PLC及CIMPLICITY在汽車流水線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、PLC與CIMPLICITY在汽車流水線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用PLC/變頻器/滾床1引言汽車同其他現(xiàn)代高級復(fù)雜工具如電子計算機一樣，在所有的歷史變遷，可謂與人們的生活息息相關(guān)，都具有時代個性，代表著一種文化背景和品位1。隨著人們生活水平的不斷提高，對汽車的要求也越來越高，相應(yīng)的汽車生產(chǎn)線也向著高科技方向開展利用先進的自動化技術(shù)，控制技術(shù)和通訊技術(shù)，設(shè)計智能化，高節(jié)能的汽車流水線控制系統(tǒng)成為必然趨勢?？删幊绦蚩刂破鳎ê喎QPLC）由于具有功能強、可編程、智能化等特點，已成為汽車生產(chǎn)工業(yè)控制領(lǐng)域中最主要的自動化裝置之一，它是當(dāng)前電氣程控技術(shù)的主要實現(xiàn)手段。本工程采用羅克韋爾公司的Logix5561系列的P

2、LC與軟件CIMPLICITY相結(jié)合，再連接三菱A700變頻器構(gòu)成全自動車間滾床控制系統(tǒng)，既利用了變頻器調(diào)速技術(shù)優(yōu)良的控制性能，又利用了CIMPLICITY監(jiān)控軟件豐富的組態(tài)功能，操作方便，界面友好，與PLC通訊良好等功能。2工藝流程概述在汽車制造過程，涂裝工藝是汽車裝配線上的重要環(huán)節(jié)，涂裝有兩個重要作用，第一車防腐蝕，第二增加美觀，而滾床就是一種汽車裝配線上的運送裝置。變頻滾床顧名思義速度可變，一般采用變頻器控制滾床上的電機，變頻啟動，0-50HZ工況運行。變頻滾床根據(jù)工藝運行方向運行，滾床上裝有傳感器。分為進位傳感器，減速傳感器到位傳感器。進位傳感器為常開點，感應(yīng)到該傳感器時，說明橇體開場

3、進入滾床；減速開關(guān)為常閉點，感應(yīng)到該傳感器時，橇體的運行速度由高速變?yōu)橹兴?；到位傳感器為常開點，感應(yīng)到該傳感器時，橇體停頓動作，說明橇體完全進入滾床。在承接汽車配件的撬體到達滾床并感應(yīng)到滾床上的傳感器時，給PLC輸入信號，PLC通過接觸器控制變頻器，從而調(diào)整滾床電機的運行速度2。采用PLC與軟件CIMPLICITY軟件相結(jié)合對現(xiàn)場工藝流程進展實時監(jiān)控和輸出報警信息，并進展實時的報警匯總，便于工作人員調(diào)試維護，保證設(shè)備的正常運行。如圖1所示：圖1現(xiàn)場工藝設(shè)備圖3硬件組成本工程的現(xiàn)場工藝設(shè)備是基于北美通用汽車的CCH1和CCS2標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制造和安裝，采用美國羅克韋爾公司Allen-BradleyLo

4、gix5561系列的PLC作為設(shè)備層控制核心對滾床進展控制，也負責(zé)對現(xiàn)場的變頻器斷路器等器件的檢測控制，實現(xiàn)控制策略，其通信功能能夠?qū)崿F(xiàn)與上位機監(jiān)控與遠程通訊。在本控制系統(tǒng)中有一個PLC控制器，其可以滿足系統(tǒng)對開關(guān)量的要求，一個以太網(wǎng)模塊，用于與個人電腦或者與上位機進展通訊，兩個輸入模塊用于對配電柜里的變頻器和接觸器等器件控制檢測，兩個DEVICENET模塊，DEVICENET現(xiàn)場總線技術(shù)把主控柜和現(xiàn)場個遠程控制站連接成一個整體3,保證PLC與遠程控制站，或者相鄰兩個PLC之間的數(shù)據(jù)讀取和寫入，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享。各個遠程控制站采用ABControlLogix系列1734-ADNX模塊，他能自

