（电机与电器专业论文）基于网络的汽车总装生产控制及信息管理系统.pdf

l r y 。l 矿 7 摘要 东南大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t t h ec o n t r 0 1o fa s s e m b l a g e1 i n ea n dt h ei n f o m a t i o nm a n a g e m e n ta r et w ov e r v i m p o r t a n ta s p e c t so ft h em o d e ma u t o m o b i l em a n u f a c t u r e t oi n v e s t i g a t ea n d e n h a n c et h et w oa s p e c t sa r ea 笋e a th e l pt oi n c r e a s i n go u t p u ta j l di m p r o v i n gq u a l i t y b a s e do np r o g r 锄m a b l e1 0 9 i cc o n t r 0 1 1 e r ( p l c ) ，i n d u s t r i a lc o n t m ln e t w o r ka n dd a t a c 0 1 l e c t i o nt e c l u l i q u e ，t h i st h e s i sd e v e l o p sap r o d u c t i o nc o n t r 0 1a n di n f o n n a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e mo fa u t o m o b i l ea s s e m b l a g e i nm es v s t e mt h eh u m a n m a c h i n e i n t e r f a c es o f ： w a r e ，r s e ws e ，i su s e dt od e v e l o pap r o d u c t i o nm o n i t o r i n 2s v s t e m w i t hp o w e r m l 劬c t i o n s t h e s ef - u n c t i o n si n c l u d et h er e a lt i m ed i s p l a ya n dc o n t r 0 1o f p r o d u c t i o np r o c e s s 、 t h er e a lt i m es t a t i s t i c so fp r o d u c ti n f o i n a t i o n 、t h em o i l i t o r i n g a n dc o n t r o lo fd e v i c es t a t u s ，a n ds oo n t h en l n n i n go ft h es y s t e mi n d i c a t e st h a tt h a t t h es y s t e md e v e l o p e db yt h et h e s i sh a sp e r f e c tm n c t i o n sa n dh ig ha u t o m a t i o nl e v e l t h j st h e s i sc o n s i s t so ff i v ec h a p t e r s c h a p t e ro n ei n t r o d u c e sm eb a c k g r o u n do f t h et a s k ，r e v i e w st h ea p p l i c a t i o na 1 1 dd e v e l o p m e n th i s t o r yo fm ee l e c t r i cc o n t r 0 1a n d i n f o m l a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo ft h ea u t o m o b i l e p r o d u c t i o n c h a p t e rt w o i n t r o d u c e s t h ea u t o m o b i l ed r o d u c t i o nn o wa n dt h ec 0 1 1 0 c a t i o na n df u n c t i o no f a u t o m o b i l ea s s e m b l a g ea r e a c h a p t e rt 1 1 r e eb r i e n vi n t r o d u c e st h ee l e c t r i cc o n t r o l s y s t e ma n