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1、西门子PLC在汽车焊接车间群控系统系统中的应用西门子PLC在汽车焊接车间群控系统系统中的应用yangliu导语：设计并施行完成一套设备故障自动诊断及焊机群控系统我们针对上海群众汽车二厂焊接车间，利用西门子公司的SIMATIC产品，设计并施行完成一套设备故障自动诊断及焊机群控系统。经过几年的使用，该系统运行稳定可靠，根本到达了设计目的。一.焊接车间现状分析该焊接车间主要消费桑塔纳2000型轿车的车身。车间进料为冲压车间的各种冲压零件，经过焊接消费流水线，先把这些各种零件焊接拼装各种车身部件，如汽车前围、后围、前底板等部件，再经过总拼把这些部件拼焊成整体车身，最后经过补焊、打磨形成最终的白车身，输
2、出到油漆车间喷漆。该焊接车间按照冲压零件部件总拼的焊接加工经过，建立了六条消费流水线，分别为前围线、后围线、前底板线、底板线、总拼线和补焊线。这六条消费流水线按照消费工艺互相刚性连接。在这些消费流水线上的各个工位主要装备的是焊接机械手、焊接机械人、多点焊机、拉杆传输和空中输送车等自动化设备组成。由44台西门子公司的PLC分别控制这些消费流水线上的各种加工设备，使其互相协调地、连续地、自动地运行，使车间到达每56秒钟消费一部白车身的的消费节拍的才能。A.该车间消费流水线投入运行时，存在两个主要的问题：1.当设备上某处出现故障时，由于不能很快地排除，经常造成整条消费线停机，或整个车间停产，严重影响
3、车间产量和消费节拍。2.会发生某些焊点的焊接质量不稳定，不能保证白车身质量。B.经过调查研究和详细分析，发生上述问题的主要原因是：1.消费线上设备比拟多，设备比拟复杂，消费线之间又是刚性连接，假如某一部位发活力械、液压或者电气故障会造成某条消费线停机，维修人员要经过一定时间的分析查找经过，才能找到故障点，才能排除故障。在故障的分析查找和排除的时间内，由于消费线之间无缓冲，前面的消费线立即停机，后面消费线造成空工位，这个时间过长，还会造成后面消费线停机。而故障的分析查找和排除的时间中占主要的是分析查找时间。2.该车间共有两千多把电焊枪在同时工作，轻易造成供电压波动。假如一局部电焊枪正赶在电压低谷
4、通电焊接，轻易发生该焊点焊接不实，质量不好。所以，为了快速分析查找故障和保证正常电压通电焊接，解决上述两个问题，我们为车间建立这套设备故障自动诊断及焊机群控系统。二.系统的硬件和软件构造1.设备层全车间六条消费线上共有PLC44台，由S5-115U、S5-135U和S5-55U构成。这些PLC可向系统提供分析设备运行状态和分析出发生的故障点的相关信息。但这些PLC是分散的，无故障诊断才能。所以，我们的系统在车间建立了两段现场工业总线Profibus网，分别把这些PLC连接起来。使系统可以通过现场PLC收集和汇总消费线上设备状态信息，自动分析诊断故障。设备并网的详细做法是，每台PLC上都插入Pr
5、ofibus网卡CP5431，并连接在其中一段现场工业总线上。参见附图2.现场工程师站现场工程师站设置在车间现场，是由六台工控机组成，分别对应着车间现场六条消费线。这六台工控机上都分别插有Profibus网卡CP5412，并通过该卡连接在Profibus的网上。通过现场工程师站可以监控对应的消费流水线。参见附图3.信息交换中心信息交换中心是由一台S5-155U构成，也称为系统的主PLC。一方面通过车间现场工业总线Profibus网，连接消费线上44台PLC，收集汇总分析消费线上设备的故障信息；另一方面通过工业以太网H1与系统的治理层连接，把分析诊断结果送到办公室计算机上，同时又通过车间现场工业
