安全總線在自動化控制的應用

摘要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，汽車逐漸走進千家萬戶，成為人們主要的出行交通工具。為進一步降低汽車焊裝焊接成本，提升汽車焊接的質(zhì)量與安全性，越來越多的汽車廠商開始采用焊裝自動化控制系統(tǒng)。本文現(xiàn)分析了汽車焊裝焊接生產(chǎn)線及自動化控制的構成，然后，重點探討了安全總線在汽車焊裝自動化控制中的應用，以供參考。

關鍵詞：汽車焊裝；自動化控制；安全總線

現(xiàn)場總線是一種比較成熟的控制系統(tǒng)技術，安全總線是在“標準現(xiàn)場總線”基礎上發(fā)展而來，從本質(zhì)上來說，其是屬于一種安全控制系統(tǒng)技術，這種技術使用的是安全總線協(xié)議。在具體的應用實踐過程中，可以說安全總線的完整性比較高，能使安全信息在預定時間內(nèi)，完整、可靠地在設備間進行傳輸。目前，安全總線在汽車、機械、船舶、機床、石化等行業(yè)的應用越來越廣泛。隨著汽車保有量的日益增加，汽車行業(yè)也獲得了快速的發(fā)展。在汽車焊接工作中，安全總線是非常重要的一個環(huán)節(jié)，對汽車生產(chǎn)與質(zhì)量都具有重要的影響。

1安全總線的特點分析

安全總線系統(tǒng)包含安全控制器、現(xiàn)場分散安全模塊兩部分，二者通過安全總線（Cable）來連接，連接必須符合安全相關要求并經(jīng)過認證。其中，安全控制器是核心，主要負責安全系統(tǒng)的邏輯運算處理、運作管理等；現(xiàn)場分散安全模塊主要是進行安全輸入、輸出信號處理。汽車安全總線包括A、B、C、D四類總線，A類總線按照uart通用異步收發(fā)器標準進行設備通信；B類總線的通信標準是依據(jù)can標準來進行的，其位速度一般為47.6-125，達到了歐洲標準；C類總線為動力傳動控制系統(tǒng)；D類總線為多媒體總線、信息娛樂系統(tǒng)，可細分為高、低、無線三種速度，sae類型的傳輸頻率為250kb/s-100md/s。在對當前汽車焊裝實際進行研究的基礎上，Rockwell、Siemens等幾家世界大規(guī)模自動化系統(tǒng)公司與傳感器生產(chǎn)公司通過深度合作，通過技術合作，研發(fā)出了安全總線控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有良好的兼容性與開放性，實驗結果顯示其應用效果是非常顯著的。與標準總線相比，安全總線系統(tǒng)與其之間的差異點，主要集中在通信協(xié)議標準方面。安全總線能夠使安全PLC與標準PLC系統(tǒng)進行集成，使其共同統(tǒng)一到PLC中，再借助一條物理總線的支持，實現(xiàn)標準的I/O通信與故障安全I/O通信。作為一個開放性的總線系統(tǒng)，汽車生產(chǎn)線上的安全總線，主要用來傳輸安全相關數(shù)據(jù)及完成安全相關的功能，使控制分散化、現(xiàn)場化和便捷化，具有安全、可靠、低成本、控制網(wǎng)絡結構簡化等優(yōu)點并能提高系統(tǒng)結構靈活化，從而進一步擴大安全系統(tǒng)控制范圍，為安全、穩(wěn)定生產(chǎn)提供保障。

2汽車焊裝自動化系統(tǒng)