5、動復(fù)制節(jié)點地址，在數(shù)據(jù)鏈路層的內(nèi)置重試，基于連接的通訊，每個網(wǎng)路連接的錯誤計數(shù)器和受力狀態(tài)下有小于10-7的位誤碼率。硬件組成如圖2所示。上位管上里層上位機工打印機以太網(wǎng)程師站.FL"EnttrJIct嶺DCLQ1BPITTDCIRrUPTT"JtrlaJclUrvictJitt連接遠程操作站圖2控制系統(tǒng)硬件組成上位管理層以監(jiān)控中心上位機為核心，實現(xiàn)對配電柜內(nèi)變頻器等器件以及現(xiàn)場檢測元件的監(jiān)控，處理來自控制器的數(shù)據(jù)以及報警信息，維護數(shù)據(jù)庫，向管理人員提供友好的人機界面和報表打印等工作，同時支持企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的遠程，便于遠程監(jiān)控。FL1U_L3I/O模塊&RUG&

6、SVG&T¥0FE。e>STF&STR0&RHC。SRLFUG沼DSEG54VDC；Elior/FDI/O植塊33變頻器接線圖PLC模塊,變頻器，以太網(wǎng)交換機等均在同一個配電柜內(nèi)，稱為主控制柜。主要用于對現(xiàn)場設(shè)備提供動力電，并進展實時控制。主控柜從構(gòu)造上可分為3局部:右側(cè)的單柜為該區(qū)域的設(shè)備提供電源，左側(cè)的單柜放置PLC、分布式總線模塊和交換機，中間的連接柜為變頻器柜，變頻器和與其相連接的其他硬件均安裝在同一個配電柜中。外部380V電壓通過主斷路器連接到右側(cè)單柜內(nèi)，作為主電源為柜內(nèi)的電氣元件供電。為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，每一臺電機由一個變頻器控制，由一個斷路

7、器來控制其通斷，變頻器采用三菱FR-A700采用三種輸出頻率，高速頻率為50HZ，中速為30HZ，低速為10HZ，每一個滾床均有一個制動單元，用于緊急制動。由于現(xiàn)場工藝設(shè)備較多，根據(jù)現(xiàn)場工藝要求，將變頻器電路分為兩段，這樣既節(jié)省了本錢，又方便工作人員的調(diào)試及檢修。變頻器接線方式如圖3所示。從主控柜中引出220V作為主控制柜內(nèi)空調(diào)電壓，用于轉(zhuǎn)移PLC，變頻器等精細電子元件產(chǎn)生的熱量，防止柜內(nèi)溫度升高影響電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。柜內(nèi)有兩個變壓器，由于其所處的用途不同，一個為2.5千伏安處理器變壓器，位于主斷路器前，為上位機工程師站，柜內(nèi)的照明燈等供電，此變壓器與兩個穩(wěn)壓電源相連，一個為10A為PLC電源

8、1756-PA72供電的基板電源，以及一個6.5A的直流穩(wěn)壓電源，主要給以太網(wǎng)總線供電，另一個為3千伏安變壓器，位于主斷路器后，主要用于給現(xiàn)場各遠程控制站以及現(xiàn)場工藝流程的控制回路供電立匕變壓器與一個兩個10A直流穩(wěn)壓電源相連，一個用于為D網(wǎng)總線供電，另一個用于I/O模塊和急停線路供電。此系統(tǒng)有兩個控制回路，都位于主控柜內(nèi)，一個為220V電源控制回路，用于控制主控柜的總電源。另一個控制回路為24V急?？刂苹芈?，用于對各個操作站的的控制，在出現(xiàn)故障時可以及時停頓流水線，保證現(xiàn)場生產(chǎn)和工作人員的平安立匕兩個控制回路均在主控柜柜面有控制旋鈕來控制回路的通斷。主控柜的上電方法：當(dāng)主控柜內(nèi)所有開關(guān)都正常

