西门子产品在空腔灌蜡动力传输线中的应用
西门子产品在空腔灌蜡动力传输线中的应用
Siemens Prodution Application on waxing power rail Transmission line
王敬怡
(自动化有限公司， 长春)
中文摘要：由S7400PLC做主站通过PROFIBUS-DP总线技术实现与各个吊具的时时通讯并与OP270人机界面相连，获取其它系统的交换信号后完成控制吊具的正确行走。
中文关键词：S7400PLC，PROFIBUS-DP，OP270
Abstract: This paper introduces that S7400PLC as master though PROFIBUS-DP technology communicate with hangers and connect with OP270 HMI, after get right exchange signal coming from other system to control hangers running correctly.
Key Words: S7400PLC，PROFIBUS-DP，OP270
项目简介
长春一汽-大众轿车二厂于2004年12月7日正式建成投产。经过不断发展，一汽-大众现已形成日产2000辆整车的生产能力，同时实现部分整车、总成及零部件的出口。但为了扩大市场份额，增强市场竞争力，不断创新车型是必不可少的，因此针对由一汽自主研发的A级车型ModelX，一汽二厂涂装车间增加了一条新的灌蜡生产线。奔腾瑞马自动化有限公司是专门从事自动化设备的安装、改造、设计、及调试的公司，继承接了原有灌蜡生产线各系统的软件设计调试后又继续承担了ModelX车型灌蜡的改造项目，因原来灌蜡传输系统分为5个区域，因ModelX车型新增加了第6个区域，本文则着重新增的第6区域并结合原有传输系统对吊具承载车身行走的生产流程进行描述。
灌蜡传输系统主要是由升降机，动力轨道和吊具构成。整体生产流程大体参考图1描述：
在1区“接收站”由升降机从0米加载车身转交给6米悬挂在动力轨道上的吊具接载，然后吊具承载车身在动力轨道上行走，当读写站读取的车型为ModelX时，经过道岔转换为直行后进入新增的6区，行至ModelX车型的预热炉入口等待卷帘门打开，再由吊具承载车身驶入预热炉并停止在1号位置。车身按生产节拍经过预热炉的三个位置。预热结束之后车身被送入灌蜡间4，当灌蜡所需的所有条件满足之后传送系统由升降机释放吊具下降到灌蜡池中。灌蜡完毕汽缸返回原始位置后，灌蜡机构给出释放信号，升降机将承载车身的吊具释放回传输系统，吊具继续承载车身经过倾斜站沥蜡，再经过一段等待时间出口门打开，然后等待BT33处道岔转换为直行，吊具行驶进原有传输系统的3区，吊具可根据生产要求经道岔转换行驶至3区“检查区”进行灌蜡质量检测，或到5区“修理区”维修，或直接沿着动力轨道行至4区移交站，车身至出口升降机被下方回0米移交到立体库储存。至此从接车-灌蜡-交车整个传输结束。
整个传输系统选取西门子s7400 CPU414-3DP 6ES7 414-3XJ04-0AB0 1个(带有两个profibus主控借口)，
电源模块 6ES7 407-0KA01-0AA0
网络通讯模块 6GK7 443-1EX11-0XE0 1个（用于与车间其它系统连接构成内部局域网）
DP/DP Coupler 6ES7 158-0AD00-0XA0 6个（用于与灌蜡线其他系统交换信号），
OP270人机界面 6AV6 54x-0AD10-0AX0（用于方便快捷的控制吊具运行）
DI数字扩展模块 6ES7 131-4BD00-0AA0 多个
DO数字扩展模块 6ES7 132-4BD00-0AA0 多个
EMS驱动器26套（内含IM151-7CPU 6ES7 7AA10-0AB0 1个，电源模块6ES7 138-4CA00-0AA0，DI数字扩展模块6ES7 131-4BD00-0AA0 3个，DO数字扩展模块6ES7 132-4BD00-0AA0 1个，串行通信模块6ES7 138-4DF00-0AB0 2个）安装于吊具上与主站PLC通讯
Power rail booster 6个
控制系统构成
PROFIBUS-DP的组态方便，并可将孤立的单元设备带进了信息化网络中, 便于扩展和信息集成，设备故障可通过总线报告，故障定位方便。维护简单，为今后系统扩展和企业综合自动化的实现可打下良好的基础。固本系统确定以高速数据传输的PROFIBUS-DP组网。吊具是传输系统中重要的组成部分，每个吊具相当于一从站，通过VAHLE动力轨道的PROFIBUS信号接受主站PLC命令并通过读写头反馈给主PLC精确位置数据进行行走，停止。EMS驱动器安装于吊具上，因它内部安有IM151CUP及IR-远程控制赋值的串行通讯模块，便于读写头将读取数据反馈给主PLC处理，使吊具受控于主PLC成为可能。而整个传输系统的分区多外围I/O点多，选用了西门子400的CPU并配以ET200S的扩展I/O模块，400CPU强大的故障诊断能 力，为日后设备维护带来极大的便利，而ET200S模块化组件的使用，安装拆卸简单，也使电柜内布线、设计更为简便，加快了控制系统设计、生产周期。因传输系统需要发送/接收其他系统释放信号，而DP-DP?coupler可实现两条DP总线的互联，常用于两条总线间主站之间的数据通讯，，所以选用了西门子DP/DP Coupler。