6、总线Profibus网把其分析诊断结果送回现场工程师站。参见附图4.治理层系统的治理包括车间主任办公室和维修办公室的计算机，通过工业以太网H1信息交换中心连接，使治理层可以实时地从信息交换中心获得目前分析结果，并对此分类归档，形成各种报表。参见附图5.焊机群控装置设置一台高灵敏的电压监测仪，实时监测车间电焊机工作时供电电压的变化，并把结果送入信息交换中心，通过S5155U的中断程序处理焊机群控信息，经过Prifibus-DP方式，把控制信号高速地传送到消费线上的PLC，使相应焊机的通电动作得以控制。6.系统配置的软件CorosLSB/Win是系统主要的软件，主要运行在治理层和现场工程师站的计算
7、机上，是系统主要开发平台。COM5431和COM143系统软件是为了治理现场工业总线Profibus和工业以太网H1。三.系统的主要目的1.收集全车间六条消费线上的设备运行状态信息由于Profibus网连接着现场PLC，系统可以实时地监测并分辨当前各消费设备所处的正常运行、停机、故障等各种状态，并在相应工控机的相应画面上，通过以不同的符号、图形和颜色变化等形式显示出来。2.实时分析发生在各消费线上设备的故障状态及详细部位由于Profibus网络收集各消费设备上的信息，汇总到主PLCS5155U上集中进展分析综合，系统可以判定出故障类型和发生故障的所在消费线、工位、部位等位置信息，随后把判定结果
8、送到相应工机显示出来，以提示维修人员。4.进展有关故障信息的分析与统计系统的上位治理机和工控机在工业组态软件CorosLSB/Win操纵平台下，可对从主PLC送来的故障信息，进展分类归档处理，同时在设备维修手册数据库中进展检索，找出故障发生的位置，故障发生的原因及排除故障的主要方法。然后该软件把故障发生的时间、位置、原因及排除的情况记录到设备档案数据库中，并形成各种报表。5.对全车间由PLC控制的焊接变压器的通电进展群控利用ProfibusDP的快速I/O的特性，对全车间电焊机供电电压进展监测，按照电焊机群控原理，对由PLC控制的电焊机进展排队通电控制。四.系统工作根本原理1.自动故障诊断一般
9、方法焊接车间设备绝大局部是通过油缸和气缸来完成工件的装夹、上料、下料和输送等动作。初步统计该车间分布在各消费线上共4千个大大小小的油缸和气缸，而设备故障主要发生油缸和气缸的部件上，表现为这些缸不到位。下面分析一个油缸动作情况，得出自动故障诊断一般方法。设一个油缸向前运动Q1，油缸经过一定的运动时间到达前端，那么前端接近开关得电I_11，后端接近开关失电I_20。我们系统中为这个油缸设置一个计时器T。当油缸动作Q信号发出，该计时器开场计时，在设定的该油缸运动时间T_set范围内，相应到位接近开关得电，即系统以为该油缸工作正常。假如在该油缸运动时间T_set范围内，相应到位接近开关未得电，那么系统
10、以为该油缸发生故障。系统自动分析的结果列表如下：ALIGN=CENTER/ALIGN根据上述方法，系统对车间设备上每个油缸和气缸，在该设备PLC控制器都分配计时器T，并设置相应缸运动时间T_set，以完成自动故障诊断。2.焊机群控的一般方法该车间有四个供电变压器向焊机供电，由于焊机是使用的单相电。车间焊机根本是均匀地分别挂在车间里12条单相电线路上。高灵敏的电压监测仪分别监视着这12条单相电线路。当监测到其中一条线路电压低于设定的值时，就向主PLC申请中断。中断程序首先检查线路电压低到什么程度，再分别处理：线路电压在排队工作范围内，中断程序将按照工艺准许的范围，把挂在该线路的焊机排队，通过现场
11、工业总线，控制设备上PLC，让该线路上的焊机按先后顺序通电焊接，使每个焊接都有足够的电流工作。线路电压在停机范围内，中断程序通过现场工业总线的播送形式通知设备PLC，将挂在该线路的所有焊机停顿工作，直到线路电压恢复正常范围内。五.系统主要功能及实现方法1.系统的工作方式由于系统的绝大局部硬件都是采用西门子公司SIMATIC工业型产品，就保证了系统全天24小时不连续的正常工作。十分是系统的信息交换中心采用是S5-155U，车间现场采用是Profibus网络，治理层采用是工业以太网H1，这些都具有在恶劣的环境下可以高度可靠工作的工业产品，可以常年的不停机地工作。这样就保证了系统可以在几年之内不连续
