基于PLC遠(yuǎn)程I/O的汽車裝配線生產(chǎn)信息系統(tǒng)的應(yīng)用

周海輝

摘 要：針對汽車裝配線生產(chǎn)信息采集和管理的實際需求，提出了一種基于PLC遠(yuǎn)程I/O的解決方案，并給出了具體實施措施。利用SIEMENS S7-200、S7-300PLC和IPC、LED大屏幕組成裝配線生產(chǎn)信息系統(tǒng)，實現(xiàn)裝配線上各工位申請求助、申請停線故障報警信息及裝配線生產(chǎn)節(jié)拍、年月日生產(chǎn)計劃、當(dāng)前完成情況等生產(chǎn)信息顯示，以便于故障及時排除和生產(chǎn)狀況的動態(tài)掌握。系統(tǒng)信息采樣及時、信息顯示直觀、信息保存完整。

關(guān)鍵詞：汽車裝配生產(chǎn)線；PLC；遠(yuǎn)程 I/O

中圖分類號：U468 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-2550（2016）05-0091-04

Abstract： To meet the practical demand of collecting and managing producing information in auto assembly line， the paper gives the solution based on PLC I/O and practical implement measures. In order to remove the fault on time and master the dynamic of producing condition， we can receive the help signals from every workplace in assembly line， apply for display of the alert information of Stagnation fault， the producing time in assembly line， the yearly monthly or daily producing plan， and producing information of current schedule， by using of assembly line information system consisted of SIEMENS， S7-200， S7-300PLC， IPC， LED screen. According the system mentioned in the solution， we can pick up system information in time， display information intuitively and save information perfectly.

Key Words： Auto assembly line； PLC； long-distance I/O

1 引言

汽車裝配生產(chǎn)線是整個汽車生產(chǎn)線的重要組成環(huán)節(jié)，除了生產(chǎn)線基本自動控制之外，還需要獲得一些對生產(chǎn)的動態(tài)調(diào)度、設(shè)備故障及時排除和頻發(fā)故障設(shè)備的及時檢修和更換所需要的動態(tài)生產(chǎn)信息，如裝配線生產(chǎn)節(jié)拍、年月日生產(chǎn)計劃、當(dāng)前計劃進(jìn)度、當(dāng)前實際完成情況、裝配線上各工位申請求助、故障報警和數(shù)據(jù)統(tǒng)計等，這些信息及時且有效地反饋對保障汽車生產(chǎn)數(shù)量和質(zhì)量具有重要意義[1]。然而，汽車裝配線通常具有幾百米長的距離，若對沿裝配線分布的各采樣監(jiān)控點采用單一主控制器集中采樣控制，現(xiàn)場將需要鋪設(shè)大量信號線纜，造成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)臃腫、呆板，不便于日后系統(tǒng)檢修和系統(tǒng)擴展。為此，系統(tǒng)基于SIEMENS S7-200、S7-300PLC和IPC、LED大屏幕和SIEMENS WinCC6.2 組態(tài)軟件，實現(xiàn)了汽車總裝生產(chǎn)線生產(chǎn)信息監(jiān)控及報警系統(tǒng)的設(shè)計。

2 系統(tǒng)設(shè)計

基于PC的操作員控制和監(jiān)視系統(tǒng)正處于快速發(fā)展階段。西門子公司的SIMATIC? WinCC，是運行于Windows系列操作系統(tǒng)環(huán)境下的Windows控制中心，它可將PLC控制、數(shù)據(jù)處理、通訊、可視化集成于一臺PC機上，非常適合于基于個人計算機的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)[2]。

為此，系統(tǒng)利用SIEMENS S7-200PLC、SIEMENS S7-300PLC、PROFIBUS現(xiàn)場總線、MPI網(wǎng)絡(luò)、工控PC機及5塊2平方米單色LED顯示屏，構(gòu)建了基于PLC遠(yuǎn)程I/O的汽車裝配線生產(chǎn)信息系統(tǒng)的硬件環(huán)境，并利用SIEMENS WinCC6.2監(jiān)控軟件編程完成了工況顯示畫面的設(shè)計，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

本系統(tǒng)總裝生產(chǎn)線共有68個工位，配置11臺SIEMENS S7-200 PLC分組控制。S7-200 PLC由CPU224和EM277 PROFIBUS-DP接口模塊構(gòu)成，負(fù)責(zé)將各工位的生產(chǎn)狀態(tài)采樣后通過PROFIBUS-DP總線送至主控室內(nèi)SIEMENS S7-300PLC。S7-300 PLC采用CPU315-2 DP，其內(nèi)部配置的兩個通訊接口分別用于與PROFIBUS-DP和MPI網(wǎng)絡(luò)連接。S7-300 PLC將所有工位采樣信息做相應(yīng)處理后通過MPI網(wǎng)與工控PC機進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊[3]。

系統(tǒng)中生產(chǎn)信息實時動態(tài)顯示體現(xiàn)在中控室中的工控PC機和分布在裝配車間內(nèi)的5塊LED大屏幕上，其結(jié)構(gòu)如圖2所示：

顯示畫面的生成利用運行在WindowsXP環(huán)境下的SIEMENS WinCC6.2監(jiān)控軟件編程完成，LED發(fā)送卡將LED顯示窗口的掃描值通過網(wǎng)線傳送至各LED顯示屏接收卡，由接收卡解析后送至控制卡形成生產(chǎn)信息的LED點陣顯示[4]。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)通信

S7-200 PLC與S7-300 PLC的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線完成，S7-300 PLC與工控PC機的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用MPI網(wǎng)絡(luò)完成。

