DeviceNet现场总线在汽车混流焊装生产线控制系统中的应用

引     言 汽车工业的发展，总是基于相关科技的进步，技术密集、新技术应用广泛是汽车产业的特点。可编程控制器（PLC）在汽车工业中的应用，曾大大改善了生产过程的控制，使汽车生产效率得到了提高，然而随着科技的进步，现场总线（Fieldbus）又把自动化控制技术在汽车工业中的应用提高到一个新的水平，从继电器控制系统到可编程控制器再到工业现场总线，信息技术和自动化控制技术的进步，一直推动着汽车工业的发展。 一、场总线技术的特点    现场总线是应用于生产现场，连接控制系统中现场装置的双向数字通讯网络系统，它应用网络通信技术将控制、测量与执行设备集成于一体，是开放式、数字化、多点通信的底层控制网络，与传统控制系统相比，具有许多优势：   1．利用信息技术及数字信号通信技术，有效提高了系统的测量和控制精度。   2．应用网络技术数据传输可靠、信息响应快速、抗干扰能力增强。   3．具有自动诊断、故障显示功能。   4．更好地满足控制系统信息集成的要求。   5．总线节点具有良好的防护等级，可以直接安装于工业现场。   6．系统设计调试更加灵活方便、控制性能大幅度提高。   7．系统综合成本大幅度减少。   基于上述特点在汽车产业中应用现场总线技术，将大大推进设备的技术升级，为企业经营管理信息化，控制系统智能化奠定良好的基础。 二、DeviceNet现场总线   DeviceNet 现场总线，是一种通讯协议开放、支持多种控制器和智能设备的底层设备网络，其技术指标如下：

一个完整的DeviceNet现场总线由下列部分组成：    ① 主控器（支持DeviceNet的PLC或PC）。    ② 现场输入/输出模块，用于连接控制系统中各种现场装置。    ③ 带有DeviceNet接口的现场装置。    ④ 线揽及网络附件。 DeviceNet是最适用于制造工业自动化的现场总线。 三、系统介绍 汽车焊装混流线是东风汽车股份公司生产的关键设备，工艺流程复杂、被控设备分散，因此在用PLC控制器构成的电气控制系统中存在电缆连线复杂、现场电气信号采集控制故障多、使用维修不方便等一些问题，严重影响设备的使用，制约汽车的生产。我们通过对本系统现场实际情况进行分析和论证，最佳方案是采用先进可靠的现场总线控制方式，集成DeviceNet现场总线、PLC控制器、现场输入/输出模块等构成新的电气控制系统。 四、控制系统构成     通过对本系统现场实际情况进行分析和论证，拟采用先进可靠的现场总线控制方式，根据现场情况，保持原系统接近开关、电磁阀安装性能不变，应用DeviceNet现场总线技术，结合PLC特点，对控制系统进行优化设计。 由于是工业现场并且系统传输的是电气控制信号，综合考虑工业环境应用，因此主控器选用日本OMRON C200HS PLC作为主控器，总线线揽附件使用德国TURCK的产品，从控器及现场输入/输出模块使用德国BECKHOFF的产品，便于与其它车间统一。 更换控制柜，并将控制柜和按钮站合二为一，控制操纵台安装在地面方便操作的位置，原控制柜内能利用的部分在改造时充分加以利用，以便降低成本。 操作面板的设置高度满足用户要求，操作面板上设置有各种状态信号指示灯。 对设备的设计、制造、安装符合国家标准。 系统硬件： 1、 主控器日本OMRON C200HS PLC，该PLC带有RS232口方便编程监控组态和外设连接，插入PLC底板上的I/O模块C200H-ID212直接取操纵台按钮信号和设备上的传感器信号，C200H-OC225输出信号控制指示灯、电器元件和设备上的电磁阀等。 2、 主控单元选用日本OMRON C200HW-DRM21-V1，该产品支持DeviceNet现场总线，是PLC内部总线与开放的DeviceNet现场总线的接口单元，在单元上须进行设置。 3、 从控器及现场输入/输出模块使用德国BECKHOFF IP20防护等级的端子式总线产品。端子式总线系统是将一种开放型现场总线协议与总线端子联接起来，在总线端子可以连接多种现场信号，如标准工业开关量、模拟量输入/输出信号、以及各种串行信号，它支持多种总线协议，成本较低、使用灵活，可以根据现场情况进行扩展，一个节点最多可以连接256个输入/输出装置，在本系数中输入是直流两线式接近开关，输出是电磁阀，均为开关量。 4、 端子式总线系统包括三个主要部分： 第一是总线耦合器：它是完成开放型总线与端子式总线之间的所有通讯任务，在本系统中总线耦合器选用德国BECKHOFF BK5200，本系统使用DEVICENET总线耦合器BK5200，通过拨码开关设置模块地址和通讯速率。 第二是I/O端子模块：I/O端子式模块选用德国BECKHOFF KL1104、KL2114、KL2602、KL9010。 第三是终端端子：终端端子选用BECKHOFF KL9200。 系统网络： 1、总线线缆选用德国TURCK支持DeviceNet总线的五芯屏蔽电缆产品，其接线方式接线图。 2、总线线缆附件使用德国TURCK产品，它支持DeviceNet总线，是连接输入、输出设备到开放式总线的最佳选择，由总线电缆RSM RKM570、分支电缆RSM572、总线电源电缆RSM46、接插件、T型接头、终端电阻RSM457等组成。

DeviceNet总线线缆接线图

系统软件组态： 1、对系统的主单元和从控器进行初始设定，系统组态设定见流程图 2、对DEVICENET中的地址分四个区，分别为输入I区、II区、输出I区、II区网络的分配只能在这四个区，且要防止I/O区重叠，I/O范围超出及从单元容量不同等错误。 3、DEVICENET地址分配可以用配置器，也可缺省分配。对于缺省分配，输入和输出区中的每个字分配给每个节点地址，分配的字由节点地址决定。如果一个从单元需要不止1个输入或输出字，则分配给它需要的字数。发生这种情况时，某些节点地址将不能使用。 4、用OMRON  CPT中文编程软件进行系统组态和编程，可实时模拟设备运行，监测设备故障，显示设备状态，能迅速查找故障点进行处理。组态部分可将所有信息形成文件并打印出来以供设备管理和生产管理使用，或者利用其与上层网络或上位机的通讯实现全厂统一调度管理。

系统组态设定流程图

系统配置图

五、结束语 通过对该混流线电气控制系统用工业现场总线（DeviceNet）进行改造升级，设计安装调试一次通过完成，经较长时间的生产运行，各项技术指标、控制功能和工艺性能均满足用户生产和技术要求，方案、设计、施工符合规范，经改造升级系统的综合自动化控制性能显著提高，并且系统可靠，故障率低，维护方便，成本降低，技术经济效益显著，提高了生产效率。 参考文献： 〖1〗德国TURCK工业现场总线产品DeviceNet。 〖2〗美国RockwellAutomation设备网(DeviceNet)产品概貌。 〖3〗德国TURCK端子式系列总线产品样本。 〖4〗OMRON自动化产品精选。 〖5〗OMRON DeviceNet(CompoBUS/D) OPERATION MANUAL Cat.No.W267-E1-6。 〖6〗可编程序控制器应用指南  上海科学普及出版社。