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一.系統(tǒng)概述及分析

    上海大眾汽車二廠油漆車間年產(chǎn)量為180,000臺，日產(chǎn)量為 600臺，生產(chǎn)節(jié)拍為 1.5分/臺，車間輸送鏈長度是 8029米，生產(chǎn)面積是 23,549平方米。

1.中央控制系統(tǒng)的組成

    油漆車間中控室中央控制系統(tǒng)的控制對象，主要由兩大部分組成：油漆工藝控制系統(tǒng)和輸送控制系統(tǒng)。中央控制系統(tǒng)主要負責監(jiān)控這兩個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，協(xié)調這兩個系統(tǒng)內(nèi)各設備動作和這兩個系統(tǒng)的之間各設備動作。油漆工藝和輸送系統(tǒng)時刻要按照中央控制系統(tǒng)發(fā)出的指令所指示的工作方式運動，同時中央控制系統(tǒng)要時刻監(jiān)視油漆工藝和輸送系統(tǒng)的當前運動狀態(tài)，按照預期制定的目標及時地進行調整和控制，以達到在中央控制系統(tǒng)的控制作用下，使油漆車間生產(chǎn)汽車涂裝產(chǎn)品質量得到充分保證，使生產(chǎn)按照預定的生產(chǎn)節(jié)拍進行，使整個車間維持一種正常的生產(chǎn)運行。

a)油漆工藝控制系統(tǒng)

    油漆工藝控制系統(tǒng)主要是圍繞汽車涂裝生產(chǎn)中各部分工藝過程，對其設備按照相應工藝要求進行控制和檢測。油漆工藝車間汽車涂裝工藝過程主要有預處理、電泳、密封、底漆和面漆等。油漆工藝控制系統(tǒng)要根據(jù)每一項工藝過程的具體工藝要求，通過控制裝置PLC控制相應工藝設備和環(huán)境設備，例如：預處理和電泳工藝過程中的各種浸槽和噴淋設備，密封、底漆和面漆工藝過程中的噴膠或噴漆房設備和烘房設備，及各個工藝過程中控制溫度、濕度、壓力和風速的環(huán)境設備。油漆工藝控制系統(tǒng)主要目的是使各個工藝設備和環(huán)境設備按照工藝要求正常運行，以保證汽車涂裝質量。

b)輸送控制系統(tǒng)

   輸送控制系統(tǒng)主要控制油漆車間的輸送鏈和升降運輸系統(tǒng)。它貫穿著油漆車間的汽車涂裝生產(chǎn)的全過程，即在輸送鏈和升降機的輸送作用下，使轎車白車身以一定的節(jié)拍，按照涂裝工藝順序，依次通過汽車涂裝各個工藝設備和環(huán)境設備，完成相應涂裝加工工藝。輸送控制系統(tǒng)要通過控制裝置PLC，控制分布在整個油漆車間的各段輸送鏈和升降機運行。輸送控制系統(tǒng)一方面要完成轎車白車輸送、轉掛和儲存任務，另一方面還要按汽車涂裝各部分工藝要求，對輸送的車身還必須要在程序的控制下，實現(xiàn)升降、變節(jié)距、變速、擺動和傾斜等動作，從而保證油漆車間連續(xù)自動化生產(chǎn)。

2.系統(tǒng)控制裝置PLC的分布全車間的油漆工藝和輸送設備是由9臺西門子公司 PLC控制的。在油漆工藝控制方面，按照工藝過程各PLC的具體的控制分工為：

在輸送控制方面，按照區(qū)域劃分，各PLC的具體的控制分工為：

3.中央控制系統(tǒng)的作用

    油漆車間中控室中央控制系統(tǒng)通過工業(yè)計算機網(wǎng)絡技術-現(xiàn)場工業(yè)總線 Profibus，把控制油漆工藝控制系統(tǒng)和輸送控制系統(tǒng)的9臺西門子公司 PLC連接起來，把原來車間里分散的單元控制，變成相互有機聯(lián)系的統(tǒng)一的整體控制系統(tǒng)。同時，系統(tǒng)利用計算機控制和信息處理技術，實現(xiàn)系統(tǒng)對油漆車間的生產(chǎn)管理、工藝過程和設備運行的自動控制和監(jiān)視，使油漆車間的汽車涂裝生產(chǎn)始終處于正常狀態(tài)。