dt h en e 艄r o r kc o n f i g u r a t i o no fa u t o m o b i l ea s s e m b l a g e1 i n e ，a 1 1 dg i v e st h e n e 觚o r kd e s i g na n ds o m ep r o g r 锄m i n gd e t a i l s c h a p t e rf o u ri n t r o d u c e st h e d e v e l o p m e n to f t h em o n i t o ra 1 1 dc o n t r 0 1s y s t e mb yu s i n gr s e ws e ，w 1 1 i c hi sb a s e d o np l ca n dn e t 、v o f kt e c h n i q u e c h a p t e rf i v ei n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n td e t a i l so f i n f o h n a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo ft h ea u t o m o b i l ep r o d u c t i o nb a s e do nd a t a c 0 1 1 e c t i o nt e c l u l i a u e k e yw o r d s ：a u t o m o b i l ea s s e m b l a g e ，e l e c t r i c a lc o n t r 0 1 ，i n f o n 工l a t i o nm a n a g e m e n t ， i n d u s t r i a lc o n t r 0 1n e 铆o r k ，p r o 掣锄m a b l e1 0 9 i c a lc o n t r 0 1 l e r 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档 的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借 阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东 南大学研究生院办理。 研究生签名：础导师签名： 第一章绪论东南大学工程硕士学位论文 1 1 课题背景 第一章绪论 汽车工业的竞争日益激烈，汽车制造企业面临着前所未有的挑战，特别是 中国的汽车工业面临的形势更加严峻，主要来自于消费者对汽车的质量和车型 选择要求日益提高，汽车产品的生命周期日益缩短，激烈的全球化竞争要求汽 车厂商不断提高生产率和降低生产成本，而日益严格的环境要求、安全生产要 求也对汽车制造企业提出了更高的要求。 作为汽车生产核心的汽车装配生产线是一个非常庞大的系统，它的主要工 艺流程由存储区、工件装配区、升降区、检修区、检测区、下线区等组成，因 此汽车装配生产线的控制系统十分复杂，它需要控制道岔、停止器、捕捉器、 隔离开关、急停开关、光电开关、传送机、张紧器、升降机等各种不同的执行 机构，同时汽车装配生产线具有复杂的连锁关系，从车辆上线到产品车下线， 包括装配工艺链和快速输送链之间的衔接，需要各种装置、各个环节紧密配合， 不能出现丝毫差错，否则生产将不能正常进行，所以汽车装配生产线对控制系 统的要求特别高。 根据汽车物料输送系统的控制特点可以采用p l c 进行逻辑控制，不同区 域的传感器信号送至p l c 中，无论是系统控制，还是各区域的顺序控制及联锁 都可集中在p l c 中统一完成。而由于控制系统的庞大，为解决生产过程中发生 故障后，能及时对故障进行判断和解决，开发出有效的实时监控系统，根据p l c 的运行状态，以及外围i o 的状态，用软件来模拟显示整条生产线的加工状态， 并能自动判断出故障的正确位置，就可以方便维修，缩短故障停机时间，为生 产的正常进行提供有力的保证。 汽车总装生产线生产信息管理系统是在工业网络技术的基础上发展起来 的，由于网络的运用，各种现场的信息可以向上位计算机实时发送，从而在生 产的运行、管理和调度过程中可以进行有效的全程、远程监控，为科学的管理 提供依据。 第一章绪论 东南大学工程硕士学位论文 1 2 汽车总装生产线控制技术的发展 1 2 1 传统的汽车总装生产线控制技术 汽车输送线和装配线的控制系统非常复杂，它需要控制道岔、停止器、驱 动站、升降机等许多执行机构，因此汽车物料输送系统的控制本质就是相互协 调的多个现场区域控制，传统的控制方式是采用p l c 集中控制，在该方案中来 自不同区域的传感器信号通过硬连接送至中央控制p l c 中，无论是系统控制， 还是各区域的顺序控制及联锁都集中在该p l c 中统一完成，控制输出通过硬连 接发送至各区域的执行机构。这种方法虽然可用，但也不可避免地存在以下缺 点： 1 、 大量的与系统控制无关的区域顺序控制和联锁也需要通过中央控制 p l c 编程来实现。