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摘 要: 本文介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的自動(dòng)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)述了分布式I/0在控制系統(tǒng)中的發(fā)揮的作用，并利用PB-B-RS232485總線橋模塊完成串口協(xié)議與PROFIBUS協(xié)議的轉(zhuǎn)換完成掃碼以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置和硬件組成。
關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線 分布式I/O profibus-dp網(wǎng)絡(luò)，RS232/485總線橋
1．項(xiàng)目簡(jiǎn)介
EA111發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線是北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所和德國(guó)CPT公司合作設(shè)計(jì)、制作、安裝、調(diào)試的一條發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線（發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線局部圖見(jiàn)圖1、圖2、圖3），這條發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線技術(shù)先進(jìn)、自動(dòng)化程度高，柔性大，混裝當(dāng)前市場(chǎng)最為先進(jìn)的1.4TSI、1.6MPI發(fā)動(dòng)機(jī)，裝配工藝達(dá)到世界先進(jìn)水平。我們承接該項(xiàng)目后，在充分了解設(shè)備工藝的控制過(guò)程，廠方的習(xí)慣及特殊要求后，精心設(shè)計(jì)了包括S7-300，TP/OP系列觸摸屏及ET200分布式I/O等組成的控制系統(tǒng)。經(jīng)安裝調(diào)試，該裝配線已正常運(yùn)行1年多，并為用戶(hù)創(chuàng)造了重大效益。
2．系統(tǒng)構(gòu)成
線體的控制系統(tǒng)以可編程邏輯控制器PLC為核心，該項(xiàng)目中選用西門(mén)子319-3PN/DP為主控PLC。主控PLC通過(guò)Profibus-dp通訊方式與西門(mén)子分布式I/O ET200PRO來(lái)完成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，工位控制，轉(zhuǎn)臺(tái)（或升降臺(tái)）的控制。通過(guò)以太網(wǎng)通訊與服務(wù)器完成數(shù)據(jù)傳輸。線體驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電由線體母排直接接入主控柜中，由主控PLC通過(guò)ET200PRO子站及中間繼電器控制各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)接觸器的通斷。工位控制的I/O信號(hào)（包括氣動(dòng)停止器的電磁閥驅(qū)動(dòng)輸出，工位托盤(pán)的占位信號(hào)，操作臺(tái)的放行按鈕信號(hào)和強(qiáng)制放行按鈕信號(hào)）均通過(guò)ET200PRO子站完成控制。當(dāng)在每個(gè)工位積放的托盤(pán)數(shù)量有限制時(shí)（通常出于避免停止器過(guò)載的考慮），設(shè)滿(mǎn)料信號(hào)。必要時(shí)可能還會(huì)包括停止器的位置信號(hào)和托盤(pán)到位信號(hào)。這些信號(hào)就近接入至分布在線體的遠(yuǎn)程I/O站，每個(gè)遠(yuǎn)程I/O站通過(guò)Profibus總線與主站，即主控PLC相連。采用ET200PRO作為子站時(shí)，不建議設(shè)置過(guò)多的分站，否則增加成本且不便于安裝和維修維護(hù)，一般6至8米設(shè)立一個(gè)站即可。(,系統(tǒng)硬件配置圖見(jiàn) 圖4)
3．控制系統(tǒng)形式的確定
汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線是一個(gè)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)順序裝配的流水線工藝過(guò)程，由于工藝的繁瑣性，裝配線在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中較為關(guān)鍵。對(duì)于控制系統(tǒng)而言，一條發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線上往往配置有幾十到上百個(gè)工位，每個(gè)工位都有停止器、傳感器、開(kāi)關(guān)、指示燈及可能的數(shù)據(jù)信號(hào)（如RS232串行通信信號(hào)、A/D模擬量信號(hào)等）需要控制，,在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中都是由主控PLC拉出電纜線,安裝接插板(如賓德、圖爾克)實(shí)現(xiàn)對(duì)上述要求的控制，這樣作的弊端在于一方面對(duì)主控PLC的依賴(lài)性太強(qiáng)，另一方面系統(tǒng)信號(hào)電纜過(guò)多，造成維護(hù)困難，可能的故障點(diǎn)增加，可靠性降低，資源浪費(fèi)。