二.系統(tǒng)網(wǎng)絡的構成

    由于中控室中央控制系統(tǒng)面對整個油漆生產(chǎn)車間，控制著各種生產(chǎn)設備的運行，它必須要做到實時采集全車間各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息，同時對其發(fā)出的控制指令要準確無誤地送到全車間各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設備上，并能監(jiān)測執(zhí)行情況。為了保障這些控制信息和檢測信息暢通和準確的傳遞，中控室中央控制系統(tǒng)按照其功能構成了二個層次的網(wǎng)絡。

1.上層信息管理網(wǎng)絡

    以中控室的工控機為主，還包括主PLC（E21），Duerr的PLC和信息交換中心S5-155U，共同構成上層信息管理網(wǎng)絡，也是中控室中央控制系統(tǒng)對油漆車間的中心信息管理部分。這里主PLC（E21）同時還連接著油漆工藝控制系統(tǒng)和輸送控制系統(tǒng)的PLC，所以主PLC（E21）起著上層信息管理網(wǎng)絡和底層設備控制網(wǎng)絡之間傳遞信息的作用。上層信息管理網(wǎng)絡的硬件構成是建立在西門子公司的現(xiàn)場工業(yè)總線 Profibus網(wǎng)絡基礎上的，在每個網(wǎng)絡站點分別插入 Profibus網(wǎng)卡：工控機上插入CP5613網(wǎng)卡，其他PLC上插入CP5431網(wǎng)卡。上層信息管理網(wǎng)絡的結構圖如圖1。 

                          圖1上層信息管理網(wǎng)絡的結構圖

    該網(wǎng)絡的通訊協(xié)議是采用第二層數(shù)據(jù)鏈(Data Link)，也就現(xiàn)場工業(yè)總線數(shù)據(jù)鏈FDL(Field Bus Data Link)。在該層次網(wǎng)絡上，由于工控機上運行的的WinCC組態(tài)軟件采取主動方式，需分別與其它站點通訊，所以WinCC組態(tài)軟件與其它站點通過各自的邏輯接口點（SAP）建立相互的通訊鏈路層。上層信息管理網(wǎng)絡的網(wǎng)絡參數(shù)是通過COM5431軟件配置的。

2.底層設備控制網(wǎng)絡

    在主PLC(E21)的框架上共插有兩塊通訊網(wǎng)卡，一塊為CP5431，連接到上層信息管理網(wǎng)絡，使主PLC(E21)構成為上層信息管理網(wǎng)絡一部分；而另一塊為CP5430，連接到底層設備控制網(wǎng)絡，又使主PLC(E21)構成為底層設備控制網(wǎng)絡一部分。所以主PLC(E21)起到了連接上層和底層網(wǎng)絡的網(wǎng)關作用。底層設備控制網(wǎng)絡主要作用是控制整個油漆車間的各個汽車涂裝工藝流程的具體過程和各個輸送鏈的相應運動，其途徑就通過現(xiàn)場工業(yè)總線 Profibus網(wǎng)絡，使油漆工藝控制系統(tǒng)的6臺PLC和輸送控制系的3臺PLC，按照上層信息管理網(wǎng)絡發(fā)出的控制指令，各自控制相應設備動作。同時，每臺PLC一方面通過網(wǎng)絡把自己的狀態(tài)信息發(fā)送到相關的PLC上，一方面通過網(wǎng)絡接受到其它PLC的狀態(tài)信息，以決定下一步動作。這樣由9臺PLC控制的各種設備動作可以做到相互配合、相互聯(lián)系和相互諧調，保證整個油漆車間能夠連續(xù)正常生產(chǎn)。底層設備控制網(wǎng)絡的結構圖詳見圖2。 

                           圖2底層設備控制網(wǎng)絡的結構圖

    該網(wǎng)絡的通訊協(xié)議是并行采用兩種，一種仍為現(xiàn)場工業(yè)總線數(shù)據(jù)鏈FDL方式，另一種為現(xiàn)場工業(yè)總線全局數(shù)據(jù) (Globe Data)。

    a)其它站點與主PLC(E21)的通訊，采用的是FDL方式。為此，主PLC(E21)分別與其它站點建立鏈路層。

    b)底層設備控制網(wǎng)絡中PLC之間的數(shù)據(jù)通訊，采用全局數(shù)據(jù)方式，既PLC之間交換數(shù)據(jù)通過對所定義的全局數(shù)據(jù)進行讀寫操作來完成。全局數(shù)據(jù)設置是通過COM5431軟件。