这样就大大增加了程序编制工作量和系统调试工作量。 2 、 系统运行时，所有控制都集中在中央控制p l c 中完成，这样也不可 避免地集中了危险，从而降低了系统的整体可用性，一旦中央控制p l c 出现故 障将导致整个系统的瘫痪。 3 、 集中控制还需要现场设备和中央控制p l c 之间进行大量的信息传递。 如果采用硬接线方式，长距离的电缆连接带来大量的布线接线工作、高额的电 缆材料费用和安装费用；如果采用现场总线方式，有限的现场总线通讯速率和 大量的信息交换将成为应用时的障碍，同时也造成编程、调试和系统维护的困 难。 1 2 2 汽车总装生产线控制技术的发展方向 对于汽车输送线而言，其区域控制的特点非常明显，主要可分为顺序积放、 链条驱动及升降机构三种控制类型，它的区域内部以顺序控制为主，区域之间 以信号互锁为主，因此采用就地安装的由智能化、模块化设计的现场区域控制 器p l c 来实现区域顺序控制，各个底层p l c 之间通过现场总线等工业网络进 行连接，实现信息的共享和相互之间的联锁控制，此方法显得十分方便和实用。 此方法和传统的p l c 集中控制方法相比，具有以下优越性 1 、 在现场区域p l c 中，用户只要通过简单的编程就可实现区域顺序控 制及联锁；化整为零，从而大大减少p l c 的编程工作，缩短系统的调试时间。 2 、 现场区域p l c 能够实现输送控制系统的分布式就地自治，大大提高 了系统的可用性 第一章绪论 东南大学工程硕士学位论文 3 、 主控p l c 只用于系统的控制和协调，意味着主控p l c 和现场执行机 构之间的信息传递可以减少，可以简化布线工作和网络管理及维护工作。 4 、 可以提供性能价格比更优的方案以实现更快速的实时响应。 5 、 中央控制p l c 除了用于系统控制和协调外，主要用来处理现代管理 所需的生产信息、产品信息和现场设备的运行状态等。 根据实际使用的需要，现场区域p l c 必须具有传统的数字量输入输出通道 ( 其通道数量可选) ，通过简单编程或者设置来实现区域顺序控制和部分区域之 间的连锁，同时应具有通信接口，便于上位机通过网络对其运行状态进行监控， 这样就可以使得复杂的控制系统分解为相对简单的区域控制系统，提高系统的 可靠性。 1 3 本文主要内容 本文的主要工作是根据汽车总装生产流程设计系统的网络结构和硬件配 置、开发整个系统的电气控制程序、状态监控软件以及生产信息管理软件，具 体有以下几个方面： 1 、 设计系统的网络结构和硬件配置。根据汽车总装生产流程，结合状态 监控和生产信息管理的需要，设计出了以d e v i c e n e t 为设备层的现场总线，以 c o n t r o l n e t 为控制层的现场总线，以e t h e r n e t 为信息层网络的控制系统。 2 、 开发系统的电气控制程序。由于采用了r o c k w e l l 的p l c 和人机界面， 因此采用r s l o g i x 5 0 0 0 编程软件编制p l c 梯形图；采用p a n e l b u i l d e r 3 2 制作车 辆信息输入画面。 3 、 开发系统的状态监控软件。运用r s v i e ws e 开发软件，开发出可以 实时显示生产线工作状态、系统运行参数、报表打印、历史记录数据库等功能， 并可以进行设备的远程操作和参数的设定等。 4 、 开发生产信息管理程序。对总装存储区的车辆和空吊具信息、装配线 上的车辆信息进行全过程跟踪，把信息实时传送到上位机并存储在系统的数据 库中。 通过以上工作，已经成功完成了南京f i a t 汽车总装生产线电气控制和生产 信息管理系统的研制和开发。 第二章汽车生产的主要工艺流程 东南大学工程硕士学位论文 第二章汽车生产的主要工艺流程 汽车装配的主要生产任务是进行玻璃、燃油箱、散热器、前后悬、仪表板、 转向传动装置、门内饰板、前后保险杠、离合器制动器踏板总成、发动机的合 成、总成装配、内饰底盘装配、各种油液的加注，以及对装配质量的检查控制， 对产品车进行电器、机械等参数测定，并进行制动性能、淋雨密封性能等一系 列出厂试验。它的主要工艺流程如下： 2 1 工艺分工 图2 1 汽车装配工艺流程 2 1 1 车身及吊具储存区 由于汽车生产是大规模、多品种混线生产，因此需要预先对各种车型的漆 后车身进行存储，再根据生产安排从存储区调出相应的车身，按设定的顺序流 向装配线，同时应设置相应的空吊具存储区用于周转。车身及吊具储存区的规 模需根据涂装和总装的生产能力及不同品种的数量来决定。 4 第二章汽车生产的主要工艺流程东南大学工程硕士学位论文 2 1 2 产品车装配区 1 、内饰装配段 漆后车身可以根据生产计划以自动方式或手动方式从涂装车间或车身储存 区输送至总装配线的起点，先由计算机控制的底盘号打印机打印汽车v 斟号， 接着进行部分内外饰件、电器和发动机舱内部件的装配，风窗玻璃涂胶及装配。 2 、门装配、检测区 主要装配四门及其附件，并进行四门电器检测。 3 、底盘装配段 各种油管、前后悬架、动力总成、油箱、排气管、手制动拉丝、变速箱齿 轮油的加注。