用計算機控制和信息處理技術，實現系統對油漆車間的生產管理、工藝過程和設備運行的自動控制和監視，使油漆車間的汽車涂裝生產始終處于正常狀態。
二.系統網絡的構成 由于中控室中央控制系統面對整個油漆生產車間，控制著各種生產設備的運行，它必須要做到實時采集全車間各個生產環節的信息，同時對其發出的控制指令要準確無誤地送到全車間各個生產環節的設備上，并能監測執行情況。為了保障這些控制信息和檢測信息暢通和準確的傳遞，中控室中央控制系統按照其功能構成了二個層次的網絡。
上層信息管理網絡
以中控室的工控機為主，還包括主PLC（E21），Duerr的PLC和信息交換中心S5-155U，共同構成上層信息管理網絡，也是中控室中央控制系統對油漆車間的中心信息管理部分。這里主PLC（E21）同時還連接著油漆工藝控制系統和輸送控制系統的PLC，所以主PLC（E21）起著上層信息管理網絡和底層設備控制網絡之間傳遞信息的作用。上層信息管理網絡的硬件構成是建立在西門子公司的現場工業總線 Profibus網絡基礎上的，在每個網絡站點分別插入 Profibus網卡：工控機上插入CP5613網卡，其他PLC上插入CP5431網卡。上層信息管理網絡的結構圖如圖1。
圖1上層信息管理網絡的結構圖 該網絡的通訊協議是采用第二層數據鏈(Data Link)，也就現場工業總線數據鏈FDL(Field Bus Data Link)。在該層次網絡上，由于工控機上運行的的WinCC組態軟件采取主動方式，需分別與其它站點通訊，所以WinCC組態軟件與其它站點通過各自的邏輯接口點（SAP）建立相互的通訊鏈路層。上層信息管理網絡的網絡參數是通過COM5431軟件配置的。
底層設備控制網絡
在主PLC(E21)的框架上共插有兩塊通訊網卡，一塊為CP5431，連接到上層信息管理網絡，使主PLC(E21)構成為上層信息管理網絡一部分；而另一塊為CP5430，連接到底層設備控制網絡，又使主PLC(E21)構成為底層設備控制網絡一部分。所以主PLC(E21)起到了連接上層和底層網絡的網關作用。底層設備控制網絡主要作用是控制整個油漆車間的各個汽車涂裝工藝流程的具體過程和各個輸送鏈的相應運動，其途徑就通過現場工業總線 Profibus網絡，使油漆工藝控制系統的6臺PLC和輸送控制系的3臺PLC，按照上層信息管理網絡發出的控制指令，各自控制相應設備動作。同時，每臺PLC一方面通過網絡把自己的狀態信息發送到相關的PLC上，一方面通過網絡接受到其它PLC的狀態信息，以決定下一步動作。這樣由9臺PLC控制的各種設備動作可以做到相互配合、相互聯系和相互諧調，保證整個油漆車間能夠連續正常生產。底層設備控制網絡的結構圖詳見圖2。
圖2底層設備控制網絡的結構圖 該網絡的通訊協議是并行采用兩種，一種仍為現場工業總線數據鏈FDL方式，另一種為現場工業總線全局數據 (Globe Data)。
a)其它站點與主PLC(E21)的通訊，采用的是FDL方式。為此，主PLC(E21)分別與其它站點建立鏈路層。
b)底層設備控制網絡中PLC之間的數據通訊，采用全局數據方式，既PLC之間交換數據通過對所定義的全局數據進行讀寫操作來完成。全局數據設置是通過COM5431軟件。
三.系統的信息處理 在中控室里的工控機上運行著西門子公司的工業組態軟件-WinCC。她主要任務是進行油漆車間中控室中央控制系統的信息處理工作。它要實時采集全車間各個工藝設備的狀態信息，按照汽車涂裝生產工藝要求，實時地對狀態信息進行分析、歸納和綜合，根據需要及時地對相應工藝設備發出控制指令，以控制和調整相應工藝設備的工作狀態。在這里WinCC工業組態軟件經過對系統的信息處理，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的全過程。所以，WinCC工業組態軟件是中控室中央控制系統的核心部分。
系統通過WinCC的信息處理，以圖文并茂的人機界面形式，顯示系統對各個工藝設備的控制過程，顯示各個工藝設備的運行狀態和各種生產、工藝信息，以及人為參與控制、調整有關生產和工藝參數的操作內容。其主要內容可大致分為以下幾個方面：
汽車涂裝生產工藝過程監控
根據汽車涂裝生產工藝過程特點和工藝設備在車間的實際布局，比較形象地設計了一幅油漆工藝控制系統的主圖(詳見圖3 )及每個工藝過程的子圖（參見圖4），其監控主要內容和對象按工藝過程被分類為如下：
圖3油漆系統主畫面
圖4面漆烘房系統 a)預處理系統和電泳系統
(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、<
