安全總線協(xié)議PROFIsafe在汽車廠總裝車間的應(yīng)用

1. 項目介紹
　　
北京奔馳-戴姆勒柯萊斯勒有限公司是北京北汽集團與奔馳-戴姆勒柯萊斯勒的合資企業(yè)，于05年10月開始在北京亦莊新建汽車生產(chǎn)廠,本地化生產(chǎn)奔馳E200、E280系列和戴姆勒柯萊斯勒300C系列車型。新建廠由兩個廠區(qū)組成,一邊是生產(chǎn)奔馳車的焊裝和總裝車間，另一邊是生產(chǎn)300C的焊裝和總裝車間。兩個車間共用一個噴涂車間,這次建廠并沒有新建沖壓車間。整個項目控制系統(tǒng)的實施完全依照IntegraBBDC V1.02標準（奔馳和Siemens合訂汽車廠控制系統(tǒng)標準）和北京奔馳-戴姆勒柯萊斯勒汽車有限公司企業(yè)標準。
　　
根據(jù)300C整車生產(chǎn)工藝，控制系統(tǒng)機構(gòu)如圖1。設(shè)備層面控制系統(tǒng)采用總線方式，集中控制各生產(chǎn)車間生產(chǎn)線，各生產(chǎn)控制系統(tǒng)上層通過TCP/IP通訊協(xié)議和廠級計算機系統(tǒng)相接入的接口。現(xiàn)場總線采用SIEMENS公司PROFIBUS總線，相關(guān)總線I/O擴展元件以此為基礎(chǔ)搭建。通常情況下工廠的控制系統(tǒng)可以分為五層：傳感器/執(zhí)行器層、現(xiàn)場總線層、控制層、 區(qū)域管理層、生產(chǎn)管理層。

在控制層采用了Siemens控制系統(tǒng) CPU416F-2作系統(tǒng)主站，采用WinCC開發(fā)了中控室人機界面；而現(xiàn)場總線層采用了如下PROFIBUS從站：ET200S和ET200ECO作分布式I/O，MasterDrive作工藝線和升降機的驅(qū)動裝置,ET200FC變頻器作滾床、推車機等設(shè)備的驅(qū)動設(shè)備，PP17作操作面板，TP270作現(xiàn)場HMI；傳感器層采用了Siemens大量接近開關(guān)。安全系統(tǒng)方面采用了Siemens的PROFIsafe安全總線協(xié)議、分布式安全模塊4/8F-DI和4F-DO、光幕、急停按鈕和門開關(guān)等產(chǎn)品。
　　
本文針對PROFIsafe在300C總裝車間的應(yīng)用，描述了PROFIsafe實現(xiàn)安全機制的機理，結(jié)合PROFIsafe的實際工程應(yīng)用，探討了應(yīng)用方法和使用效果。
　　
在汽車生產(chǎn)廠，尤其是在自動化程度較高的焊裝車間和總裝車間，大量的焊接機器人和裝配機械手的出現(xiàn)，造成了許多需要安全保護的危險區(qū)域,所以安全傳感器，如區(qū)域保護掃描器、安全光幕、安全鎖、安全地毯、急停開關(guān)等的使用已經(jīng)非常普遍，但現(xiàn)在連接這些安全設(shè)備的控制系統(tǒng)仍停留在“安全繼電器”或“安全PLC”的非總線控制系統(tǒng)的低級控制狀態(tài)，大大限制了生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展。但如果將這些安全設(shè)備連接到非安全的現(xiàn)場總線系統(tǒng)（如標準的Profibus）上去，就會存在比較大的安全隱患，是一種非安全的控制狀態(tài)。北京奔馳-戴克有限公司300C項目的總裝車間采用PROFIBUS作為現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)，同時采用PROFIsafe為安全通信協(xié)議，實現(xiàn)了控制網(wǎng)絡(luò)和安全網(wǎng)絡(luò)的完美集成，簡化了控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，節(jié)省了安裝成本和工程施工時間，使系統(tǒng)具有了可靠的安全保護裝置，為安全、穩(wěn)定生產(chǎn)提供保障。
　　
2. PROFIsafe原理介紹：
　　
隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用,故障安全通信技術(shù)近年也得到了飛速發(fā)展，安全總線系統(tǒng)的應(yīng)用使得工業(yè)控制系統(tǒng)更具安全性和可用性，同時提高了系統(tǒng)靈活性，有效節(jié)約了布線和工程施工的成本。
　　
與SafetyBus p這種獨立的安全網(wǎng)絡(luò)和獨立的安全PLC想比,Siemens推出的安全通信協(xié)議PROFIsafe將安全設(shè)備和標準設(shè)備的數(shù)據(jù)流完全整合在以PROFIBUS為平臺的總線系統(tǒng)中,使標準設(shè)備和安全設(shè)備能同時共用一條通信鏈路。從1999年P(guān)ROFIsafe引入以來,TUV已經(jīng)認證了其在PROFIBUS上運用的安全性,達到了IEC61508中SIL3的等級,最近它還獲得了PROFInet上使用安全性的認證。開放架構(gòu)的PROFIsafe使得選擇其他廠商的產(chǎn)品成為可能。目前有大量的廠商都提供支持PROFIsafe的設(shè)備，如Banner，Beckhoff，Sick，Turck和Wago等。