ROFIBUS-DP現(xiàn)場總線在S7-300 PLC上進(jìn)行組態(tài)[1][2][5]，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3所示。此結(jié)構(gòu)下將S7-300 PLC設(shè)置為PROFIBUS-DP主站，站號定義為2；各S7-200 PLC設(shè)置為PROFIBUS-DP從站，站號分別定義為3-13。

從站PLC（S7-200）編程將各工位現(xiàn)場采樣信號映射到組態(tài)的V存儲區(qū)內(nèi)，由EM277接口模塊通過PROFIBUS-DP供主站PLC（S7-300）遠(yuǎn)程讀寫。IPC選配SIEMENS CP5611通訊卡，采用MPI網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議由WinCC6.2監(jiān)控軟件變量管理器編程完成與S7-300PLC的數(shù)據(jù)通信[5]。

3.2 主站PLC

主站PLC（S7-300）由一塊CPU315-2 DP和一塊電源模塊組成，完成該系統(tǒng)的所有邏輯編程和生產(chǎn)信息加工。它除了完成生產(chǎn)線現(xiàn)場信號的遠(yuǎn)程讀取外，還對各工位提出的停線申請信號進(jìn)行響應(yīng)，通過PROFIBUS-DP向S7-200控制器輸出停線控制信號。同時，根據(jù)車輛下線計數(shù)自動完成產(chǎn)量的年累計、月累計和當(dāng)日當(dāng)前產(chǎn)量累計，并根據(jù)裝配線生產(chǎn)節(jié)拍自動計算當(dāng)日當(dāng)前計劃進(jìn)度。這些生產(chǎn)信息顯示在LED大屏幕上給生產(chǎn)管理人員實時動態(tài)掌握生產(chǎn)情況提供了直觀有效的手段。為正確反映當(dāng)日實際產(chǎn)量與計劃進(jìn)度的比照情況，系統(tǒng)采用WinCC變量與PLC當(dāng)前計劃進(jìn)度定時器連鎖，即當(dāng)WinCC裝配線工況顯示窗口選取停線休息、停線待料等文本列表項時停止計時，以避免非生產(chǎn)線原因造成計劃進(jìn)度數(shù)量增長而出現(xiàn)實際產(chǎn)量與計劃進(jìn)度的差距。連鎖處理程序主要邏輯如圖4所示：

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)主要包括監(jiān)控系統(tǒng)畫面組態(tài)和報警系統(tǒng)組態(tài)，利用SIEMENS WinCC6.2監(jiān)控軟件編程完成。監(jiān)控系統(tǒng)畫面組態(tài)利用圖形編輯器繪制組態(tài)畫面、定義控件屬性和利用變量管理器建立變量標(biāo)簽，實現(xiàn)WinCC控件屬性值與S7-300 PLC Step7程序數(shù)據(jù)區(qū)的動態(tài)鏈接。報警系統(tǒng)組態(tài)利用Alarm Control報警控件生成報警窗口，完成對各種報警的觸發(fā)條件、報警文本和報警顯示格式的配置，并實現(xiàn)實時和歷史數(shù)據(jù)的顯示。監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)如圖5所示：

主畫面由LED顯示屏掃描窗口、報警記錄顯示確認(rèn)窗口、各工位運行狀態(tài)圖示區(qū)和相關(guān)操作命令按鈕組成。其中LED顯示屏掃描窗口分生產(chǎn)基本信息顯示部分和裝配線當(dāng)前狀態(tài)動態(tài)顯示部分，后者用來顯示最新發(fā)生的報警信息、正常運行和因何種原因停線的裝配線當(dāng)前狀態(tài)信息。此窗口信息在LED大屏幕上向現(xiàn)場全體工作人員實時發(fā)布，以期相關(guān)人員及時作出對生產(chǎn)的動態(tài)調(diào)度、對設(shè)備故障的及時排除。此外，在LED顯示屏掃描窗口內(nèi)可顯示即時輸入的臨時信息供LED顯示屏滿屏大字醒目顯示，即時發(fā)布臨時信息的內(nèi)容在系統(tǒng)提供的PPT模板中錄入。系統(tǒng)還另配有獨立的報警信息畫面，用以顯示報警歷史記錄。

WinCC內(nèi)部集成了ANSI-C腳本語言系統(tǒng)，根據(jù)WinCC報警事件的到來和離去利用Time函數(shù)獲取報警起始時間和結(jié)束時間，并與求解的持續(xù)時間和報警工位號形成一條記錄記載在以日期為單位格式為.TXT的工作日志中。編程實現(xiàn)查詢?yōu)g覽以日期、時間、工位號、報警類型排序所有工位發(fā)生的每條報警記錄和總累計持續(xù)時間以及某一工位在一段時間內(nèi)所發(fā)生的每條報警記錄和總累計持續(xù)時間，并可生成文件打印。此信息對生產(chǎn)管理人員及時定量了解裝配線設(shè)備故障或待料停線的發(fā)生地點、發(fā)生頻率、停線時間以便頻發(fā)故障設(shè)備的及時檢修和加強物流管理十分重要。

4 結(jié)束語

采用現(xiàn)場總線傳輸方式，不但大大降低了系統(tǒng)搭建線纜敷設(shè)和日后線纜檢修成本，而且系統(tǒng)配置靈活，可隨工藝要求方便地增減PLC子站的配置數(shù)量。同時，PLC子站除了與PLC主站實現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O外，它還可根據(jù)現(xiàn)場工藝要求編程獨立承擔(dān)局部控制任務(wù)。因此，在長距離PLC集中監(jiān)控系統(tǒng)中采用遠(yuǎn)程I/O方式是上佳選擇。

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