Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用

整個總裝車間的輸入/輸出信息形式多樣（包括圖像、圖形、文字、語音、數(shù)字等多媒體形式），信息量大，對系統(tǒng)功能要求高?？刂票O(jiān)視任務(wù)不僅僅限于單機(jī)的檢測和控制問題，而且還實(shí)現(xiàn)了對整個車間的監(jiān)控、故障診斷、物流優(yōu)化、生產(chǎn)預(yù)報(bào)和調(diào)度。以PLC和計(jì)算機(jī)為核心的信息處理機(jī)制完成對綜合信息的管理、生產(chǎn)過程的計(jì)劃、調(diào)度、監(jiān)視與自動化控制，系統(tǒng)具有以下三個主要方面的功能：

1、現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、動態(tài)追蹤、工藝控制等前臺生產(chǎn)現(xiàn)場檢測與控制；

2、車型數(shù)據(jù)、設(shè)備故障信息、安裝工位管理等后臺信息管理；

3、車間運(yùn)行監(jiān)控與計(jì)劃調(diào)度指揮，內(nèi)部電話監(jiān)控、LED等多媒體系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)以上功能的集成，總裝車間廣泛采用了多媒體技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、高速以太網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、通信技術(shù)及視頻圖像監(jiān)控技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，可以定義為集成現(xiàn)場工業(yè)總線的高速以太網(wǎng)多媒體計(jì)算機(jī)信息管理、控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的架構(gòu)分為三個層次.

（1）信息層

總裝車間內(nèi)部和同廠區(qū)其他部門進(jìn)行數(shù)據(jù)交換采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，工業(yè)控制部分采用西門子現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)可以將生產(chǎn)信息管理網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)區(qū)分開來，實(shí)現(xiàn)信息分流，便于根據(jù)信息管理和工業(yè)控制對網(wǎng)絡(luò)速度及傳輸可靠度等性能的不同要求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，既能滿足信息管理大量數(shù)據(jù)交互的可靠性，又能保證工控信號傳遞的實(shí)時性和準(zhǔn)確性。監(jiān)控工作站、管理工作站、現(xiàn)場信息LED服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用軟件的用戶之間通過TCP/IP通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息的傳輸與共享。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)只有通過服務(wù)器才能夠與用戶、現(xiàn)場設(shè)備之間進(jìn)行信息的交流（監(jiān)控計(jì)算機(jī)除外）。用戶既可以通過Windows內(nèi)建的IE瀏覽器實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場信息的獲取與交互，也可以直接與數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行信息的交流，再通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制。用戶不直接參與控制現(xiàn)場設(shè)備與數(shù)據(jù)庫，既保證了數(shù)據(jù)的安全性與底層設(shè)備的健壯性和人機(jī)交互界面的透明性與友好性。

（2）控制層

現(xiàn)場控制站采用以西門子S7平臺為控制核心，分布在各工藝段，PLC主站之間和中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相連，實(shí)現(xiàn)控制信號的高速傳輸。PLC自動監(jiān)測重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并對設(shè)備進(jìn)行自動控制，可人工干預(yù)調(diào)整工藝參數(shù)變化。Profibus-FMS使用了第1層、第2層和第7層。應(yīng)用層（第7層）包括FMS（現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范）和LLI（低層接口）。FMS包含應(yīng)用協(xié)議和提供的通信服務(wù)。LLI建立各種類型的通信關(guān)系，并給FMS提供不依賴于設(shè)備的對第2層的訪問。FMS處理單元級（PLC和PC）的數(shù)據(jù)通信。功能強(qiáng)大的FMS服務(wù)可在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)使用，并為解決復(fù)雜通信任務(wù)提供了很大的靈活性。

（3）設(shè)備層

我們采用Profibus_DP網(wǎng)絡(luò)連接分布于車間的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將變頻器、現(xiàn)場分布式I/O、具有總線接口的工藝設(shè)備等直接采用總線電纜連接，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入/輸出信號、智能信號裝置和過程調(diào)節(jié)裝置與可編程邏輯控制器（PLC）之間的數(shù)據(jù)數(shù)字化傳輸，把I/O信號通道分散到實(shí)際需要的現(xiàn)場設(shè)備附近，使安裝和布線的費(fèi)用開銷減少到最小，從而使成本費(fèi)用大大地節(jié)省，實(shí)現(xiàn)了底層設(shè)備的低成本、高效率的信息集成模式。PROFIBUS-DP使用了第1層、第2層和用戶接口層。第3到7層未使用，這種精簡的結(jié)構(gòu)確保高速數(shù)據(jù)傳輸。直接數(shù)據(jù)鏈路映象程序（DDLM）提供對第2層的訪問。在用戶接口中規(guī)定了PROFIBUS-DP設(shè)備的應(yīng)用功能，以及各種類型的系統(tǒng)和設(shè)備的行為特性。這種為高速傳輸用戶數(shù)據(jù)而優(yōu)化的PROFIBUS協(xié)議特別適用于可編程序控制器與現(xiàn)場級分散的I/O設(shè)備之間的通信。

四、系統(tǒng)特點(diǎn)

1．網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：采用統(tǒng)一的Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)，整個車間網(wǎng)絡(luò)脈絡(luò)清晰，簡潔明了。

2．功能模塊：基于現(xiàn)場總線和應(yīng)用需求的功能全面模塊化設(shè)計(jì)。

3．信息管理：與工廠信息數(shù)據(jù)庫的充分融合，不僅可以獲取數(shù)據(jù)，還可以將總裝生產(chǎn)信息納入工廠信息數(shù)據(jù)庫中，為其他車間和零件庫提供生產(chǎn)指導(dǎo)信息。

4．條碼跟蹤：降低錯誤率、提升效率的關(guān)鍵技術(shù)。

5．特色控制：完全切合用戶實(shí)際生產(chǎn)狀況，解決系統(tǒng)生產(chǎn)瓶頸。通過系統(tǒng)診斷技術(shù)、驅(qū)動站同步控制、智能合流道岔控制等手段，解決了生產(chǎn)過程中的難題，保證生產(chǎn)正常運(yùn)行

6．監(jiān)控功能：豐富易用實(shí)時性強(qiáng)的人機(jī)界面

五、結(jié)束語

本系統(tǒng)在去年8月一次投運(yùn)成功，至今運(yùn)行穩(wěn)定，通過了用戶驗(yàn)收，得到了好評。該系統(tǒng)通過Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)將現(xiàn)場設(shè)備的控制與生產(chǎn)管理緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了控制、管理和監(jiān)視的機(jī)電一體化，提高了生產(chǎn)線綜合自動化水平，可以廣泛地應(yīng)用于汽車、摩托車行業(yè)的成車總裝和發(fā)動機(jī)總裝等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。