淺談安全總線在汽車焊裝自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

葉雷　王剛

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車逐漸走進(jìn)千家萬戶，成為人們主要的出行交通工具。為進(jìn)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(dòng)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(dòng)化控制的構(gòu)成，然后，重點(diǎn)探討了安全總線在汽車焊裝自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：汽車焊裝;自動(dòng)化控制;安全總線

現(xiàn)場(chǎng)總線是一種比較成熟的控制系統(tǒng)技術(shù)，安全總線是在“標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線”基礎(chǔ)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(shù)，這種技術(shù)使用的是安全總線協(xié)議。在具體的應(yīng)用實(shí)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(yù)定時(shí)間內(nèi)，完整、可靠地在設(shè)備間進(jìn)行傳輸。目前，安全總線在汽車、機(jī)械、船舶、機(jī)床、石化等行業(yè)的應(yīng)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(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)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(diǎn)分析

安全總線系統(tǒng)包含安全控制器、現(xiàn)場(chǎng)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(guān)要求并經(jīng)過認(rèn)證。其中，安全控制器是核心，主要負(fù)責(zé)安全系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算處理、運(yùn)作管理等;現(xiàn)場(chǎng)分散安全模塊主要是進(jìn)行安全輸入、輸出信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)備通信;B類總線的通信標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)can標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行的，其位速度一般為47.6-125，達(dá)到了歐洲標(biāo)準(zhǔn);C類總線為動(dòng)力傳動(dòng)控制系統(tǒng);D類總線為多媒體總線、信息娛樂系統(tǒng)，可細(xì)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(duì)當(dāng)前汽車焊裝實(shí)際進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，Rockwell、Siemens等幾家世界大規(guī)模自動(dòng)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(shù)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(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示其應(yīng)用效果是非常顯著的。與標(biāo)準(zhǔn)總線相比，安全總線系統(tǒng)與其之間的差異點(diǎn)，主要集中在通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)方面。安全總線能夠使安全PLC與標(biāo)準(zhǔn)PLC系統(tǒng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的I/O通信與故障安全 I/O 通信。作為一個(gè)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(guān)數(shù)據(jù)及完成安全相關(guān)的功能，使控制分散化、現(xiàn)場(chǎng)化和便捷化，具有安全、可靠、低成本、控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化等優(yōu)點(diǎn)并能提高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活化，從而進(jìn)一步擴(kuò)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(dòng)化系統(tǒng)

2.1 汽車生產(chǎn)線構(gòu)成

汽車焊裝生產(chǎn)線包括車身完成線的構(gòu)造裝調(diào)線、車身主焊線、下車身總成線、地板總成線、機(jī)艙總成線、側(cè)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(chǔ)，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(huì)直接決定著汽車的質(zhì)量。地板下車身總成線主要是機(jī)艙總成與地板總成焊接，需要較高的機(jī)械自動(dòng)化，對(duì)機(jī)械設(shè)備和焊接技術(shù)的要求都比較高。側(cè)圍總成線就是指汽車側(cè)圍的結(jié)合，由兩條對(duì)稱的焊接生產(chǎn)線構(gòu)成。出于外觀和安全考量，側(cè)圍總成線需要較高的自動(dòng)化技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)其功能作用。裝調(diào)線是在完成焊接等工作后，對(duì)汽車四門兩蓋進(jìn)行相應(yīng)的裝配和優(yōu)化調(diào)整，使整車間隙及面差達(dá)到公差允許的范圍。

2.2 汽車焊裝自動(dòng)化控制系統(tǒng)

從實(shí)際來看，汽車焊裝車間依據(jù)生產(chǎn)線，可以分成不同的獨(dú)立控制部分，這些部分分別通過控制層、設(shè)備層、監(jiān)控層等來控制，各層的功能需要相應(yīng)的軟硬件實(shí)施來輔助實(shí)現(xiàn)。汽車焊裝車間自動(dòng)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(guān)系。

2.2.1 汽車焊裝自動(dòng)化控制硬件系統(tǒng)

第一，汽車焊裝內(nèi)的控制層?？刂茖永肞LC系統(tǒng)進(jìn)行控制，該控制系統(tǒng)安裝在焊裝車間自動(dòng)化生產(chǎn)線中，包括左/右側(cè)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(guó)汽車焊裝發(fā)展實(shí)際來判斷，可以發(fā)現(xiàn)，汽車焊裝生產(chǎn)線是推動(dòng)汽車行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)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(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)成的，各系統(tǒng)都是采用自動(dòng)化控制技術(shù)來進(jìn)行控制，每個(gè)控制系統(tǒng)的內(nèi)容都不同。各個(gè)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(shè)備層。設(shè)備層指的是PLC控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)施，在信息科技日新月異發(fā)展推動(dòng)下，汽車行業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，汽車焊裝設(shè)備也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，掃描槍、無線射頻讀寫設(shè)施、焊裝機(jī)器人、光幕、遠(yuǎn)程模塊以及變頻器等都屬于設(shè)備層，它們?cè)谄嚭秆b中得到了廣泛的應(yīng)用。如果汽車焊裝設(shè)備出現(xiàn)問題，就會(huì)對(duì)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(dòng)化控制中的熱點(diǎn)技術(shù)是基于總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化技術(shù)。