而采用分布式I/ O 系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接,采用PROFIBUS - DP 現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議通信。可以方便的實(shí)現(xiàn)就近配線、就近控制、就近診斷，從而使得系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性大大提高，特別是在需要的地方采用可編程分布式I/ O 耦合器，一些簡(jiǎn)單的邏輯控制和數(shù)據(jù)處理可就地解決，從而大大降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，降低主控PLC的負(fù)擔(dān)，使整個(gè)系統(tǒng)控制更加簡(jiǎn)潔有效。但隨之而來(lái)的問(wèn)題是協(xié)議的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，為適應(yīng)市場(chǎng)的需要，現(xiàn)在的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線大多數(shù)均為為柔性裝配線，因而需要有相應(yīng)的信息識(shí)別系統(tǒng)，例如掃描槍、隨機(jī)信息載體等以便發(fā)動(dòng)機(jī)裝配完成后對(duì)所有零部件裝配信息的追溯，因此我們采用國(guó)際上比較先進(jìn)的在發(fā)動(dòng)機(jī)托盤(pán)上安裝無(wú)線射頻記錄標(biāo)簽的方式來(lái)記錄所有的信息，這樣就需要將各種零件的信息通過(guò)PLC寫(xiě)入到無(wú)線射頻標(biāo)簽中，發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件通常具有燒蝕的2維矩陣碼，這樣我們可以通過(guò)使用掃描槍掃描2維矩陣碼的方式來(lái)獲得零部件的信息，然后通過(guò)鼎實(shí)公司的PB-B-RS232485總線橋模塊完成串口協(xié)議與PROFIBUS協(xié)議的轉(zhuǎn)換。
本項(xiàng)目配置有西門(mén)子MOBY－I信息識(shí)別系統(tǒng)，該信息識(shí)別系統(tǒng)防護(hù)等級(jí)為IP65，選擇ET200PRO分布式I/O作為線體遠(yuǎn)程I/O站。ET200PRO分布式I/O子站由輸入模塊、輸出模塊搭接而成，可根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行擴(kuò)展。ET200PRO安裝方便，配置簡(jiǎn)單，只需要在基本模塊上接入電源及網(wǎng)線即可，在現(xiàn)場(chǎng)中可直接掛接在西門(mén)子520MM的安裝板上，通過(guò)Profibus與主站CPU進(jìn)行通訊（現(xiàn)場(chǎng)I/O子站照片見(jiàn)圖5）。同時(shí)西門(mén)子MOBY-I系統(tǒng)的RF170C系列也可直接掛接在ET200PRO后面，這樣，既完成了系統(tǒng)信息處理，也完成了I/O點(diǎn)的訪問(wèn)。
在項(xiàng)目中所有零部件的掃碼結(jié)果均由PB-B-RS232485總線橋模塊將串口協(xié)議轉(zhuǎn)換成PROFIBUS協(xié)議，并由PLC通過(guò)PROFIBUS總線與PB-B-RS232485總線橋連接，讀取掃描結(jié)果，這樣做的好處在于模塊的安裝方便，不受PLC電控柜的限制，縮短了串口電纜線的距離，降低了故障率。以往掃描槍的信息與PLC的信息交換總是很繁瑣的一件事情，一般都需要將串口線連接到PLC電控柜內(nèi)，然后通過(guò)西門(mén)子的RS232串口模塊讀取掃描槍中的信息，但是由于發(fā)動(dòng)機(jī)零部件復(fù)雜繁多，需要掃描的部件也紛繁多樣，這樣就造成往往掃碼工位遍布整條發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線，有些工位距離主控PLC電控柜很遠(yuǎn)，但是串口電纜線距離太遠(yuǎn)傳輸穩(wěn)定性不高，這就使工程師想到了通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的方式完成數(shù)據(jù)傳輸，PB-B-RS232485總線橋連接簡(jiǎn)單方便，接入24V電源，DP電纜線以及掃描槍電纜線即可(如圖6、圖7)。PB-B-RS232485總線橋并不需要像西門(mén)子RS232 串口模塊那樣安裝驅(qū)動(dòng)程序，配置完硬件后，調(diào)用FB2讀取串口數(shù)據(jù)，FB3寫(xiě)入串口數(shù)據(jù)，只需要在硬件配置完后設(shè)置接受字節(jié)數(shù)，并將控制字第6位置1即可完成連續(xù)接受，配置簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。
4結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的研究與應(yīng)用, 有效拓展了PLC 的應(yīng)用空間,基于PROFIBUS的分布式IO系統(tǒng)以及協(xié)議轉(zhuǎn)換的控制理念具有一定的代表性。本控制系統(tǒng)現(xiàn)已在用戶(hù)進(jìn)行安裝調(diào)試后正常運(yùn)行1年左右，實(shí)踐表明， 該系統(tǒng)的這種控制思想是實(shí)用的、可靠的，運(yùn)行平穩(wěn), 故障率極低, 網(wǎng)絡(luò)通訊順暢；PB-B-RS232485總線橋配置的靈活性、高效的傳輸特性、軟硬件的穩(wěn)定性以及基于PROFIBUS 通信協(xié)議的特點(diǎn)必定使其具有廣闊的應(yīng)用前景。
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