一、 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
神龍汽車有限公司是中國(guó)最大的中法合資企業(yè)，也是國(guó)內(nèi)最大的汽車制造廠家之一，主要生產(chǎn)雪鐵龍和標(biāo)致兩種品牌的汽車，目前已形成年產(chǎn)30萬(wàn)輛汽車的生產(chǎn)能力。神龍公司沖壓車間二期項(xiàng)目是神龍公司生產(chǎn)能力從15萬(wàn)輛提升到30萬(wàn)輛的重點(diǎn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目共有三條全自動(dòng)機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線。其中壓力機(jī)由德國(guó)舒勒公司提供，機(jī)器人自動(dòng)化連線由ABB柔性自動(dòng)化公司（西班牙）負(fù)責(zé)。下面我將以沖壓車間L6線為例來(lái)介紹SIENENS自動(dòng)化產(chǎn)品在沖壓生產(chǎn)線的應(yīng)用。
二、 系統(tǒng)介紹
1. 項(xiàng)目的簡(jiǎn)要工藝。
沖壓車間L6線是使用一臺(tái)帶液壓墊的單動(dòng)壓機(jī)1400T(SEC)和另外四臺(tái)單動(dòng)壓機(jī)600T(SE))對(duì)板料進(jìn)行連續(xù)沖壓來(lái)獲得最終的成形零件。由叉車將開卷線下好的板料上到生產(chǎn)線首端的兩個(gè)可移動(dòng)拆垛小車上。板料由一臺(tái)裝有雙料檢測(cè)器的拆垛機(jī)器人進(jìn)行拆垛，它將拆垛的板料放置在對(duì)中臺(tái)上。板料在對(duì)中臺(tái)上對(duì)中后由一臺(tái)上料機(jī)器人抓起, 并將板料放到帶液壓墊的單動(dòng)壓機(jī)(SEC)里進(jìn)行沖壓. 壓機(jī)間工位機(jī)器人將板料從SEC壓機(jī)逐步運(yùn)送每臺(tái)單動(dòng)壓機(jī)（SE）里進(jìn)行沖壓直到線尾的最后一臺(tái)單動(dòng)壓機(jī)(SE)里。一個(gè)出線端機(jī)器人將已沖壓好的零件從最后一臺(tái)單動(dòng)壓機(jī)(SE)里取出,然后放置在出料皮帶機(jī)上. 出料皮帶機(jī)將零件傳送到操作人員處,由后者將零件放置在容器箱里
神龍汽車公司沖壓L6線
2. 生產(chǎn)線的組成及功能
整條生產(chǎn)線主要由八臺(tái)機(jī)器人、五臺(tái)壓機(jī)、兩個(gè)拆垛小車和線尾出料皮帶機(jī)組成，分為6個(gè)單元（生產(chǎn)線布局為下圖一所示）。
圖一
² 單元1：由R61U和R
² 單元2：由R62U和R
² 單元 3、4、5：分別由R63、R64、R65以及相對(duì)應(yīng)的P62#壓力機(jī)、P63#壓力機(jī)和P64#壓力機(jī)組成。負(fù)責(zé)在壓機(jī)61#和64#壓機(jī)之間上料和下料及零件沖壓成形。
² 單元6：由R66機(jī)器人和線尾出料皮帶機(jī)組成。負(fù)責(zé)為64#壓機(jī)下料并傳送零件到線尾出料皮帶機(jī)。
3. 自動(dòng)化系統(tǒng)的組成
沖壓車間L6線的整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)分為為兩大部分。
1) 壓力機(jī)部分的自動(dòng)化：
壓力機(jī)按照設(shè)備的組成一般可分為上橫梁、滑塊、底座、活動(dòng)工作臺(tái)、液壓站和壓機(jī)操作面板以及壓機(jī)電柜等幾部分。采用SIEMENS公司的S7-416-2DP PLC作為控制系統(tǒng)，通過Profibus總線將分布在各個(gè)組成單元的分布式I/O,編碼器，變頻器，直流調(diào)速器、MP370人機(jī)界面等連接起來(lái)。
2) 機(jī)器人自動(dòng)化連線部分：
自動(dòng)化連線由位于線首TDL電柜的SIEMENS S7 416-2DP PLC作為控制系統(tǒng), 通過PROFIBUS 總線連接管理分布在6個(gè)單元的ET
壓機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用，而全自動(dòng)機(jī)器人沖壓線在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用還不多，下面我將主要介紹機(jī)器人自動(dòng)化連線部分。
三、 機(jī)器人自動(dòng)化連線控制系統(tǒng)的構(gòu)成