2.1汽車生產(chǎn)線構成

汽車焊裝生產(chǎn)線包括車身完成線的構造裝調(diào)線、車身主焊線、下車身總成線、地板總成線、機艙總成線、側圍總成線和四門兩蓋總成線等。主焊線是所有汽車生產(chǎn)線的基礎，也是汽車生產(chǎn)線上的核心，是汽車車身上最為最重要的一條生產(chǎn)線，其生產(chǎn)質(zhì)量會直接決定著汽車的質(zhì)量。地板下車身總成線主要是機艙總成與地板總成焊接，需要較高的機械自動化，對機械設備和焊接技術的要求都比較高。側圍總成線就是指汽車側圍的結合，由兩條對稱的焊接生產(chǎn)線構成。出于外觀和安全考量，側圍總成線需要較高的自動化技術才能實現(xiàn)其功能作用。裝調(diào)線是在完成焊接等工作后，對汽車四門兩蓋進行相應的裝配和優(yōu)化調(diào)整，使整車間隙及面差達到公差允許的范圍。

2.2汽車焊裝自動化控制系統(tǒng)

從實際來看，汽車焊裝車間依據(jù)生產(chǎn)線，可以分成不同的獨立控制部分，這些部分分別通過控制層、設備層、監(jiān)控層等來控制，各層的功能需要相應的軟硬件實施來輔助實現(xiàn)。汽車焊裝車間自動化系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，二者具有相輔相成的關系。2.2.1汽車焊裝自動化控制硬件系統(tǒng)第一，汽車焊裝內(nèi)的控制層�？刂茖永�用PLC系統(tǒng)進行控制，該控制系統(tǒng)安裝在焊裝車間自動化生產(chǎn)線中，包括左/右側圍PLC控制系統(tǒng)、ANDON系統(tǒng)信息采集PLC控制系統(tǒng)、地板線PLC控制系統(tǒng)等。根據(jù)我國汽車焊裝發(fā)展實際來判斷，可以發(fā)現(xiàn)，汽車焊裝生產(chǎn)線是推動汽車行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的基礎和前提。在汽車生產(chǎn)企業(yè)，汽車車間的控制層都是由車間的自動化控制系統(tǒng)構成的，各系統(tǒng)都是采用自動化控制技術來進行控制，每個控制系統(tǒng)的內(nèi)容都不同。各個控制系統(tǒng)之間需要互相依賴和協(xié)調(diào)，這樣才能確保車間控制有序、高效。第二，汽車焊裝內(nèi)的設備層。設備層指的是PLC控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場電氣設施，在信息科技日新月異發(fā)展推動下，汽車行業(yè)的自動化水平越來越高，汽車焊裝設備也實現(xiàn)了自動化控制，掃描槍、無線射頻讀寫設施、焊裝機器人、光幕、遠程模塊以及變頻器等都屬于設備層，它們在汽車焊裝中得到了廣泛的應用。如果汽車焊裝設備出現(xiàn)問題，就會對汽車生產(chǎn)系統(tǒng)的創(chuàng)新化及未來發(fā)展產(chǎn)生較大的影響。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展，目前，汽車焊裝自動化控制中的熱點技術是基于總線技術的網(wǎng)絡集成自動化技術。第三，汽車焊裝內(nèi)的監(jiān)控層。在功能實現(xiàn)上，監(jiān)控層通過ANDON系統(tǒng)服務器、監(jiān)控管理系統(tǒng)服務器等進行工作，這些服務器都位于車間控制室中，可以對車間生產(chǎn)進行監(jiān)控。監(jiān)控層在汽車生產(chǎn)的任何環(huán)節(jié)都是非常重要的，其在生產(chǎn)車間中起到了管理和上位監(jiān)控兩大功能作用。來自廠級MEC制定的計劃通過生產(chǎn)車間監(jiān)控管理系統(tǒng)服務器被車間接收，各生產(chǎn)線按照計劃開展生產(chǎn)。現(xiàn)實的生產(chǎn)情況通過生產(chǎn)車間監(jiān)控管理系統(tǒng)服務器，可以及時反饋到廠級MES系統(tǒng)，由其進行信息匯總處理，從而提高汽車生產(chǎn)效率與質(zhì)量。2.2.2汽車焊裝自動化控制軟件系統(tǒng)第一，結構化編程模式。汽車焊裝生產(chǎn)線盡管各不相同，不同的汽車廠家對于PLC程序的樹狀結構要求也存在差異，但其自身功能結構單元都是相對統(tǒng)一的，結構化編程模式基于此特點，可以提高程序結構的可讀性與統(tǒng)一性，方便、快捷地維護、修改汽車焊裝自動化控制系統(tǒng)。第二，模塊化編程模式。汽車生產(chǎn)企業(yè)的焊裝車間內(nèi)，焊裝線有多種，每種的功能與內(nèi)部構成都存在很大的區(qū)別，但在設備構成和運行方式方面，卻具有很多相似之處。模塊化編程方式實際上就是在將相同的設備和運行方式變量進行集中管理，這樣可以簡化程序編輯工作量，達到程度優(yōu)化和統(tǒng)一。在模塊化編程過程中，根據(jù)用戶自定義的各類數(shù)據(jù)來編輯變量，重新定義變量，之后，再將PLC程序制成功能模塊，并在具體應用中依據(jù)I/O變量的不同，調(diào)用各個模塊來完成編程。

