計算機控制技術在自動化沖壓線上的應用
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一、 引言
上海大眾汽車有限公司引進的德國SCHULER 6000KN大型自動化沖壓線主要用來生產PASSAT轎車4門2蓋等中型沖壓件，平均沖次可達6.7次/分鐘。SCHULER沖壓線主要由6個壓機單元和6個機械化單元組成，壓機單元主要用來進行料片沖壓，機械化單元主要采用吸盤方式進行料片拆垛、壓機之間料片傳送等任務。 SCHULER自動化壓機線的控制設備采用先進的西門子控制設備，整個自動化控制網絡分為兩級，第一級為基礎自動化網絡，它主要包括現場層 SIEMENS 可編程控制器SIMATIC H1網絡和操作員工作站WINCC網絡；第二級為服務器控制管理層網絡。 SCHULER壓機線的整個工業控制網絡網絡系統較為復雜，由環形拓撲結構、星形拓撲結構、總線形拓撲結構三種拓撲結構類型的工業控制網絡組合而成。 二、基礎自動化網絡 2.1 現場層網絡 SCHULER 壓機線現場層控制采用PLC和PROFIBUS現場總線控制。每個壓機單元和機械化單元各采用獨立的PLC控制，PLC采用西門子S5-115U可編程控制器，整條壓機線共使用了12個PLC進行控制。 2.1.1 PLC H1 網絡 服務器與現場層PLC通訊采用SIMATIC H1以太網絡，CSMA/CD協議，光纜介質，通信速率為10Mbps，環形拓撲結構。每單元PLC都配置有CP1430通訊模塊，通過相應的OLM（光電轉換模塊）上網通訊，服務器內置CP1413通訊模塊通過第一單元OLM模塊與PLC H1網通訊。在此服務器起到參數的上傳／下送作用，它與PLC之間的數據交換通過DDF（動態數據交換）來進行。 2.1.2 PROFIBUS 總線 PLC與現場設備的通迅采用西門子公司的PROFIBUS－DP現場總線，PROFIBUS－DP總線是一種全分布式現場總線型現場控制網絡，它通過ET200分布式輸入／輸出系統與現場設備之間實現雙向串行多節點數字通信。單個分散的現場設備通過PROFIBUS總線連接成可以相互溝通信息、共同完成控制任務的網絡系統和控制系統，形成控制功能徹底下放到現場的全分布網絡集成式新型控制系統，它大大簡化了現場布線并節省了安裝費用。 ET200分布式輸入／輸出系統采用主棧和從棧結構 , 主棧在總線上向從棧發送數據并向從棧索取數據 , 從棧只有當主棧發出請求時才能與主棧進行數據交換。 在本控制系統的PROFIBUS現場總線中，內置總線接口控制板IM308-C的PLC作為總線的主棧，ET200 輸入／輸出模塊作為總線的從棧，總線傳輸介質為屏蔽雙絞線，PLC通過PROFIBUS-DP實現對現場設備的控制。 2.2 操作員工作站WinCC網絡 操作員工作站通信網絡采用10BASE-T以太網，TCP/IP開放協議，光纜介質，通信速率為10Mbps ，環形拓撲結構，具體配置為：每個壓機單元各附有前后2個操作員工作站，SCHULER自動化壓機線共有12個操作員工作站，工作站內置3COM網卡通過TPTR（以太網接口）及相應的OLM（光電轉換模塊）模塊與以太網通訊，第一單元的OLM模塊通過雙絞線與HUB（中央集線器）相連，服務器內置3COM網卡與HUB相連，從而實現服務器與操作員工作站以太網絡的通訊。 2.2.1 WinCC 組態軟件 操作員站的人機界面的畫面組態采用西門子公司的SIMATIC WinCC 4 .0工控組態軟件。SIMATIC WinCC（Windows Control Center）是西門子公司開發的全32位的分布自動化控制組態軟件，WinCC 作為一個監控組態軟件具有強大功能以及高度開放性，可使用戶設計出界面良好的、功能完善的監控系統；且由于它能在Windows標準環境下利用各Windows的便利功能，可大為縮短開發生成過程軟件包的時間。WinCC軟件主要包括數據采集和數據管理2個基本功能。數據采集是指從現場采集數據并進行相應處理，采集主要由作為現場控制站的PLC完成。