为方便快捷查看/控制吊具运行情况及路线，选择了西门子人机界面OP270，它的选择是考虑同为西门子产品组网通讯方便可靠，且操作控制画面并不复杂，足以满足系统需要。而工厂现场环境复杂，干扰较大，为了保证PROFIBUS信号的正确传输选用了动力轨道放大器power rail booster（PB）来确保通讯无误实现自动化控制的快速精确附加系统的硬件配置图，网络结构图，应用中的监视画面。
而图2，图3直观的显示整个系统如何组建DP网络及控制链的建立。
控制系统完成的功能
系统可通过自动，手动，及吊具控制器三种方式对吊具进行操控，此次改造项目中因原有传输系统的码条编码已经用到了最大值，所以新增的6区码条的码值同原系统重复，为了可以仍通过读写头读取码条码值区分新旧线正确行走，所以在硬件安装上在每个吊具上增加了一接近开关，在新线6区动力轨道上方铺设了识别挡板，在吊具EMS驱动器内IM151CPU的程序中通过一FB功能块判断处理，如果接受到接近开关的信号定义为在新线6区行走（虽然读写头读取的码值与老系统的码值相同但在程序里已根据接近开关信号将程序里的码值增大与原系统的码值区分开），如果没有新增接近开关的信号表明在吊具处于原系统中，并将状态反馈给主PLC同时可以在OP270上查看。
与其他系统的交换信号也是输出系统中不可缺少的一部份，如在预热炉门前，如果传输系统没有得到热风系统温度到达信号，传输系统不会打开卷帘门，吊具则停在炉外等候。传输暂停。同样在灌蜡间内，如果传输系统得不到灌蜡机构反馈的灌蜡条件满足信号，不会释放升降机下降，传输暂停，而灌蜡机构得不到传输系统的车身到位信号，也不会启动气缸进行灌蜡。若再灌蜡结束后传输系统得不到灌蜡机构系统的灌蜡结束信号也不会提升升降机进入下一工作位，传输暂停。所以如果不能正确获取系统间的交换信号传输系统无法正常运行。通过DP组网传输系统可以经DP/DPcoupler获取/发送交换信号成功的实现生产线的稳定运行。
可以通过OP270人机界面设定吊具状态写入PLC程序中，由程序来选则吊具是否接车，是否进入维修区，是否进行灌蜡质量检测，程序中需要对吊具位置，状态，承载的车型记忆，并根据车型转换道岔进入正确的灌蜡间灌蜡及吊具设定的状态执行正确传输，行驶到正确的区域。
本系统的难点是在正确得到其它系统的交换信号的同时需保证各吊具行走稳定，每个吊具都需停止在正确的停止位，不能过位，或不到位，并保证与前后吊具间的距离防止撞车发生，所以确定停止位前后误差值很重要，在400主程序中每个停止位所在的FB功能块里做比较判断，定义允许误差范围。
改造项目中新增加了5套吊具，因此在程序中需对原系统程序的某些FB块内吊具数的最大值进行更改，完成程序更改后新加吊具才被识别，通过OP270设定目标位置等在系统中运行，但在新加吊具运行调试过程中遇到了吊具可以通过OP270设定目标位置及车型在传输系统上运行，但是到道岔处，道岔不会自动切换，吊具不能运行到正确目标位置，检查程序内新车型数据，目标位置数据都存在，后来用软件的在线比较功能核对手中程序与在线程序的区别发现，在主程序程序中FC140吊具位置功能块中在线程序中吊具数的最大值仍为原来没有加新吊具的数值，与手中更改过的程序不符，所以吊具到道岔处不被识别，道岔无法自动切换。立即修改在线程序吊具属的最大值后，新吊具可以更具车型及目标位置在道岔处实现路线的转换，运行到正确目标位置。调试过程中还多次用到在线比较，变量监控表，环境调用等快捷方便的功能大大减少了问题查找的时间，加快了调试的进度，保证了调试如期完成。
项目运行
因沿用原系统已成熟的软件技术和生产流程，使操作者可以快速熟悉操作，传输系统新增的6区于2008年2月份试运行开始至今一直运行稳定，实现了精确传输新增车型进行灌蜡的目的，并得到了客户的一致认可。
应用体会
通过参与此次改造项目，完成整个传输系统的分流，整合，及与其它系统间的信号交换，对西门子产品及技术有了新的认识。
了解了西门子PROFIBUS-DP的应用，DP/DP Coupler的使用场合，对联网控制方便快捷有了更深的体会。
体验了西门子编程软件强大的多种功能，如简单易懂的变量监控表，方便快捷的程序在线比较等。对西门子 结构化编程也有了深刻理解 ，并适应了西门子编程环境，可以熟练使用西门子编程软件SIMATIC Manager及ProTool。
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