设计时应考虑到在发动机和悬架装配的劳动强度较大和工时较长， 需配备先进的底盘拧紧系统以提高节拍、减轻劳动强度。 4 、汽车各类液体加注段 防冻液、洗涤液、助力转向液、制动液的加注及相应附件装配。为了便于 各类液体的生产管理，可将液体的加注集中设置，并可将此区域的地面设计为 格栅板，防止油液滴落地面造成安全隐患。 5 、第二内外饰和功能检测段 主要完成车轮、转向管柱、方向盘、座椅、内饰板、电瓶、e c u 、手制动 和制动踏板离合器踏板调整、整车电器检测等，另有汽车调整检验工位，为进 入以后的整车测试做好准备。 6 、部件合成区 部件合成区一般设置在主线旁，主要有仪表板合成检测区、门内饰板合成 区、前后悬架合成区等。 2 1 3 产品检测 l 、零部件在线检测 装配线上需配备仪表板合件检测仪、a b s 、防盗装置检测仪、电动升降器、 中央门锁、安全气囊等检测仪器。配置扭矩校正仪，用于定扭工具的校验；配 整车电器检测装置，在整车下线前对产品车电器进行检测，确保电器系统正常。 这些检测设备的配置，不仅可以控制关键工位的质量，也能够减少装拆重复劳 动，提高生产效率。 2 、整车性能检测 第二章汽车生产的主要工艺流程东南大学工程硕士学位论文 车辆驶下装配线后，必须进入汽车整车检测线。检测线包括四轮定位仪、 发动机动态检测仪、a b s 制动检测台、大灯仪、尾气检测仪等。主要进行前轮 前束、前轮外倾、主销外倾、主销后倾、一定车速下最大制动力、光强、环保 检测、噪音等一系列性能测试。 2 2 汽车生产线区域功能设置 2 2 1 中央控制室 中央控制室承担了数据管理、车间数据采集、报警、趋势、数据记录及文 本报表生成等工作，中央控制室设有操作员工作站，操作员通过操作终端详细 了解整个生产运行情况，并可下达操作控制指令，指挥整个工厂的生产，实现 工厂的自动化控制。 中央控制室主要完成以下功能： 1 、 控制操作 在中央控制室能对全系统被控设备进行在线实时控制，如启动停止某一台 设备，手动或自动执行顺序控制，p l c 控制方式的切换，对现场p l c 或变频器 参数设定值的修改等。 2 、 显示功能 用图形实时地显示各分站被控设备的运行工况；动态显示生产线的工艺流 程图，并能在流程图上选择弹出多级详细部件图；动态显示各种信号的数值和 范围清单，通过按钮、开关、信号灯、颜色等手段实时生动地表示出来。 3 、数据库管理 建立生产数据库、操作信息库、故障信息库等。 4 、 数据处理 利用实时数据和历史数据，计算主要生产指标。 5 、报警功能 当装配线出现故障时，或者工人按下急停开关，装配线停止运行，监控计 算机自动把故障信息输入到报警表内，屏幕显示报警信息( 包括时间、地点、 原因等) ，同时依据报警信息推出相应的动态画面。 6 、报表功能 生成时报表、日报表、月报表、年报表等。 第二章汽车生产的主要工艺流程东南大学工程硕士学位论文 7 、安全功能 按不同操作级别分别加密，并能记录操作人员工号和所有操作信息。 8 、 打印功能 可以实现报表和图形的打印以及各种事件和报警的实时打印。 2 2 2 输送系统 输送系统包括积放链、板式链、升降机、传送机、举升台、同步随动机构 等各种设备，此类设备的同步运行是一个非常复杂的控制过程。 2 2 3 车型识别系统 在车身进入总装车身存储区前，操作员通过人机界面将当前吊具及车辆信 息输入到本地控制p l c 内，并通过以太网传送到中控室计算机中进行存储，同 时当前吊具及车辆信息通过识别系统的写头写入载码体，当写入完毕后给p l c 发出完成信号，上位机调出与输送线相对应的画面及参数，通过p l c 给出的指 针及录入计算机给出的信息进行显示并与p l c 给出的堆栈信息进行比较，上位 机根据信息及要求控制出入库的道岔及停止器。 在车身存储区入口处的识别系统读头读取载码体信息通过以太网传至上位 机，上位机根据该存储区及车辆信息控制入区的道岔及停止器，当上位机出现 故障时，操作人员人工控制运行，待上位机正常后从p l c 调出堆栈信息恢复显 示。存储区出口处，上位机根据计划及该区信息通过以太网控制停止器。当上 位机出现故障时，操作人员可人工控制运行。在空吊具存储区入口处，上位机 根据识别系统读头读取载码体信息通过以太网传至上位机，上位机根据空吊具 信息控制道岔及停止器，当上位机出现故障时，操作人员人工控制运行。 2 2 4 储存区 存储区分空吊具存储区、实车身存储区，车辆在进入存储区时，控制系统 需要区分车辆类型、车辆颜色，并与已经输入的信息进行比较，判断车辆应该 进入哪一个存储区的哪一条存储线。在出存储区时需要鉴别车辆的类型和颜色 等信息，从而确定车辆从哪一条存储线出去。 空吊具在进出存储区时需要鉴别空吊具的类型，并和已经输入的信息进行 比较，确定空吊具应进入哪个存储区，或者哪种空吊具从存储区出去。在空 吊具存储区前有一个坏吊具识别和检修区，把需要检修的吊具送入检修区，进 7 第二章汽车生产的主要工艺流程 东南大学工程硕士学位论文 行维修，正常的空吊具进入吊具存储区。 