數據管理是把從現場得到的數據進行處理后并把它送到服務器的數據庫以及由數據庫訪問函數讀取數據然后再送到應用中去。 2.2.2 WinCC網絡 在本系統中，服務器作為WinCC的Server，也作為SQL（結構化查詢語言）Server（數據庫服務器），它包括有運行數據庫和工程數據庫。現場數據經PLC通過服務器送到WinCC中進行采集和管理，經處理后，送到服務器的運行數據庫；所有的模具及生產數據都儲存在SQL服務器的工程數據庫中，SQL服務器經過以太網連接到生產線的WinCC操作員站上，模具生產數據和現場數據在服務器或操作員站上以圖形方式顯示出來，實現監控。在生產時，模具作業在選定后，WinCC操作站收到從SQL服務器來的模具生產所需要的生產數據，然后啟動生產過程。數據庫總計可存有1000套模具數據，隨時可以檢索。 操作人員通過分別設在沖壓線6個壓機單元上的12個操作員站的WinCC人機界面可以監視每個壓機單元及機械化單元的工作狀態及故障報警顯示，并可進行模具數據轉換及生產數據設定等操作。 三、控制管理層網絡 壓機線服務器通過10BASE-T中央集線器（HUB）與路由器（ROUTER）及操作員站以太網和PMS（壓機生產管理系統）連成控制管理層星形網絡。 3.1 網絡操作平臺 服務器與操作員站采用服務器／客戶機網絡結構進行通訊。服務器的操作平臺是WinNT Server 4.0中文操作系統，操作員站的操作平臺是Win NT Workstation 4 .0中文操作系統。WinNT操作平臺具有安全性、可靠性、多任務性等特點，并具有較好的軟件兼容性，支持絕大多數Windows應用軟件，為用戶的工作提供很大的便利。 3.2 網絡安全技術 服務器作為SCHULER壓機控制網絡的中樞，服務器安全對保障整個壓機線工業網絡安全具有十分重要的意義，服務器采用硬件RAID（磁盤陣列）技術。 服務器采用DPT-RS3W RAID（磁盤陣列）站，外置的RAID硬盤柜把所有的RAID處理智能化統一到嵌在外置磁盤子系統的控制器中，全部的子系統通過一個 SCSI 控制器聯到主機上，RAID磁盤柜包括有3個硬盤：2個為鏡像硬盤，1個為熱備份硬盤。在服務器系統采用磁盤鏡像（RAID 1）技術 , 服務器在處理數據時，同樣的數據寫在兩個鏡像硬盤中 , 雖然數據冗余性較高，但由于并行處理兩個磁盤，數據傳輸速率高，并提供了數據的高可信度；若工作中，一個硬盤在工作中發生故障，熱備份硬盤會自動替換壞的硬盤，并且數據立刻從鏡像硬盤拷貝到熱備份硬盤上，系統在熱備份硬盤上自動進行重建，從而磁盤陣列得到恢復，這樣就大大提高了服務器網絡系統運行的安全性，保障了生產的正常進行。 3.3 PMS系統 為了更好實現對壓機線的生產控制，壓機線安裝PMS系統（Rress Management System壓機生產管理系統），用于跟蹤壓機的生產情況及制定生產計劃，系統通過CP1413網卡與PLC H1網絡進行通訊，從PLC中獲得數據進行數據采集，并將獲得信息自動進行統計歸類，從而獲得壓機線產量、生產時間、故障內容及時間的內容，為車間生產調度和管理提供參考。 3.4 遠程診斷 服務器上裝有PC Anywhere遠程控制軟件及ISDN系統實現系統的遠程診斷功能。PC Anywhere是一個由賽門鐵克公司出品的32 位雙機互連工具，運行于 Win NT 平臺之下，它可以通過網絡或電話線實現計算機的遠程遙控連接，使主控方能使用被控制方計算機的程序，同時還可以在兩臺PC 間傳送數據。 由于遠程診斷數據交換量較大，服務器接入Internet采用Router（路由器）連接ISDN（綜合業務數字網）系統方式進行，ISDN數據傳輸速率較高，可達128kbps，保證了遠程診斷的順利進行。 四、結束語 SCHULER自動化壓機線的工業控制網絡采用了許多較新的技術，壓機線正常生產以來，網絡運行十分穩定 ，保證了壓機線的高效生產。SCHULER壓機自動化線的工業網絡技術對于國內工業網絡建設及應用也有許多參考之處。 |