機(jī)器人自動(dòng)化連線電氣控制系統(tǒng)采用全套德國(guó)西門子元器件。從空氣開關(guān)、接觸器到PLC、分布式I/O、HMI人機(jī)界面、變頻驅(qū)動(dòng)器等全部選用西門子器件，通過采用西門子PROFIBUS總線并結(jié)合西門子STEP 7編程軟件的強(qiáng)大功能，輕松實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的高性能、高可靠性和易于維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了西門子的全集成自動(dòng)化解決方案。
4. 系統(tǒng)的硬件組態(tài)。
5. 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
6. 機(jī)器人與PLC的接口信號(hào)定義：
通過在每個(gè)機(jī)器人SC4plus控制系統(tǒng)中配上作為Profibus-DP從站的DSQC352單元板，同時(shí)在S7 PLC PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)上配置該單元，這樣SIEMENC PLC 就可以和ABB機(jī)器人交換信息了。下面是一個(gè)ABB 機(jī)器人配置的實(shí)際例子：
EIO_UNIT:
-Name "SLAVE" -Type "d352" -Bus "BASE" -Digin 64 -Digout 64 -PollRate 50
-Param "SLAVE_VALUES"
EIO_USER_SIGNAL = EIO_SIGNAL:
-Name "rdiProgNumP1" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 1
-Name "rdiProgNumP2" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 2
-Name "rdiProgNumP4" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 3
-Name "rdiProgNumP8" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 4
-Name "rdiProgNumP16" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 5
-Name "rdiProgNumP32" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 6
-Name "rdiProgNumP64" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 7
。。。
-Name "rdiNextProgP128" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 64
由上例可見，該單元共配置64個(gè)輸入/輸出，對(duì)每個(gè)輸入/輸出定義變量名后，就可以在機(jī)器人中系統(tǒng)中使用這些輸入/輸出。這樣S7 PLC 的輸出就對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的ABB機(jī)器人的輸入，同理ABB機(jī)器人的輸出對(duì)應(yīng)相應(yīng)的S7 PLC的輸入。
四、 控制系統(tǒng)完成的功能
1. 該自動(dòng)化連線裝置主要實(shí)現(xiàn)以下功能:
- 沖壓線自動(dòng)化的一般功能
Ø 包括拆垛小車的運(yùn)行管理、線尾皮帶機(jī)運(yùn)行管理。由于線尾皮帶機(jī)采用了變頻調(diào)速，因此皮帶機(jī)的速度按工藝要求進(jìn)行調(diào)整。即在MP370上輸入所需要的速度后，S7 PLC 就可以通過Profibus將所設(shè)定的參數(shù)發(fā)送給變頻器，變頻器就可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)按最新的設(shè)定值進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。從而實(shí)現(xiàn)了針對(duì)不同尺寸的零件調(diào)整皮帶機(jī)速度的功能。
Ø 信號(hào)指示燈的管理，分別管理線首操作臺(tái)指示燈和單元指示燈。通過不同的指示燈的顯示，可以很方便的知道生產(chǎn)線所處的狀態(tài)，線首操作臺(tái)指示燈分為6個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)指示見下表：
|
部件 |
標(biāo)簽名稱 |
狀態(tài)/動(dòng)作 |
功能 |
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N°1 指示燈 綠色 |
