基于现场总线技术的汽车生产物流控制系统概要.doc

黧 9乏 总 第 161期 5辫 3185LOGISTICS ENGIN物EE流工RIN程G与A管理ND MANAGEMENT 物流技7lc 第 卷总 仞棚7I、。基于INTERBUS现场总线技术的汽车生产物流控制系统毒口吴理门(湖北水利水电职业技术学院,湖北武汉430072【摘要】文中主要介绍了现场总线技术的特点和INTERBUS现场总线技术的优点;从硬件和软件两方面论述 了基于INTERBUS现场总线技术的汽车生产物流控制系统的结构、特点,及其在汽车生产厂对物料流通进行有效控 制的过程和原理;分析了INTER.BUS现场总线技术在汽车生产物流控制系统应用中存在的问题。【关键词】现场总线技术;INTER_BUS现场总线;汽车生产物流;控制系统【中图分类号】F252.8【文献标识码】B 【文章编号】1674-4993(20091卜004203 Based on INTERBUS FieIdbus oontrol system for automobi Ie produotion Iogi stics 口WU Lilllen(Hubei Water Resources Teohnjca J CoI lege,Wuhan 430072.chjhaAbstractThis paper describes the field bus technology,features and advantages of INTERBUS fieldbus technology:from both the hardware and software are discussed INTERBUS fieldbus technology based onautomobi le production logistics controlsystem structure,characteristics,and its application in automobile production plant effective control of material flow processes and principles:analysis ofINTERBUS fieldbus technology in automobile production in the logistics control system problems.Key wordsFieldbus technology;INTERBUS fieldbus;Automobiie production logistics;Control system一个汽车制造企业如何高效而有序组织各个生产车间各 工位材料并及时送到指定点是十分重要的。近年很多汽车生 产厂家采用基于现场总线技术的生产物流的控制系统对汽车 制造现场的物料进行有效、及时控制,从而保障了生产高效 进行。该系统可以使物流通畅及时,实现仓库最小库存,可 以使管理者及时了解整个企业生产和物流状况,为企业管理 层决策提供依据。基于INTERBUS现场总线技术的汽车生 产物流控制系统具有高可靠性和强大诊断功能,非常适合于 物流控制和信息传输,为汽车企业各生产车间之间生产物料 管理开辟了一种新思路o1汽车生产物流控制系统中现场总线技术现场总线是融合计算机、通信、控制技术,从控制室连 接到现场设备的双向全数字通信总线。简单理解就是通信总 线一直延伸到现场设备。它是一个开放互联模型,可与以太 网结合,通过Internet实现远程监视、控制、调试、诊断等。 国际电工委员会IEC61158标准定义:“安装制造和过程区 域现场装置与控制室内自动控制装置之间数字式、串行、多 点通信数据总线称为现场总线。现场总线向人们展示了一种 全新系统集成思想。具备一些突出特点:信号传输数字化是所有现场总线的基本特点。它因为采 用数字化传输信息,可有效减少信号衰减和信息失真,使系 统精度提高;现场设备的信息增加几十倍,可用于自诊断、 系统调试和管理,提高系统的有效性;同一电缆挂接多台现 场设备,可节省电缆70%90%及施工量。但节省电缆只 不过是现场总线技术表层的优点,而从现场设备获得丰富的 信息才是现场总线技术独有的本质优越性。标准统一开放是所有现场总线必需的特点,也是它与许 多原来“专有”的通信总线的关键区男之一。它给用户带来 的本质优点是打破了个别厂商的垄断,给技术以强大的支持 群体,促进公平竞争,促进技术进步。不同总线开放的程度 和难度有所区别:简单的I/O总线开放的难度较低,而控 制用的系统总线的开放互操作就很难;DCS只做到操作站以 上开放,控制层不可能开放;而FCS则做到系统从上到下全 开放。控制彻底分散是现场总线具有的突出特点。