三.系統(tǒng)的信息處理

    在中控室里的工控機上運行著西門子公司的工業(yè)組態(tài)軟件-WinCC。她主要任務是進行油漆車間中控室中央控制系統(tǒng)的信息處理工作。它要實時采集全車間各個工藝設備的狀態(tài)信息，按照汽車涂裝生產(chǎn)工藝要求，實時地對狀態(tài)信息進行分析、歸納和綜合，根據(jù)需要及時地對相應工藝設備發(fā)出控制指令，以控制和調整相應工藝設備的工作狀態(tài)。在這里WinCC工業(yè)組態(tài)軟件經(jīng)過對系統(tǒng)的信息處理，可以有序地、安全地、可靠地和合理地控制著油漆車間汽車涂裝生產(chǎn)的全過程。所以，WinCC工業(yè)組態(tài)軟件是中控室中央控制系統(tǒng)的核心部分。

    系統(tǒng)通過WinCC的信息處理，以圖文并茂的人機界面形式，顯示系統(tǒng)對各個工藝設備的控制過程，顯示各個工藝設備的運行狀態(tài)和各種生產(chǎn)、工藝信息，以及人為參與控制、調整有關生產(chǎn)和工藝參數(shù)的操作內(nèi)容。其主要內(nèi)容可大致分為以下幾個方面：

1.汽車涂裝生產(chǎn)工藝過程監(jiān)控

    根據(jù)汽車涂裝生產(chǎn)工藝過程特點和工藝設備在車間的實際布局，比較形象地設計了一幅油漆工藝控制系統(tǒng)的主圖(詳見圖3 )及每個工藝過程的子圖（參見圖4），其監(jiān)控主要內(nèi)容和對象按工藝過程被分類為如下： 

                              圖3油漆系統(tǒng)主畫面

                                圖4面漆烘房系統(tǒng)

a)預處理系統(tǒng)和電泳系統(tǒng)

    (1)各種浸槽、水槽和備用槽的溫度高低和液位高低；
    (2)噴淋泵、輸入泵、熱水泵和各種溶劑泵的開停；
    (3)排風扇和供風扇的控制與檢測；
    (4)電泳系統(tǒng)的供電控制與檢測；
b)底漆噴漆房、面漆噴漆房、密封調膠房、調漆間、粗密封房、細密封房、電泳打磨房和底漆打磨房

    (1)排風扇和供風扇的控制與檢測；
    (2)用于保證濕度的加濕泵和廢水槽循環(huán)泵的開停；
    (3)用于清除廢碴的刮碴機的控制與檢測；
    (4)用于保證噴房內(nèi)一定風速的風壓保護裝置的檢測；
    (5)用于油漆輸送管路上防凍的保護裝置的檢測；
    (6)預防火災的消防報警；
c)電泳烘房、底漆烘房、面漆烘房和密封膠烘房

    (1)用于加熱循環(huán)空氣的熱交換器風扇的控制；
    (2)在電泳、底漆、面漆烘房出口處強冷風道的排風扇、供風扇和空氣檔扳控制；
    (3)烘房內(nèi)各工作區(qū)的溫度檢測；
    (4)烘房內(nèi)各工作區(qū)的燃燒點火控制；
    (5)烘房內(nèi)各工作區(qū)的熱空氣循環(huán)風扇的控制；
    (6)用于廢氣燃燒的焚燒爐燃燒點火控制；
    (7)焚燒爐內(nèi)溫度檢測和循環(huán)風扇的控制；
    (8)供烘房內(nèi)和焚燒爐內(nèi)燃燒的煤氣壓力檢測；
    (9)用于向大氣排放前有毒氣體燃燒的尾氣燃燒器的控制；
    (10)密封調膠房進口和出口熱風幕的控制；
    (11)表冷器狀態(tài)檢測；