沖壓線自動(dòng) |
閃爍 |
沖壓線初始條件Ok (單元1到6已經(jīng)OK，等待 DCY) |
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保持亮 |
沖壓線自動(dòng)運(yùn)行(DCY) |
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N°2 指示燈 白色 |
沖壓線清空 |
閃爍 |
正在請(qǐng)求清空 |
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保持亮 |
沖壓線已經(jīng)清空 |
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N°3 指示燈 紅色 |
沖壓線故障 |
閃爍 |
沖壓線安全門打開或沒有重新鎖定 |
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保持亮 |
導(dǎo)致生產(chǎn)線停止的故障 |
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N°4 指示燈 橙色 |
批次更換 |
閃爍 |
請(qǐng)求批次更換 |
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保持亮 |
正在更換批次中 |
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N°5 指示燈 藍(lán)色 |
質(zhì)檢停止 |
保持亮 |
沖壓線處于質(zhì)檢停止中 |
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N°6 指示燈 橙色 |
廢料線停止 |
保持亮 |
地下室廢料線已停止運(yùn)行 |
Ø 生產(chǎn)參數(shù)管理，在生產(chǎn)線首的第一個(gè)顯示屏上能夠顯示當(dāng)前生產(chǎn)零件的批次號(hào), 每班生產(chǎn)零件數(shù)量, 生產(chǎn)的小時(shí)節(jié)拍, 沖壓線的瞬時(shí)節(jié)拍, 以及更換批次時(shí)間.位于沖壓線線尾的第二個(gè)顯示屏僅顯示當(dāng)班生產(chǎn)的零件數(shù)量。兩個(gè)顯示屏都連接在PROFIBUS總線上，因此可以很方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新，見下圖。
Ø 包括壓機(jī)發(fā)給機(jī)器人的下料允許、零件在壓機(jī)內(nèi)、零件已沖壓等信號(hào)以及機(jī)器人發(fā)給壓機(jī)的上下料確認(rèn)、機(jī)器人在壓機(jī)范圍外和啟動(dòng)壓機(jī)下壓等信號(hào)。
- 工藝參數(shù)的存儲(chǔ)和自動(dòng)換模功能
Ø 所有生產(chǎn)零件的工藝參數(shù)均存放在MP370的配方當(dāng)中，維修人員可以通過ProSave將配方保存在電腦中，另外也在PROTOOL中設(shè)計(jì)了相應(yīng)的功能鍵可以將配方組直接存儲(chǔ)在CF卡上。這樣當(dāng)更換一個(gè)新的MP370后就可以直接將配方數(shù)據(jù)導(dǎo)入而不需要再次輸入工藝參數(shù)了。當(dāng)需要全線自動(dòng)換模時(shí)，通過MP370頁(yè)面上功能，在MP370內(nèi)的零件表中選擇需要生產(chǎn)的零件號(hào)，發(fā)送全線換模命令，生產(chǎn)線即開始自動(dòng)換模。機(jī)器人的參數(shù)、壓機(jī)的工藝參數(shù)全部自動(dòng)調(diào)整和更換。下圖是在HMI上的換模頁(yè)面
- 整線的管理功能
Ø 包括單元的請(qǐng)求進(jìn)入、循環(huán)結(jié)束停止、質(zhì)量檢查停止和沖壓線排空等各種情況的處理
- 沖壓連線的故障和報(bào)警的管理
Ø 由于在項(xiàng)目中使用SIEMENS的PDAIG軟件，提高了STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件采用LAD/STL/FBD語(yǔ)言在處理診斷功能方面的能力，這個(gè)診斷處理功能能夠監(jiān)視生產(chǎn)過程，察覺使用過程中的出現(xiàn)故障并提供相應(yīng)的故障的ID和相關(guān)聯(lián)的值發(fā)送到相連接的HMI操作面板上，通過在HMI上的診斷頁(yè)面，就可以查看相應(yīng)的發(fā)生故障的程序段和了解故障發(fā)生的原因。另外本項(xiàng)目還增加了相應(yīng)的Profibus總線的診斷功能。
- 總之, 整條生產(chǎn)線自動(dòng)運(yùn)行的所有過程.