2 2 5 工艺装配区 工艺装配区即为产品车装配区，包括内饰装配；门装配；底盘装配；防冻 液、洗涤液、助力转向液、制动液的加注；第二内外饰和功能检测段等。 第三章汽车生产线的电气控制东南大学工程硕士学位论文 第三章汽车生产线的电气控制 生产线由存储区、工件装配区、升降区、检修区、检测区、下线区组成。 机械化生产线系统包括整车装配线、车身输送线、储备线、升降机等，其中包 括停止器、移栽机、道岔、驱动站、升降机；一般电机的驱动与控制要求变频 调速；现场被控设备数量多且具有高度的分散性；同时生产过程中大量的信息 需要传输，因此汽车总装生产线的网络要求从顶层到底层组成无缝集成，其主 要思想是将网络系统与设备有机结合在一起，用以监控生产，将信息流扩展至 整个生产过程，以及利用企业的其它信息，将整个生产单元连接成网络，实现 过程控制数据与信息方便地在p l c ( 可编程控制器) 、h m i ( 人机界面) 、变频 器、f c s ( 现场总线控制系统) 、d c s ( 分布式控制系统) 等之间进行交换传递， 从而建立一个透明的、开放式结构体系的自动化系统。一般需要具有以下三层 网络： 1 、 信息层 这一层采用符合标准t c p 佃协议的以太网结构，它提供上层计算机系统通 过以太网访问下层的数据，主要为全厂范围控制系统的数据采集、监控、计算管 理、统计、设备维护管理、生产流程以及物流跟踪服务，同时可以使计算机访问 使用结构化查询语言( s q l ) 的开放性数据库。系统管理员可以在这层网络上对 系统进行监控，对控制器的程序进行修改，使计算机系统存取生产现场的数据达 到实时监控的目标，并对p l c 提供支持。由于采用了t c p 口协议，可以方便地 将工业控制网络接入企业的局域网( i n t r a l l e t ) ，实现控制系统和e r p 系统的集成。 2 、 控制层 它在各个p l c 之间及其与各种智能化控制设备之间进行数据的交换、控制 的协调、网上编程和程序维护、远程设备的组态、编程和故障处理，也可以连接 各种人机界面产品进行监控。这层网络称作控制网，采用c i p f c o n t r o la n d i n f o n n a t i o np r o t o c 0 1 ) 协议和生产者客户( p r o d u c e r c o n s u m e r ) 模式，这种模式允许 网络上的所有节点同时从单个的数据源存取相同的数据，并共享数据和信息。控 制网主要完成智能化的高速实时控制和i o 数据网络以及准确的数据传输功能， 它满足连接p l c 处理器、h m l 人机界面以及其它智能化设备所需的实时、高信 第三章汽车生产线的电气控制东南大学工程硕士学位论文 息吞吐量应用的要求。 3 、 设备层 在设备层上采用的设备网，主要把底层的工业设备直接连接到车间控制器 上，并对其进行配置和监视。这种连接无须通过工o 模块，即可方便而快速实现 与工业现场的大量设备的高速数据的采集，极大地减少了接线。设备网是一种柔 性的、开放性的网络。 3 1 控制系统的设计 目前比较流行的控制网络有s m m e n s 的p r o 矗b u s 、r o c k w e l l 的c o n t r o l n e t 和d e v i c e n e t 、m i t s u b i s h 的c c l i n k 及i n t e r b u s 等多种现场总线，本文以 r o c k w e l l 的现场总线为例来说明控制系统的设计和网络的配置和调试，具体网 络结构是d e v i c e n e t 为设备层的现场总线、c o n t r 0 1 n e t 为控制层的现场总线、 e t h e r n e t 为信息层网络的控制系统，如图所示。 d e v i c e n e t 网络上连接的输入设备有按钮、急停开关、接近开关、光电开关、 行程开关等，输出设备有指示灯、控制阀、变频器等。系统通过c o n t r o l n e t 实 现不同p l c 之间的互相通信，主控p l c 通过e m e r n e t 和上位机互相通信，中 控室计算机完成系统监视、控制、故障报警、管理信息交换等功能。 3 1 1d e v i c e n e t 现场总线 所有现场生产设备的工作状态、工作参数、故障信息等均通过d e v i c e n e t 网络传送至主控p l c 控制器；主控p l c 控制器对现场生产设备实施的各种控 制也是通过d e v i c e n e t 网络进行的。