9、上電完成后，需要在控制柜面板上將控制回路接通的鑰匙旋鈕向右側(cè)旋轉(zhuǎn)一次，這時控制柜內(nèi)的控制回路接觸器接通，主控柜上電完成。當(dāng)需要將主控柜內(nèi)的控制回路斷開時，只要按下面板上的控制回路停頓按鈕，這時控制回路接觸器斷開，同時段電源接觸器斷開，主控柜內(nèi)的變頻器也同時斷電。在主控柜內(nèi)主機架中的兩個輸入模塊主要用于檢測主控柜內(nèi)各電器元件是否連接正常，輸出報警信號，如圖4所示。另一個I/O模塊與柜內(nèi)斷路器，變頻器等電器元件相連，輸入信號主要為檢測斷路器的跳閘，變頻器的故障，輸出報警信號；輸出信號主要控制變頻器的運行狀態(tài)。各輸入輸出模塊的數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場工藝設(shè)備以及變頻器的數(shù)量而定，但為以后維修調(diào)試方便，要有20%

10、預(yù)留量。各滾床的輸入輸出點如下：輸入:滾床斷路器跳閘；變頻器故障；變頻器頻率輸出；滾床電機輸出。輸出:滾床正轉(zhuǎn)輸出；滾床反轉(zhuǎn)輸出；滾床高速輸出；滾床中速輸出；滾床低速輸出；滾床制動器動作。謖訊電US"rnujnn-!i<_>UJUJUmon蚣網(wǎng)直芹日*早行哽EIJQlI20【L】UJWI3G曠王壕回您投瞄AE魚rI1UJUJ3AEIJUE10JI現(xiàn)12L110104.I5&U03J5Ig廿電塑嗪觸笠建直民一洋作啄路挨通口舊部I7VGMJ9今IGNLUTTPuy1IllLklHlFTOTrl81CIjujlblIULH1UIrnuHrnA-成二愈停偵捋朔通11OLL

11、】BL5_JllOU4D以:t網(wǎng)爻志機故中椎窖機架V。漠塊圖遠程控制站位于現(xiàn)場設(shè)備的附近，用于對設(shè)備運行狀態(tài)的調(diào)整，和必要的手動控制。遠程控制站通過DEVICENET現(xiàn)場總線用1734-ADNX模塊與主控柜相連4,在其控制面板有各滾床運行狀態(tài)的控制按鈕和自動手動旋鈕等，還有一個紅色柱狀燈，用于報警顯示。工作人員通過面板上得按鈕、旋鈕、急停等來控制該操作站所管轄區(qū)域設(shè)備的運行狀態(tài)，面板的上指示燈可顯示設(shè)備的運行狀態(tài)。柜內(nèi)有直流電源為總線模塊提供24VDC電源，將現(xiàn)場信息采集到操作站內(nèi)的現(xiàn)場總線模塊，并發(fā)送到PLC中，由于個遠程控制站管轄設(shè)備數(shù)量不同，所以各控制站I/O模塊數(shù)量不同，但為以后維修調(diào)

12、試方便，要有20%預(yù)留量，其模塊的輸入輸出點如下：輸入：自動模式；手動模式；急停;入口占位；正轉(zhuǎn)減速；正轉(zhuǎn)到位；輸出：報警信號；急停4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1下位機控制程序設(shè)計下位機程序是由AB公司開發(fā)的RSLogix5000軟件實現(xiàn)的，RSLogix5000企業(yè)版序列軟件用來與羅克韋爾自動化Logix平臺協(xié)同工作。RSLogix5000軟件兼容IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，提供梯形圖邏輯、構(gòu)造化文本、功能塊圖、順序功能表編輯器以用于開發(fā)應(yīng)用程序，還包括支持運動控制的軸配置和編程，它應(yīng)用于ControlLogix系列PLC5，同時也可以作為實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)使用。整個控制系統(tǒng)的主要要求是檢測傳感