它给用户带 来的实质优点是由高度智能的现场设备来分散完成DCS控 制器的功能,弱化甚至省去了集中控制器的层次,可降低设 备费用,使控制风险彻底分散,提高系统控制的自治性和可【收稿日期】20091012|c基金项目:湖北省教育厅2009年度科研项目(中国汽车制造物流看板管理技术应用效果研究浔课题,项目编号:B20097502【作者简介】吴理门(1970一,男,电气工程师,湖北水利水电职业技术学院物流管理系讲师,研究方向:物流自动化。 万 方数据第”期 吴理门:基于INTERBUS现场总线技术的汽车生产物流控制系统43靠性。作为工业网络体系,现场总线系统还具备可互操作性与互用性,现场设备智能化与自诊断功能,对现场环境适应性,节省硬件数量与投资、安装费用、维护费用,设备标准化、 模块化,具有设计简单、易于重构等优点。此外,使用户具 有高度系统集成主动权,提高了系统准确性与可靠性。当然,现场总线也有难以发挥其优势的场合。在很长时 期内,包括DCS/PLC在内的许多控制系统和现行标准都会与现场总线共存,这和DCS出现后乃至今天许多原有控制设备依然存在的局面相似。INTERBu8(Interbus Fieldbus由德国Phoenix Contact公司1990年推出,应用于汽车行业、烟草行业、 过程自动化等行业。INTERBUS采用集总帧型数据环通讯, 这种通讯保证了数据传输同步性和周期性,全双工通讯方式和2M一致速率保证了数据通讯实时性,差分信号传输和专 门总线环路检查保证了强大抗干扰性和设备实时监控。INTERBUS是面向I/o国际标准总线,其恒定2M传 输速率,集总帧数据传输方式,保证了数据传输可靠性,使 控制系统与现场I/O设备之间数据交换具有很高实时性,是 国际上公认高速总线。INTERBUS具有强大总线组态、监控、 故障诊断功能,总线控制板、现场i/o设备以及CMD软件上都能对每一个总线设备状况进行监控,对故障诊断快,极大提高了控制系统易维护性和可靠性。INTERBuS是一种简单器件级简单网络,是一种开放串行总线系统,可将不同 厂家现场设备产品统一组态,构成所需网络。INTERBUS总 线汽车生产物流控制系统中有独特优势和吸引力。 2汽车生产物流控制系统结构汽车生产物流控制系统用于支持同步化物流需求,系统能使物料供应及时、高效,同时节省线边占用空间,减少线 边库存,并自动统计缺料次数时间与频次、原因,可有效防 止不必要延误、等待时间物料短缺产生停线问题。整个系统 由管理工作层、监控操作层、现场层(呼叫部分和应答部分 以及显示系统组成(如图1汽车生产物流控制系统结构;并分别由硬件和软件组成。硬件主要由工控机,现场总线控制器,总线耦合器BK模块,数字输入、输出模块DIO、SAB 模块,LED显示屏,灯箱和按钮构成。现场总线控制器选用 RFC430,其具有数据采集、逻辑控制、信息交换和自动诊 断等功能。控制系统软件由控制程序和故障诊断稃序组成。 !*L%,q4f一。烹墨堡譬j庄塑受曼蔓蔓口臣强1rL-一一一一一 隧蔓生固。琶i一暖i_酉向囱.幽图1汽车生产物流控制系统结构管理工作站(管理层采用工业控制计算机,负责整个 系统监控管理、人机交流、数据通讯和数据保存。作为人机界面,工控机通过组态王软件与主控层交换数据。监控操作站(监控操作层通常由现场总线RFC430控 制器构成(有的由现场总线控制板实施,它直接插在工控机 主板的ISA插槽上,总线控制板集成了现场总线控制器,总 线耦合器BK模块和Ethernet标准接口。实现了设备层数 据采集,控制层逻辑控制,直到与管理层信息交换三位一体 体系结构。主控部分RFC430控制器采用586CPU,提供 了一个基于嵌入式技术硬件平台。主控功能模块采用梯形图 编程,使用PC_WORX内部功能模块TON(延时导通模块, R_TRIG(上升沿触发模块,F-T砌G(下降沿触发模块,GE(比较模块,CTU(计数模块。Ethemet可以直接对总线系统进行组态和监控。现场层由呼叫应答系统和显示系统构成。呼叫应答系统由总线耦合器BK模块、数字输入输出DIO模块和串行通信模块IRS232、现场FLS模块和按钮组成;显示系统由LED 显示屏、灯箱构成。除了总线控制板上有集中诊断显示外,每个分散在系统中的模块上也有相应的系统运行状况的显示,通过诊断显示的内容,操作人员不借助于任何其它的工 具就可得到INTERIBUS系统的状态。因此,整个INTERBUS 总线系统具有良好的系统维护性。呼叫部分现场总线I/O模块,SAB模块具有IP67防护 等级,可直接安装于车间现场,采集检测现场工位呼叫情况。 根据汽车生产要求,当生产线线边库存低于最低值时,生产 工人按下工位上对应的按钮,该信息经现场总线送到主控部 分(远程总线控制器(RFC430处理,总线控制器将处理 后的信息通过一种基于InterBus现场总线的通信模块再送 到应答部分(带现场IO INLINE BK中继器模块和串口 RS232通讯模块,并发送该物料的名称、工位号数量等信 息到LED大屏幕显示屏,同时启动音乐铃声和灯箱上对应该 物料的指示灯。仓库工作人员得到信息后,按下灯箱指示灯 下面对应的按钮,表示信息确认,已开始投料。总线控制器 根据确认的信息,将工位按钮上方的指示灯由常亮转为闪亮 状态,表示该物料正在投送中。