因此d e v i c e n e t 网络的构建是整个控制系统 的基础，其构建步骤如下： 1 、 总体规划，合理布线； 2 、 将d e v i c e n e t 网络节点设备连接到网络上； 3 、安装通信软件r s l i l l ) ( 和网络组态工具软件r s n e t w 6 n ( f o r d e v i c e n e t ： 4 、 给将要添加到d e v i c e n e t 网络上的每个设备分配节点地址并设置正 确的通信波特率，因为d e v i c e n e t 网络上每个网段所有节点的通信波特率必须 一致，且不允许有节点地址重复的设备； 5 、 将编程终端( 计算机或编程设备) 连接到网络上( 通过计算机通信 板卡或外置通信模块) 并建立通信，即在r s l i n x 下配置d e v i c e n e t 驱动程序； 1 n 第三章汽车生产线的电气控制东南大学： 程硕：仁学位论文 6 、通过网络( d e v i c e n e t 或上层网络c o n t r o l n e t 、e t h e r n e t ) 配置 d e v i c e n e t 设备运行参数，如设备的i o 数据触发方式、设备i o 报文的大小及 设备本身的运行参数。( 如变频器的启动方式、最大频率2 其它运行参数) ； 7 、 将设备配置参数下载到节点设备和d e v i c e n e ts c a n n e r 中，并保存到 网络组态工具软件的配置文件中( 用于离线查看网络信息或配置相同的网络) 。 j i 图3 1 控制系统图 图3 2 网络组态图 第三章汽车生产线的电气控制东南大学工程硕士学位论文 d e v i c e n e t 网络的硬件布线及软件组态十分简便，因此系统的安装调试周期 大大缩短。在进行d e v i c e n e t 网络硬件安装调试时应注意： l 、 推荐选用罗克韦尔自动化等公司的d e v i c e n e t 总线电缆连接组件( 这 可使硬件安装大大简化，并提高可靠性) ； 2 、 每个网段供电电源只能有一点接地； 3 、 网络总线两端应安装正确的终端电阻( 1 2 0 欧，可选配罗克韦尔等公 司随系统提供的标准终端电阻) ，在系统不上电时测得的网络c a n h 和c a n l 之间的电阻值应在5 0 7 0 欧。 3 1 2c o n t r o l n e t 现场总线 针对生产线分散程度大，对实时控制及互锁逻辑控制要求高、需要灵活方 便的配方生产控制等特点，采用罗克韦尔自动化公司的c o n t r o l n e t 为控制层的 现场总线控制系统，实现各个控制器之间的通信及和远程人机界面进行通信。 c o n t r 0 1 n e t 网络组建的步骤如下： 1 、网络规划 根据系统需要选择节点、同轴电缆或光纤介质，进行合理布线规划。 2 、 网络介质测试与硬件设备连接 进行介质测试，并将c o n t r o l n e t 网络接点设备连接到网络上。 3 、 节点预配置 c o n t r o l n e t 网络的通信波特率为5 m b i t s ，每个网络段最多允许有9 9 个节点， 且不允许有节点地址重复的设备，因此应当按照网络规划给设备分配节点地址。 地址一般应连续，并且信息优先级高的设备节点地址应当尽量小，以保证其信 息及时传送。安装和启动r o c k w e l l 网络组态工具软件r s n e t w - o f o r c o n t r 0 1 n e t 。将编程终端连接到网络上，并建立通信：在编程终端连接到网络上 以后，根据编程终端所使用的c o n t r 0 1 n e t 通信板卡，在罗克韦尔通信软件r s l i n x 下配置相应的c o n t r 0 1 n e t 驱动程序1 7 8 4 一k t c xf o rc o n t r o l n e t 1 7 8 4 一p c cf o r c o n t r o l n e t 或17 8 4 一p c i c ( s ) f o rc o n t r o l n e t ( 该操作只能在在线模式下进行) 。 4 、 配置c o n t r 0 1 n e t 设备和网络参数 c o n t r 0 1 n e t 节点允许通过c o n t r 0 1 n e t 网络进行设备运行参数配置，如预定 i o 数据传输、非预定数据传输及设备本身的运行参数( 如变频器的启动方式、 最大频率及其它运行参数，软起动器的启动时间、启动方式等) 。通过扫描网络 第三章汽车生产线的电气控制 东南大学工程硕士学位论文 上的处理器，r s n e t w o f o rc o n t r 0 1 n e t 软件能计算出网络的通信负载情况，并 给出合理的网络刷新时间，通过合理配置使网络性能达到最优化。 5 、 保存配置参数 将设备配置参数下载到节点设备和c o n t r 0 1 n e tk e e p e r 中，并保存到网络组 态工具软件的配置文件中( 用于离线查看网络信息或配置相同的网络) 。 在进行c o n t r 0 1 n e t 网络硬件安装调试及网络组态时应注意： l 、 推荐选用罗克韦尔等公司的c o n t r 0 1 n e t 网络同轴电缆或光纤及连接 组件( 这可使硬件安装大大简化，并提高可靠性) 。 2 、 网络总线两端应安装正确的终端电阻( 7 5 欧，可选配罗克韦尔等公 司随系统提供的标准终端电阻) ，在系统不连接任何节点时，测试同轴电缆两信 号线之间的电阻值应在3 5 4 0 欧。 3 、 合理设置最大预定节点地址s m a x 和最大未预定节点地址u m a x ，以 减小网络扫描时间，并应保证系统的可扩展性。 