13、器信號，按照系統(tǒng)的控制流程，通過執(zhí)行元件和變頻器對滾床上電機進展控制實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備對工件的合理交接，其整體控制流程圖如圖5所示。初始化圖5PLC控制主流程圖系統(tǒng)程序流程說明如下：1. 系統(tǒng)采用模塊化編程，每一段程序由主程序調(diào)用模塊，網(wǎng)絡(luò)及電源通訊模塊，運行模塊，故障診斷與報警輸出模塊等組成6。主程序調(diào)用模塊的作用是初始化子程序，調(diào)度子程序，降低程序復(fù)雜度，使程序的設(shè)計，調(diào)試和維護等操作簡單化。網(wǎng)絡(luò)及電源通訊模塊：在此模塊中，主要將主控柜中的舊16中的數(shù)據(jù)引入程序中，此處要根據(jù)實際情況添加報警通過接收信號，保證主控柜內(nèi)各個電器元件工作正常，使系統(tǒng)能夠正常運行。圖6為其控制流程圖。圖6網(wǎng)絡(luò)及電源通訊

14、控制流程圖故障診斷與報警輸出模塊：在此模塊中，程序通過接收到的電路保護信號，以及工藝設(shè)備的故障報警信號，根據(jù)一定的條件得出診斷結(jié)果。如果沒有故障，僅有報警的話，程序繼續(xù)執(zhí)行，但會在不影響現(xiàn)場工藝運行的情況下顯示報警狀態(tài)。如果有故障的話，現(xiàn)場設(shè)備停頓運行，輸出報警信息，通知工作人員進展處理。2. 運行模塊：按系統(tǒng)要求，在運行模塊下，系統(tǒng)的工作方式有兩種：自動模式和手動模式，兩種模式均在遠程操作站的面板按鈕實現(xiàn)。手動模式：用于系統(tǒng)出現(xiàn)故障和調(diào)試的情況，在CIMPLICITY監(jiān)控畫面上輸出報警信息，在此狀態(tài)下，變頻器的輸出均為低速輸出為10HZ，在遠程操作站控制面板上的按鈕來控制滾床的動作，使?jié)L床在

15、正確的位置。當(dāng)把報警消除后，將自動/手動按鈕調(diào)至自動狀態(tài)，復(fù)位啟動，圖7為該程序模塊的控制流程圖。（結(jié)束）圖7手動動控制流程圖自動控制模式：在自動模式下，主控柜內(nèi)的交流接觸器吸合，電機與變頻器接通。此時變頻器在PLC控制下有兩個輸出頻率，高速50HZ與中速30HZ,滾床與電氣元件將根據(jù)現(xiàn)場工藝條件動作，調(diào)整撬體的運行速度，合理的完成滾床間承載汽車配件的交接，使汽車裝配線流快捷，控制流程圖如圖8所示：滾床上件的動作條件：本單元滾床:1滾床上無橇體,2硬件驅(qū)開工作正常,3入口沒有封鎖。前單元滾床:1滾床上有橇體,2硬件驅(qū)開工作正常，3出口沒有封鎖。正向上件的動作過程：首先，橇體從前單元滾床由本單元

16、設(shè)備的入口高速進入滾床，橇體先感應(yīng)進占位開關(guān)，本單元滾床的變頻器將輸出高速頻率；當(dāng)橇體感應(yīng)到進減速開關(guān)時，變頻器輸出中速頻率；最后，當(dāng)橇體感應(yīng)到進到位開關(guān)時，變頻器停頓，橇體停頓，上件過程完畢。此時，橇體應(yīng)該且必須感應(yīng)到所有傳感器開關(guān)，即進占位開關(guān)，進減速開關(guān)和進到位開關(guān)。滾床下件的動作條件：本單元滾床:1滾床上有橇體，2硬件驅(qū)開工作正常，3出口沒有封鎖后單元滾床:1設(shè)備上無橇體，2硬件驅(qū)開工作正常，3入口沒有封鎖正向下件的動作過程：首先，橇體從本單元設(shè)備由后單元設(shè)備的入口高速進入后單元設(shè)備，橇體先感應(yīng)后單元設(shè)備進占位開關(guān)，此時后單元設(shè)備的變頻器輸出高速頻率；當(dāng)橇體感應(yīng)到進減速開關(guān)時，變頻器中