当物流到达呼叫的工位后, 操作人员恢复按钮,该物料配送过程结束。该物料的名称、 呼叫工位、呼叫时间、到位时间、投料人等信息记入上位机 的数据库,作为管理人员考核员工的一项指标。通信模块采用PCWORX提供的结构文本语言编程,负责向外围设备显示屏发送信息。通信模块主要调用了PCWORX提供的外围设备通讯功能块:PCP_CONNECT(通信连接、PCPRITE(输出到外围设备和STRING TO_BUF(字符串传输到缓冲区。故障诊断程序包括运行在控制器上的诊断和自启动程序 和运行在上位机(工控机上的OPC(OLEfor ProcessContr01应用程序。控制系统一旦出现故障,总线便停止运 行。在线故障诊断程序可以快速诊断故障原因,并应用OPC 技术将RFC430总线控制器的诊断信息传送到上位机,上位 机根据控制器传送的诊断信息,采用专家数据库技术为管理万 方数据物流工程与管理 第31卷层提供更为详细的故障原因以及处理方法。因此,一旦控制 系统出现故障,值班人员就能根据故障诊断信息以及处理方 法迅速排除故障。故障排除后,系统能自动启动总线,恢复 正常运行。InterBus总线控制器RF430中的标准寄存器提 供了总线运行的状态信息,也可通过控制程序操作总线系统。 总线控制器中的标准寄存器包括诊断状态寄存器、诊断参数 寄存器、标准功能启动寄存器、标准功能状态寄存器和标准 功能参数寄存器。寄存器的地址可利用PC WORX组态软件 在控制系统的输入或输出地址区域设定,以便在编程中应用。 模块的自启动功能可以自动检测故障是否清除,一旦检 测到故障已经清除后,则通过标准功能启动寄存器启动总线 运行,自动恢复控制系统到正常运行状态。工业监控组态软件能与现场设备无缝联接。利用OPC (OLE for Process Control,过程控制中对象连接嵌入技 术技术,实现上位机工业监控软件和现场设备信号连接问 题。汽车生产物流控制系统中往往需要使用各种不同供应商 自动化设备,以前与各设备通讯,必须设计一个专用通讯接 口,各工业监控软件必须与每一设备建立单独联接。而采用 OPC技术后,各自动化设备对OPC支持和OPC基于OLE、 COM、DCOM技术特点,就能将所有自动化设备都与同一 OPC Server连接,而各工业监控软件都使用COM和 DCOM技术与OPC Server连接,OPC Server与各个自动 化设备通讯。OPC作为自动化系统、现场总线、现场总线设 备和办公管理应甩程序之间有效连接方式,使办公室和现场 设备之间数据交换简捷化、标准化。采用OPC技术,极大简 化了系统结构,使原来错综复杂体系结构变简单清晰,各工 业监控软件只需注意与OPC Server之间数据交换,而不必 担心具体设备连接问题。INTERBUS OPC Server是 Phoenix公司为INTER.BUS总线系统专门开发OPC Server,工业监控软件它可以很方便与INTERBUS总线现 场设备通讯。3INTERBUS现场总线技术在汽车生产物流控制系统应用中存 在的问题目前INTERBUS现场总线技术在我国汽车生产物流控 制系统中的应用已取得很大进展,但也存在一些问题,制约 了其推广。第一,在技术方面,系统组态参数过分复杂,不容易掌 握。但组态参数设定得好坏,对系统性能影响很大。另外, 当INTERBUS总线切断时,系统有可能产生不可预知的后 果,用户希望这时系统的效能可以降低,但不能崩溃,这一 点目前许多INTERBUS现场总线不能保证;现有的防爆规 定限制了总线长度和总线上所挂设备的数量,也就限制了 INTERBuS现场总线节省电缆优点的发挥。第二,在工程应用方面,工程投资比较大。虽然 INTERBUS现场总线都把节省费用当成自己的主要优点,但 在实际应用中INTERBUS现场总线控制系统的投资比传统 控制系统要大。如果采用的汽车生产物流控制系统规模太小; 或者采用的系统并不分散或者是利用原有布线的改造项目, 就不能充分发挥INTERBUS现场总线节省电缆的优势。 第三,在功能应用方面.没有发挥INTERBUS现场总 线系统自诊断和自校正功能。以智能化现场仪表为基础的 INTERBUS现场总线系统与传统系统相比,其优点不仅在于 控制方面,更多的在于自诊断、自校正等自动管理方面。但 是,目前国内汽车生产物流控制系统大多数没有把管理自动 化和远程诊断功能纳入系统,没有充分发挥INTERBUS现 场总线系统降低运行维护费用的优势。第四,调试和运行维护比较难。由于现阶段熟练掌握 INTERBUS现场总线的应用技术和开发技术的人才少,企业 在调试和运行时经常会遇到困难。因此,汽车生产企业在选 择系统集成商时,应选择技术力量比较强,比较有经验的单 位。综上所述,INTERBUS现场总线并不是为解决传统汽车 生产控制系统不能解决的问题而出现的,它的主要优点是更 灵活、更开放,并为采用新型系统维护方式和企业管理模式 提供了可能。但对于以价格为首选条件的场合,系统规