4 、 合理设置c o n t r o l n e t 的网络刷新周期n u t ，因n u t 太小时会导致网 络负荷过大，系统响应变慢，n u t 太大时可能导致实时数据不能及时传输。 3 1 3e t h e r n e t 网络 控制系统中主控p l c 可以通过e t h e r n e t 和操作计算机、维修站计算机及监 视计算机相连，上述计算机需安装有各种组态编程、图形处理、数据处理等多 种软件。操作计算机安装有监视软件用于显示生产设备的工作状态、工作参数、 调节控制参数等，并可自动弹出故障报警画面、记录故障点、调出相关的控制 程序及电控图纸，也可进行生产信息的自动记录、统计管理等，维修部门可通 过维修站计算机了解到生产线的工作状态及报警信息( 故障点、故障原因、故 障时间等) ，便于合理安排维修人员的工作。而监视计算机还需要安装数据处理 软件，用来处理生产信息和装配车辆信息。 3 2 系统编程 系统需对网络组态、逻辑控制、故障判断、信息显示等多种控制功能进行 编程，编程语言有梯形图编程、v b 编程等多种语言。 3 2 1 梯形图编程 在p l c 编程中梯形图编程是最常用的语言之一，在汽车装配生产线电气控 第三章汽车生产线的电气控制东南大学丁程硕士学位论文 制中需进行大量梯形图编程。 图3 3 为p l c 的主程序，系统上电后p l c 自动无条件调用控制柜、升降机、 吊具进出、各p l c 之间数据交换、识别系统等功能性子程序。 再鬲高淼了1 l i 耐譬l 瓜勰： 面i 盛暑l i 闩吼腑n a mc p l p 拍e i 矗b l eh 拥e 州j n o d e l r 讲麻e mc p l 1 n o d e 3r o 妇8n e f t i ec p l j n o d e 4 ，i 3 盘鑫；且苏；姜吊i 矗出主5 5 i 、；盍车主出主 u i i 盛暑l i 忑五总1 正耐器b r o 蛳e n 印1 1 n o d e 6r o u 妇n c p l 1 n o d e 7 | r o 蝴e n mc p l 1 n o d e 9 f 、站：哈鑫矗5 5 妄矗5 一 b 五而鉴譬丽鉴黥 一 r o d n e n 酗1 ec p l 2 n o d e l i 鞍洲培m n 删 c p l 口t 端口1 l o c 6 l ：，0c o f m d r i s l e l r u n p o r t 2 l 乩枣0c o r i m 锄d r 耐d 日r 啪 识别茉兢 际i 忑篙i 1 一 r o h h e n 茸僻p f l d e n t 图3 31 p l c 主程序 图3 4 为停止器故障判断程序，当p l c 发出停止器打开信号5 秒后，如果 停止器没有到达预定位置就认为发生了打开故障，并给中间位置位。 图3 4 停止器故障判断程序 图3 5 为吊具进存储道程序，吊具根据中控室存储指令及每个存储道的存 储状况自动进入相应的存储位置。 1 4 图3 5 吊具进存储道程序 图3 6 为p l c 之间进行数据交换的程序。由于汽车装配 统十分庞大，使用的p l c 数量较多，因此各p l c 之间需进 来保证各部位动作的正确、连贯。 生产线电气控制系 行大量的数据交换 图3 6 数据交换程序 图3 7 为识别系统数据读写程序，当吊具到达一定位置时p l c 发出读吊具 信息指令，识别系统则通过网络发出相应的读命令，识别系统自动将所读到的 第三章汽车生产线的电气控制东南大学工程硕士学位论文 信息存储到程序指定的内存中，供p l c 进行逻辑判断，从而确定吊具应到的位 置。 图3 7 识别系统数据读写程序 图3 8 为存储区车辆队列序显示判断程序，当某一道存储线内的车辆发生 变化时，需对其对应的数据寄存器内的车辆信息数据进行刷新，f f u 、f f l 指 令按进出顺序进行车辆信息数据的刷新 第三章汽车生产线的电气控制 东南大学1 _ 程硕士学位论文 图3 8 存储区车辆队列显示程序 图3 9 为变频器变速程序，为减少生产过程中的辅助时间，需对装配线的 速度、升降机的速度不停地进行变换，p l c 根据过程的变化适时对变频器速度 寄存器内的数值进行刷新。 图3 9 变频器变速程序 图3 1 0 是状态转换程序，人机界面的实时显示是通过其自身的状态变量的 变化而显示的，因此需要把状态变量和设备的状态联系起来，p l c 将两者进行 第三章汽车生产线的电气控制东南大学工程硕士学位论文 转换，人机界面通过交互软件和p l c 进行数据交换。 ! d s 址螂& 截障 d s 2 u p f a u l t0t d s 疆：a u “10 _ 一 _ 一 随动占位2 l a t 3 ld d 日2 1 1 0t s ) 删l t lo 卜一e _ ( ) - 一 f 6 蹲孚动故障中继 o p f 6 町a t a 2 t o p f 6 8 1 0 】 h 一 叫) 一 图3 1 0 状态转换程序 表3 1 列出了p l c 程序t a g ，表中可以清楚的看出每个t a g 的作用、数 据类型、数值和对应的p l c 地址，这样可以方便地进行编程和调试。 