2. 項(xiàng)目中的部分特殊功能的實(shí)現(xiàn)。
這次在項(xiàng)目中還使用了網(wǎng)絡(luò)診斷功能，它是采用了SIEMENS公司診斷型中繼器（Diagnostics Repeater）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。診斷型中繼器除擁有普通中繼器的網(wǎng)段擴(kuò)展功能外，還具有PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能，當(dāng)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)物理介質(zhì)出錯(cuò)時(shí)，它可快速定位故障發(fā)生的地點(diǎn)及故障性質(zhì)，包括：PROFIBUS中A線或B線斷路/與屏蔽層間的短路、終端電阻缺失或無(wú)效的級(jí)聯(lián)深度、網(wǎng)段節(jié)點(diǎn)過多或距離超出通信范圍等。
在STEP 7程序中調(diào)用FB125及其背景數(shù)據(jù)塊DB125可以診斷系統(tǒng)中站點(diǎn)和模塊的錯(cuò)誤，FB125/DB125須由OB1/OB82/OB86進(jìn)行調(diào)用。
FB125在OB1/OB82/OB86中調(diào)用程序如下：
CALL "DETAIL_DP_DIAG" , "DETAIL_DIAG_DB" // 調(diào)用FB125/DB125
DP_MASTERSYSTEM := // DP主站的個(gè)數(shù)
EXTERNAL_DP_INTERFACE:= // CPU集成的DP接口
MANUAL_MODE := // 手動(dòng)/自動(dòng) 模式選擇
SINGLE_STEP_SLAVE := // 轉(zhuǎn)到下一個(gè)出錯(cuò)的DP從站
SINGLE_STEP_ERROR := // 轉(zhuǎn)到正在顯示的DP從站的下一個(gè)錯(cuò)誤
RESET := // 系統(tǒng)初始化
SINGLE_DIAG := // 讀DP從站的診斷
SINGLE_DIAG_ADR := // 設(shè)置單獨(dú)診斷的從站地址
ALL_DP_SLAVES_OK := // 系統(tǒng)中從站運(yùn)行正常否
SUM_SLAVES_DIAG := // 出錯(cuò)的從站的數(shù)目
SLAVE_ADR := // 出錯(cuò)的從站的地址
SLAVE_STATE := // 從站狀態(tài)
SLAVE_IDENT_NO := // 與SLAVE_ADR想關(guān)聯(lián)
ERROR_NO := // 與SLAVE_ADR對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤故障信息
ERROR_TYPE := // 故障類別
MODULE_NO := // 與SLAVE_ADR相對(duì)應(yīng)的模塊編號(hào)
MODULE_STATE := // 與SLAVE_ADR相對(duì)應(yīng)的模塊狀態(tài)
CHANNEL_NO := // 與SLAVE_ADR相對(duì)應(yīng)的模塊的通道編號(hào)
CHANNEL_TYPE := // 與SLAVE_ADR相對(duì)應(yīng)的通道類型
CHANNEL_ERROR_CODE := // 與SLAVE_ADR相對(duì)應(yīng)的通道的錯(cuò)誤信息碼
CHANNEL_ERROR_INFO_1 := // 與SLAVE_ADR相對(duì)應(yīng)的通道的錯(cuò)誤類型1
CHANNEL_ERROR_INFO_2 := // 與SLAVE_ADR相對(duì)應(yīng)的通道的錯(cuò)誤類型2
DIAG_COUNTER := // 顯示的DP從站的總數(shù)
DIAG_OVERFLOW := // 診斷DP從站的總數(shù)大于32個(gè)，需執(zhí)行RESET
BUSY := // FB125正在診斷DP系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤在 MP370上的顯示是標(biāo)準(zhǔn)頁(yè)面，這些頁(yè)面可從PROTOOL標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中進(jìn)行拷貝應(yīng)用，站點(diǎn)狀態(tài)顯示頁(yè)面見下圖
3. 結(jié)束語(yǔ)
由于采用了SIEMENS公司S7-400系列PLC及其相應(yīng)的Profibus總線，使得整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)功能強(qiáng)大，安全可靠，操作靈活，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了設(shè)備運(yùn)行時(shí)的故障率，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率和自動(dòng)化管理水平，提高了神龍公司在激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的領(lǐng)先到位。同時(shí)這也是SIEMENS公司自動(dòng)化產(chǎn)品在神龍公司設(shè)備項(xiàng)目改造中應(yīng)用的又一成功范例。