3汽車焊裝自動化控制中安全總線的應用

隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大以及生產(chǎn)技術的提升，控制系統(tǒng)的自動化水平也得到了不斷加強。在自動化系統(tǒng)中，與其他系統(tǒng)相比，安全設備控制系統(tǒng)發(fā)展是比較遲滯的。安全總線技術屬于比較先進的技術，具有安全總線協(xié)議，從協(xié)議上來看，其擴展了對標準協(xié)議，這樣就可以實現(xiàn)在安全總線下，標準及安全裝置都能實現(xiàn)在同網(wǎng)絡上運行。安全總線的安全通信不需要網(wǎng)關、網(wǎng)橋等價格較高的硬件設備，既能獨立進行應用，也能與標準總線進行聯(lián)合應用，而且，在應用過程中，不需要另外增加輔助設備。作為一種性能卓越的傳輸介質(zhì)，安全總線系統(tǒng)抗噪抗干擾能力強，能自動檢查重合“節(jié)點地址”，重審“數(shù)據(jù)鏈層”，并能結合其他配置創(chuàng)建系統(tǒng)“優(yōu)先權”功能，在此過程中，誤碼發(fā)生率也極低。PROFIsafe和SafetyBUSp兩種安全總線在世界上的應用比較廣泛，其中，德國PROFIBUS用戶組織（PNO）頒布的PROFIsafe，其基礎是標準PROFIBUS，可以實現(xiàn)主、從站之間故障安全通信。PILZ公司頒布的SafetyBUSp，其應用的是以CAN協(xié)議為基礎的通信方式，這種協(xié)議下的傳輸是通過雙線差動進行通信的，抗噪聲能力非常顯著，SafetyBUSp只作為安全總線系統(tǒng)使用，其協(xié)議負責數(shù)據(jù)安全安全性。安全總線在汽車焊裝自動化控制中的應用日漸廣泛，提高了汽車焊裝的效率和車身的焊接質(zhì)量，推動著汽車焊裝向著智能化以及網(wǎng)絡化發(fā)展。在汽車電氣控制系統(tǒng)中，一共存在五條空中運輸線，所有的工藝流程都通過其到達最終目的地。這些生產(chǎn)線都比較先進，有效避免了傳統(tǒng)生產(chǎn)線的弊端。點焊機器人在汽車自動化生產(chǎn)線焊裝系統(tǒng)中起到了主要的作用，其能識別汽車車廂以及內(nèi)部設備，并自帶修磨的裝備。安全總線功能強大、安全可靠、操作靈活，為汽車生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造了極大的效益，對我國汽車行業(yè)創(chuàng)新也有著很大的啟發(fā)作用。

4結語

綜上所述，安全總線在汽車焊裝自動化控制中的應用，其效果是非常顯著的，既能提升汽車焊裝效率，也能提高汽車車身焊接質(zhì)量，并能促進程序的重用性與移植性，從而真正推動我國汽車焊裝自動化控制實現(xiàn)現(xiàn)代化、智能化發(fā)展。

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作者：葉雷 王剛 單位：湖南獵豹汽車股份有限公司