表3 1 程序t a g 表 3 2 2v b 编程 v i s u a lb a s i c 语言是微软较早开发出的基于w 小d o w s 的编程语言，是 目前使用十分广泛的高级语言。在最新版本的r o c k w e l lr s e ws e 软件中，我 们可以在编辑画面( d i s p l a y ) 的过程中使用v b a 代码，从而增加了软件的灵活性。 v b a 代码兼容v b 语言，其运行原理相当于一个命令解释器，在r s v i e w 画面 第三章汽车生产线的电气控制东南大学工程硕士学位论文 运行的过程中，通过解释v b 代码达到程序运行的目的。在本设计中，引入v b a 代码主要是将r s e w 与本地的车型数据库相关联，同时通过声名“t a 譬”类型 的对象实现较为复杂的t a g 控制。本设计主要利用d a o ( d a t aa c c e s s0 b j e c t ) 实现数据库的基本数据操作。 下面以存储区画面为例( 图5 3 ) ，列出了部分v b 代码。 以下是变量声名部分： d i mt a g _ 鲈o u p la st a g g r o u p 声名t a g 组变量 d i i i lt a g - m o d e j s e t _ la st a g 声名t a g 类型变量 d i mt a g _ n l o d e l s e t _ a st a g m 存储道车型设置的t a g 变量 以下省略部分类似的t a g 变量声名语句 d i mt a 乳b ( 1 4 ) a st a g 以下是d a o 变量的声名 d i md b la sd a t a b a s e d i mt b1a sr e c o r d s e t d i mf 1 d f l 0 、a sf i e l d d i ms 缸1a ss t r ：i n d i ms 仃2 a ss t 衄 d i mi a s1 1 1 t e g e r d i h l ja si n t e g e r p r i v a t es u bd i s p l a y _ i 。o a d o e l e m e n t1 e n a b l e d = f a l s e e l e m e n t 2 e n a b l e d = f a l s e e 1 e m e n t 3 e n a b l e d = f a l s e e l e m e n t 4 e n a b l e d = f a l s e e 1 e m e n t 5 e n a b l e d = f a l s e e l e m e n t 6 e n a b l e d = f a l s e e l e m e n t 7 e n a b l e d = f a l s e b 存储道存储的车型t a g 数组 声名一个数据库变量 声名一个记录集变量 声名记录集中的字段变量 画面加载事件发生时的程序 s e td b1 = o p e n d a t a b a s e ( ”c ：恼a 1 1 y a m d b ”) 数据库定义 s e tt b l = d b l o p e n r e c o r d s e t p m o d e l f l - 4 ) l i ) s e tf 1 d ( o ) = t b l f i e l d s ( ”c o d e ”) s e tf l d ( 1 ) = t b l f i e l d s ( ”m o d e l ”) i ft a g g r o u p1 i sn o t h i n g1 1 1 e ns e tt a g 一掣o u p1 = a p p l i c a t i o n c r e a t e t a g g r o u p ( m e a r e a n a m e ， 5 0 0 )定义t a g 组变量 t a g - g r o u p l a d d ( ”1 7 8 s t o r e m o d e l _ s e t m o d e l s e t _ l ”) 为t a g 组变量定义t a g 对象 t a gg t o u p1 a d d ( ”17 8 s t o r e m o d e ls e t s t rm o d e ls e tl ”) t 、a gg r o u p1 a d d ( ”17 8 s t o r e m o d e ls e t m o d e ls e tm ”) t h gg r o u p1 a d d ( ”17 8 s t o r e m o d e ls e t s t rm o d e ls e tm ”) 陌gg r o u p1 a d d ( ”17 8 s t o r e m o d e ls e t m o d e ls e tn ”) 1 、a gg r o u p1