12、地监测消费线设备，连续收集设备信息和消费信息，保证系统数据处理的及时性、准确性和完好性。2.消费设备当前运行的状态信息由于消费线的消费经过是由现场消费线上的PLC控制的，而且这些PLC都挂在Profibus上，这样信息交换中心，即主PLC可以通过该网收集现场PLC的所有I/O的信号。信息交换中心对这些信号经过汇总和分析，判定出全车间各消费线各局部的当前运行状态，并把这些运行状态存入信息交换中心内的相应数据块DB。同时这些运行状态信息是随着信息交换中心主PLC运行周期而实时刷新的。现场的工程师站和治理层的计算机分别通过Profibus和工业以太网H1，访问信息交换中心内的相应数据块，而得到消费设
13、备当前运行状态信息，再经过CorosLSB/Win动态图形画面，生动、形象地显示出消费设备当前运行状态。3.设备故障自动诊断、分析与统计当消费线上设备发生故障时，信息交换中心通过Profibu网可以立即监测到。信息交换中心根据下面四个方面，判定出故障发生的详细内容和位置，并在在现场工程师站和治理层的计算机CorosLSB/Win的动态图形画面上具体显示：a.现场维修人员提供的经历；b.分析动作不到位信号；c.由故障历史记录而形成的发生几率；d.该设备PLC程序的逻辑分析。信息交换中心按照发生故障性质确定出故障类型：机械故障、电器故障、液压故障、气动故障等。信息交换中心按照所发生故障对设备运行影
14、响程度确定出故障等级：将要故障、次要故障和主要故障。信息交换中心按照发生故障特征和维修记录提示出排故方法。在现场工程师站和治理层的计算机CorosLSB/Win的动态图形画面上，故障类型和排故方法以文字形式显示，故障等级以不同颜色和闪烁程形式显示。由治理层的计算机进展设备故障统计，其内容主要包括：a.每台设备天天的发生的故障信息记录；b.设备按照故障发生类型进展周、月、季和年统计；c.每台设备的故障率和开通率；d.各条消费线的故障率和开通率；e.全车间设备的故障率和开通率；4.车间消费信息自动统计在Profibus络的支持下，系统自动收集各消费线的产量信息，并存入信息交换中心的数据块中。通过治
15、理层的计算机的CorosLSB/Win界面形成下例各种消费统计报表：实时显示各条消费线的消费节拍及变化状况；实时显示各条消费线的消费产量及变化状况，显示当日和近七日内天天的消费产量变化经过；车间在一年内天天的白班和夜班的消费产量记录；车间消费产量的周报表、月报表和年报表。5.焊机群控当电压监测装置监测出车间供电电压低于正常供电电压时，主PLC上的中断输入模板6ES5451-4UA13将接收到电压监测装置发出的信号，主PLC刻进入执行中断效劳程序。中断效劳程序根据焊机群控原理，通过Profibus网，向设备上的PLC发出工作指令，使各焊机按一定的顺序工作。六.结论和意义1.该系统对对用户的设备排
16、故维修提供了比拟实在可行的便利手段，彻底改变了过去那种单凭经历诊断故障的工作方法。在计算机的帮助下，只要消费设备有故障发生，系统都能比拟准确、迅速地确定故障详细位置或者方位，并提供排故方法。这样极大地缩短了故障查找和排故时间，保证了设备可以尽可能短的时间内恢复正常。2.由于该系统可以实现消费产量自动统计，代替了过去需要很多时间的手工抄报统计工作，进步了车间消费治理的自动化程度。同时该系统也给车间提供了消费动态调度的手段，通过治理层计算机理解当前车间各消费线、各局部消费状态，可以发现可能出现的消费瓶颈，使得车间治理者及时地进展消费调整。3.焊机群控过去在国内还无法实现，如今系统利用西门子公司的PLC和Profibus技术实现了焊机群控。这对电焊机的焊接质量的稳定和进步有了一定的保证。4.在该系统中成功地应用了西门子公司SIMATIC产品的技术，其中Profibus现场总线和H1工业以太网技术在该系统中起到关键的作用，它们把系统的各局部构成一个统一体；主PLCS5-155U以运行速度高、大存储量技术保证系统信息的收集、综合分析和传送可以可靠、准确地进展；CorosLSB/Win制作的人机界面速度快、效率高，而且易操纵、使用友好方便。0