工業(yè)以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線技術(shù)在汽車加工業(yè)中的發(fā)展與應(yīng)用

前言

2004年10月，國家頒布了《缺陷汽車產(chǎn)品召回管理規(guī)定》，汽車產(chǎn)品鏈特點是涉及到的環(huán)節(jié)多、工序長。以發(fā)動機缸蓋為例，從毛坯的上線到成品下線，中間工序20多個，涉及設(shè)備上百臺，一道工序出問題，可能會造成某批零件存在召回的風(fēng)險。為減少損失，必須盡可能精確追溯所有零件，減少召回的汽車數(shù)量。隨著國家法律法規(guī)的完善，召回也會越來越嚴(yán)格，因此，自動監(jiān)控可追溯系統(tǒng)將是汽車加工發(fā)展的趨勢。

神龍公司襄樊工廠16氣閥缸蓋線是采用高速加工中心、自動上下料機械手、部分機器人組成的生產(chǎn)線，采用Profibus總線、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，使全線設(shè)備狀態(tài)、零件自動監(jiān)控，實現(xiàn)零件的可追溯。

1.Profibus簡介及工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展

Profibus 是德國90年代初制定的國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，代號為DIN19245。1996 年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，1999年底成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的組成部分，已被全世界接受。2001年11月，成為第一個進入中國的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，在全世界得到廣泛運用。

Profibus根據(jù)其應(yīng)用特點可分為Profibus-DP、PROFIBUS-FMS、Profibus-PA三個兼容版本。Profibus DP是一種工作于12MB的RS—485 I/O網(wǎng)絡(luò)，是一種主—從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最多有126個節(jié)點和244字節(jié)消息，傳輸速率快。

新缸蓋線采用Profibus-DP技術(shù)，通過Profibus-DP 模塊取代價格昂貴的 24V 或 0～20mA 并行信號線。在使用過程中，其系統(tǒng)的開放性、互可操作性與互用性、現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性和對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性等優(yōu)點得到充分體現(xiàn)，節(jié)省了硬件數(shù)量與投資、安裝及設(shè)備維護費用，也提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。

眾所周知，以太網(wǎng)是一種可靠的通信標(biāo)準(zhǔn)，它主要用于商業(yè)上的數(shù)據(jù)處理，各類機構(gòu)、銀行和工業(yè)部門之間廣泛的數(shù)據(jù)文件交換，包括國內(nèi)的和國際的，這也是以太網(wǎng)廣為應(yīng)用的緣故。轉(zhuǎn)入工業(yè)自動化之后，其應(yīng)用主要是解決管理層、生產(chǎn)指揮層和控制層的任務(wù)。發(fā)展到今天是用以太網(wǎng)將企業(yè)中心和自動化島嶼連接在一起，而真正的自動化任務(wù)是下級的現(xiàn)場總線來解決的。因此，處理好工業(yè)以太網(wǎng)與下級PLC、NC、工業(yè)智能儀表之間的接口，是實現(xiàn)無人職守工廠及零件可追溯系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，也是自動化、信息化工廠的發(fā)展趨勢。

2.現(xiàn)場總線配置

為構(gòu)架設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，我們首先利用Profibus-DP總線將部分設(shè)備連接起來，組成自動化島嶼，自動化島嶼各設(shè)備之間遵循傳統(tǒng)的PLC、NC等信息交換及設(shè)備控制，然后通過特定的通訊模塊連接工業(yè)以太網(wǎng)HUB，將自動化島嶼掛靠在以太網(wǎng)上，組建車間內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，采集到的信號交工業(yè)PC機處理，最后利用特殊的計算機人機界面軟件實現(xiàn)設(shè)備與人的信息交換。

首先介紹通過Profibus-DP架設(shè)自動化島，以O(shè)P75、OP80為例，Profibus-DP將三臺設(shè)備聯(lián)起來，設(shè)定為一主多從的模式，如圖1。

圖1 自動化島嶼示意圖

從圖1可以看出，PROFIBUS總線將OP75、OP80操作面板、ET200X聯(lián)系起來，通過Simens編程及參數(shù)配置完成數(shù)據(jù)的通訊，形成一個相對獨立的自動化島嶼。CPU與CPU之間的聯(lián)系是通過CP342-5通訊接口區(qū)來實現(xiàn)的，我們可以通過配置PROFIBUS DP主從站，連接上以后主CPU調(diào)用程序SFC14、SFC15對數(shù)據(jù)包進行處理，從站在程序塊OB1中調(diào)用FC1、FC2建立通訊區(qū)，即可完成參數(shù)規(guī)定的數(shù)據(jù)進行發(fā)送、接收，完成自動化島嶼內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換。

3.ID卡的應(yīng)用實現(xiàn)零件可追溯

由于新缸蓋零件的加工綁定在托盤上的，是為實現(xiàn)零件加工的可追溯，以及托盤X、Y、Z方向的自動補償，我們在每一個托盤上加裝了8K的ID卡，實時記錄了每一個托盤及零件的狀態(tài)，為便于設(shè)備讀寫ID卡數(shù)據(jù)，我們對ID存儲區(qū)地址做了詳細規(guī)定，見表1。

表1ID存儲區(qū)規(guī)定

每一道工序都有它的專屬區(qū)域，例如：M100-124為OP10，M125-M149為OP15，M125-M149為OP20，M125-M149為OP30，等等。當(dāng)下道工序入口處ID讀寫器讀出ID卡內(nèi)容時，在程序中編寫有自動校驗功能，如果上道工序沒有寫入完成信號，機床自動將零件排出，防止漏工序加工，同時報警提示操作人員。如果ID卡中標(biāo)志為NG，機床也不加工而自動排出，做到防差錯的功能。