17、速輸出中速頻率最后，當(dāng)橇體移完全動到后單元設(shè)備且感應(yīng)到進到位開關(guān)時，變頻器停頓輸出，橇體停頓，下件過程完畢。此時，本單元設(shè)備上所有傳感器進占位開關(guān)，進減速開關(guān)與進到位開關(guān)均無感應(yīng)。4.2上位機控制程序設(shè)計CIMPLICITYHMI是由通用公司針對于汽車領(lǐng)域開發(fā)的上位機監(jiān)控組態(tài)軟件，基于MicrosoftWindowsNT和Windows95的產(chǎn)品，它可以適用于單一的人機界面到完全網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在各個層次上都具有網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)能力，能夠獲得各個層次的集成而不需要在一個網(wǎng)絡(luò)中進展重復(fù)的組態(tài)。它是由效勞器和瀏覽站組成的基于客戶效勞體系構(gòu)造的系統(tǒng)，效勞器負責(zé)數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的分配，瀏覽站連

18、接到效勞器上可以對被采集的數(shù)據(jù)進展完全的以便觀察和控制。首先通過軟件的編程界面設(shè)置通訊連接通過RJ45線利用工業(yè)以太網(wǎng)交換機將Logix5561PLC與CIMPLICITY建立連接7，利用RSLinxOPCSever作為其的數(shù)據(jù)傳輸方式。然后建立變量標(biāo)簽，將PLC中的變量傳送到CIMPLICITY中,最后建立過程畫面。使用CIMPLICITY中的圖形編輯器可以繪制各種元素和圖形該系統(tǒng)畫面主要由主畫面、各個遠程控制站的狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、歷史報警、實時報警等畫面組成。上位機可以顯示每臺滾床的實時狀態(tài)：滾床停機顯示白色；正在運行顯示綠色；滾床有故障顯示紅色。以及各遠程操作站的的狀態(tài)，每個畫面的下方可以

19、及時的顯示當(dāng)前的報警及故障信息，員于工作人員進展及時的維修調(diào)試。建立好CIMPLICITY和PLC的通訊連接后，PLC上得事件將是可視和可操作的，在實際運行中為了防止誤操作而對系統(tǒng)產(chǎn)生傷害，對不同的操作人員設(shè)定不同的操作密碼和相應(yīng)的操作權(quán)限。主監(jiān)控畫面如圖9所示，能夠?qū)崟r顯示工藝設(shè)備的狀態(tài)8，下面的白色方框不僅可以顯示工藝設(shè)備及電機的報警和故障信息，還能顯示主控柜及各遠程控制站的報警及故障信息，可以很迅速的可以查出哪個局部出現(xiàn)了異常，進展及時的調(diào)整維護。點擊下面的按鈕可以進入相應(yīng)的界面，點擊前一區(qū)跟后一區(qū)進入別的區(qū)域的滾床運行狀態(tài)。此外，該監(jiān)控系統(tǒng)還提供了登陸用戶、退出用戶、修改密碼等功能，設(shè)定了兩個權(quán)限，一個為操作權(quán)限，此權(quán)限僅能監(jiān)控；另一個為維修權(quán)限，可以對系統(tǒng)進展修改，這樣用相對應(yīng)的權(quán)限來實現(xiàn)相對應(yīng)的操作有效的保證了系統(tǒng)操作的