2.溫度和溫度自動調節(jié)系統(tǒng)的監(jiān)控

    為了保證汽車油漆涂裝質量，其中一個重要的條件是各個工藝過程的環(huán)境溫度和濕度要穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。為此在各個工藝設備上都安裝有單回路調節(jié)DR20，以構成閉環(huán)的溫度和濕度控制回路，按照PID調節(jié)原理，使該處的溫度和濕度自動地穩(wěn)定在符合工藝要求的設定值上。由于這些單回路調節(jié)DR20通過網(wǎng)絡連接現(xiàn)場PLC上，在中控室里的工控機上，通過WinCC可采集和設置這些單回路調節(jié)DR20的參數(shù)。所以，WinCC可以監(jiān)視各個工藝過程的實際環(huán)境溫度和濕度，也可以根據(jù)工藝要求，通過改變設定值來控制這些環(huán)境溫度和濕度。請參見附錄九。下面是參與自動調節(jié)的各個溫度點和濕度點在工藝設備上分布：

a)預處理系統(tǒng) 

    (1)一、二、三和七區(qū)的熱交換器溫度；
    (2)六區(qū)冷凍水溫度和七區(qū)預熱溫度；

b)電泳系統(tǒng) 

    冷凍水熱交換器溫度；

c)電泳烘房、底漆烘房、面漆烘房和密封膠烘房

    (1)一、二、三和四區(qū)的溫度；
    (2) 1#和2#焚燒爐的溫度； 
    (3)熱交換器溫度；
    (4)強冷風道的供風溫度；
    (5)尾氣燃燒溫度；

d)電泳打磨房和底漆打磨房

    加溫/冷卻管溫度；

e)底漆噴漆房、面漆噴漆房、粗密封房、細密封房和報交/整理

    (1)加溫/冷卻管溫度；
    (2)加濕槽的濕度；

3.輸送系統(tǒng)運行狀態(tài)的控制與監(jiān)測

    該油漆車間輸送系統(tǒng)采用的是積放式懸掛輸送鏈，共有26條輸送鏈，6臺升降機。在中控室中央控制系統(tǒng)的統(tǒng)一控制和協(xié)調下，輸送系統(tǒng)的PLC按照油漆車間各部分涂裝工藝要求，控制各個輸送鏈的相應運動，使系統(tǒng)完成被加工轎車的輸送任務。在中控室WinCC工業(yè)組態(tài)軟件的界面上，設有按照整個車間的實際位置繪制的輸送控制系統(tǒng)的全局畫面(詳見圖5)，和按照區(qū)域的實際位置繪制的各個局部畫面(參見圖6)。在這些畫面上可以比較詳細地觀察到這些輸送鏈和升降機的具體位置和工作狀態(tài)。WinCC可監(jiān)控的內(nèi)容可歸納成以下幾個方面: 

                         圖5 輸送控制系統(tǒng)的全局畫面

                            圖6 輸送控制系統(tǒng)的局部畫面

a)輸送鏈運行的狀態(tài)

    (1)鏈條過緊；
    (2)鏈條過松；
    (3)壓縮空氣故障；
    (4)驅動器運行狀態(tài)；
    (5)馬達隔離開關打開；
    (6)馬達超溫；
    (7)轉矩過載；
    (8)變頻器中斷；
    (9)變頻器故障；

b) 升降機運行的狀態(tài)（水平驅動和垂直驅動） 

    (1)馬達隔離開關打開；
    (2)馬達超溫；
    (3)水平驅動：向前或向后超程；
    (4)垂直驅動：向上或向下超程；
    (5)水平驅動；轉矩向前或向后過載；
    (6)垂直驅動：轉矩向上或向下過載；
    (7)變頻器中斷；
    (8)變頻器故障；

c) 輸送鏈控制裝置的狀態(tài) 

    (1)斜坡安全保護故障；
    (2)道岔故障；
    (3)停止器故障；
    (4)生產(chǎn)急停；
    (5)鏈與鏈的轉換故障；

d)輸送鏈的交通控制

    (1)停止器之間在同一時間只準許一輛車；
    (2)從停止器到雙重空區(qū)開關；
    (3)從停止器到空位開關和帶計數(shù)器的停止器；
    (4)從停止器到尾部計數(shù)儲存區(qū)；
    (4)岔道的控制；
    (5)從一條軌道通過岔道進入兩條軌道；