第三，汽車焊裝內(nèi)的監(jiān)控層。在功能實(shí)現(xiàn)上，監(jiān)控層通過ANDON 系統(tǒng)服務(wù)器、監(jiān)控管理系統(tǒng)服務(wù)器等進(jìn)行工作，這些服務(wù)器都位于車間控制室中，可以對(duì)車間生產(chǎn)進(jìn)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(jí)MEC制定的計(jì)劃通過生產(chǎn)車間監(jiān)控管理系統(tǒng)服務(wù)器被車間接收，各生產(chǎn)線按照計(jì)劃開展生產(chǎn)?，F(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)情況通過生產(chǎn)車間監(jiān)控管理系統(tǒng)服務(wù)器，可以及時(shí)反饋到廠級(jí) MES系統(tǒng)，由其進(jìn)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(dòng)化控制軟件系統(tǒng)

第一，結(jié)構(gòu)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(duì)于PLC 程序的樹狀結(jié)構(gòu)要求也存在差異，但其自身功能結(jié)構(gòu)單元都是相對(duì)統(tǒng)一的，結(jié)構(gòu)化編程模式基于此特點(diǎn)，可以提高程序結(jié)構(gòu)的可讀性與統(tǒng)一性，方便、快捷地維護(hù)、修改汽車焊裝自動(dòng)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(gòu)成都存在很大的區(qū)別，但在設(shè)備構(gòu)成和運(yùn)行方式方面，卻具有很多相似之處。模塊化編程方式實(shí)際上就是在將相同的設(shè)備和運(yùn)行方式變量進(jìn)行集中管理，這樣可以簡(jiǎn)化程序編輯工作量，達(dá)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(yīng)用中依據(jù)I/O變量的不同，調(diào)用各個(gè)模塊來完成編程。

3 汽車焊裝自動(dòng)化控制中安全總線的應(yīng)用

隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及生產(chǎn)技術(shù)的提升，控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平也得到了不斷加強(qiáng)。在自動(dòng)化系統(tǒng)中，與其他系統(tǒng)相比，安全設(shè)備控制系統(tǒng)發(fā)展是比較遲滯的。安全總線技術(shù)屬于比較先進(jìn)的技術(shù)，具有安全總線協(xié)議，從協(xié)議上來看，其擴(kuò)展了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在安全總線下，標(biāo)準(zhǔn)及安全裝置都能實(shí)現(xiàn)在同網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。安全總線的安全通信不需要網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)橋等價(jià)格較高的硬件設(shè)備，既能獨(dú)立進(jìn)行應(yīng)用，也能與標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，而且，在應(yīng)用過程中，不需要另外增加輔助設(shè)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(qiáng)，能自動(dòng)檢查重合“節(jié)點(diǎn)地址”，重審“數(shù)據(jù)鏈層”，并能結(jié)合其他配置創(chuàng)建系統(tǒng)“優(yōu)先權(quán)”功能，在此過程中，誤碼發(fā)生率也極低。PROFI safe和Safety BUS p兩種安全總線在世界上的應(yīng)用比較廣泛，其中，德國(guó)PROFIBUS用戶組織（PNO）頒布的PROFI safe，其基礎(chǔ)是標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS，可以實(shí)現(xiàn)主、從站之間故障安全通信。PILZ公司頒布的Safety BUS p，其應(yīng)用的是以CAN協(xié)議為基礎(chǔ)的通信方式，這種協(xié)議下的傳輸是通過雙線差動(dòng)進(jìn)行通信的，抗噪聲能力非常顯著，Safety BUS p只作為安全總線系統(tǒng)使用，其協(xié)議負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)安全安全性。安全總線在汽車焊裝自動(dòng)化控制中的應(yīng)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(dòng)著汽車焊裝向著智能化以及網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。在汽車電氣控制系統(tǒng)中，一共存在五條空中運(yùn)輸線，所有的工藝流程都通過其到達(dá)最終目的地。這些生產(chǎn)線都比較先進(jìn)，有效避免了傳統(tǒng)生產(chǎn)線的弊端。點(diǎn)焊機(jī)器人在汽車自動(dòng)化生產(chǎn)線焊裝系統(tǒng)中起到了主要的作用，其能識(shí)別汽車車廂以及內(nèi)部設(shè)備，并自帶修磨的裝備。安全總線功能強(qiáng)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(duì)我國(guó)汽車行業(yè)創(chuàng)新也有著很大的啟發(fā)作用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，安全總線在汽車焊裝自動(dòng)化控制中的應(yīng)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(jìn)程序的重用性與移植性，從而真正推動(dòng)我國(guó)汽車焊裝自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、智能化發(fā)展。

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