四.系統(tǒng)中幾個特殊問題的處理

下面是在該工程項目進行中遇到的幾個比較特殊問題的解決方法：

1.系統(tǒng)命令的執(zhí)行順序

    在油漆車間中控室的WinCC的界面上，可以操作整個系統(tǒng)的停止與啟動，系統(tǒng)可自動地按時間序續(xù)完成一系列動作：

    a)自動啟動(Auto Start)是指系統(tǒng)完全停止后在系統(tǒng)的控 制下按照順序自動啟動各種工藝設備，啟動順序的原則為先烘房點火升溫，再預處理系統(tǒng)和電泳系統(tǒng)各種液槽加熱升溫，最后開起供排風扇，啟動過程約 3小時。

    b)自動停止(Auto Stop)是用于節(jié)假日長時間停機，它是在系統(tǒng)的控制下，首先把所有液槽、噴房和烘房里小車排放干凈，然后把小車輸送到儲存區(qū)，最后關閉所有設備。

    c)待機(Stand-By)是用于平時的短時間停機，它的操作過程除了焚燒爐以外，其它操作與自動停止都是相同的。在這里焚燒爐被控制在熱備狀態(tài)，即保持低溫燃燒狀態(tài)。

2.輸送鏈和升降機故障診斷

    輸送系統(tǒng)由26條輸送鏈和6臺升降機組成，設備較多，分別進行故障診斷工作量大。為此，根據(jù)設備分類特點，編制了幾個用于故障診斷的通用標準功能塊FB，可以涵蓋所有輸送鏈和升降機設備。由于這些標準功能塊FB可在程序中重復調用，不僅提高了工作效率，也提高了故障診斷的準確性。具體功能塊FB說明如下：

    a) FB30 HISPDCNV 快速輸送鏈故障診斷
    b) FB31 LOSPDCNV 低速輸送鏈故障診斷
    c) FB35 VFHZ 升降機水平驅動故障診斷
    d) FB36 VFVR 升降機垂直驅動故障診斷

3.WinCC運行速度的提高

    用于該系統(tǒng)的WinCC工業(yè)組態(tài)軟件，其用戶程序編制的比較龐大，使WinCC運行速度的降低，影響了系統(tǒng)功能。為此，我們采用下列方法提高WinCC運行速度，產(chǎn)生了較好的效果。

    a)對于較復雜的邏輯運算和數(shù)學運算，盡量少使用WinCC的C腳本，最好由PLC去作，WinCC只取最后運算結果。

    b)合理的設置WinCC變量的刷新時間，對于占大多數(shù)的變化緩慢的變量設置較長的刷新時間，大約為5秒；對于占少數(shù)的、變化迅速的和對系統(tǒng)影響重要的變量設置較短的刷新時間，大約為0.5秒。

    c)對于WinCC的圖形中對象的屬性動態(tài)特性盡量采用動態(tài)值范圍的方法去定義，對象的事件觸發(fā)的動作盡量采用直接連接的方法，少使用C動作方法。

五.結論和意義

    上海大眾汽車二廠油漆車間中控室中央控制系統(tǒng)的工程項目，我們成功應用西門子公司工業(yè)自動化PLC技術、Profibus現(xiàn)場工業(yè)總線技術和WinCC工業(yè)組態(tài)軟件的SCADA技術技術，經(jīng)過設計、施工和調試，該工程項目現(xiàn)已完成，通過了驗收并且投入正常生產(chǎn)運行。該系統(tǒng)把涂裝過程中的工藝控制設備和輸送設備，構成一個統(tǒng)一的、有著相互有機聯(lián)系、動作相互協(xié)調和可控制的系統(tǒng)，以完成各種工藝過程的控制并按一定的生產(chǎn)節(jié)拍進行，從而保證優(yōu)質的汽車涂裝產(chǎn)品質量，保證油漆車間連續(xù)地、可靠地、正常地自動化大批量生產(chǎn)，使產(chǎn)品具有優(yōu)良的耐蝕性和高裝飾性外觀，以延期其使用壽命，提高其商品的市場價格。

    該系統(tǒng)的使用，提高了油漆車間的自動化生產(chǎn)水平，也促進了油漆車間的生產(chǎn)管理、工藝管理、質量管理和設備管理。另外，該系統(tǒng)采用是目前比較先進計算機控制、網(wǎng)絡和信息處理技術，在汽車涂裝行業(yè)中具有一定的先進性和代表性，所以該系統(tǒng)具有推廣的價值。