一汽集團解放公司卡車廠采用西門子公司的S7系列PLC和菲尼克斯公司的Interbus現(xiàn)場總線系統(tǒng)，作為換代卡車駕駛室焊接裝配線的控制核心，并配合舉升與往復機構的兩個
變頻器，組成換代卡車駕駛室焊接裝配線的基本系統(tǒng)。
隨著電子技術特別是網(wǎng)絡控制技術日新月異的發(fā)展，現(xiàn)場總線（Fieldbus）技術已成為當今自動化領域發(fā)展的熱點課題，并受到了廣泛的關注。
現(xiàn)場總線是在生產(chǎn)現(xiàn)場用于連接智能現(xiàn)場設備的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構的通信網(wǎng)絡；現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）則是基于現(xiàn)場總線的自動控制系統(tǒng)，即以現(xiàn)場總線作為工廠底層網(wǎng)絡，通過網(wǎng)絡集成而形成的自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡。在總線控制系統(tǒng)中，按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設備之間、智能設備與遠程計算機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，從而實現(xiàn)控制與管理一體化的綜合自動化。與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的適應性、可擴展性、可維護性以及抗故障能力都很出色，在減少系統(tǒng)線纜，簡化系統(tǒng)安裝、維護和管理，降低系統(tǒng)的投資和運行成本，增強系統(tǒng)性能等方面有較強的優(yōu)越性。目前被廣泛應用的主要有Interbus、Profibus、ControlNet、DeviceNet、CAN控制局域網(wǎng)等。
由于現(xiàn)場總線技術在工控領域具有多方面優(yōu)勢，近年來得到了極其迅速的推廣和應用，尤其是在汽車行業(yè)。
項目介紹
隨著我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，卡車市場的競爭也變得越來越激烈，呈現(xiàn)出多家產(chǎn)品分爭市場的新格局，而國內(nèi)重型卡車的研發(fā)和制造始終是空白。在這種嚴峻的形式下，一汽集團解放公司率先開發(fā)了自主設計的國產(chǎn)重型卡車J6系列產(chǎn)品，并成功投放市場。
圖1 Interbus現(xiàn)場總線模塊的安裝
換代重卡駕駛室主焊線就是專門為J6系列重型卡車的生產(chǎn)而設計制造的全自動生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線是一條多品種混流生產(chǎn)的柔性生產(chǎn)線，全線共12個工位，可分別完成駕駛室各分總成在主焊線上的焊接、涂膠及裝配等任務，并自動實現(xiàn)與其他各生產(chǎn)線同步的車型轉(zhuǎn)換，是一條能夠完成J6系列幾十種車型駕駛室焊接及裝配任務的全自動流水生產(chǎn)線。
本項目實施的目的，是將自動控制技術、現(xiàn)場
總線技術及機器人等技術應用到換代卡車駕駛室焊接裝配線電氣控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)對換代卡車駕駛室主焊線整個控制系統(tǒng)的設計和制造，通過建造一條國內(nèi)汽車行業(yè)水平領先的全自動生產(chǎn)線，來確保新型重卡J6系列產(chǎn)品的裝配質(zhì)量，以滿足日益擴大的市場需求。同時為推動先進的控制理論及新技術在企業(yè)生產(chǎn)中的應用，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益起到積極的促進作用。
總體方案設計
整個焊接裝配線工藝設計先進，在目前亞洲汽車行業(yè)居領先水平。機械傳輸方式采用升降式托桿往復傳輸線，其運動軌跡是上升-傳送-下降-返回，該往復線應滿足駕駛室焊接總成6大系列車型的生產(chǎn)。各工位配備設計先進、結(jié)構合理的夾具夾緊定位裝置，整個機械部分設計制造由日本富士裝備公司總承包。采用西門子PC870人機界面實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的操作和監(jiān)控。采用德國SWAC公司的遠程操作面板代替以往的按鈕站來實現(xiàn)各工位手動動作及自動操作的功能。全線共選用26臺焊接、搬運及涂膠機器人，全部選用瑞典ABB公司的產(chǎn)品。所有機器人分布在3～10工位，擔負著J6系列駕駛室底板總成、前圍總成、左側(cè)圍總成、右側(cè)圍總成及后圍總成等五大總成的合裝、焊接等任務。1、2工位為車身下部總成、左右側(cè)后圍總成的人工上料工位，11工位為補焊工位，12工位為激光在線檢測工位，經(jīng)主焊線焊接裝配完成的駕駛室總成經(jīng)激光在線檢測確認質(zhì)量合格后，由空中輸送系統(tǒng)傳輸至駕駛室總成調(diào)整線。
現(xiàn)場總線系統(tǒng)選型
由于該控制系統(tǒng)配置復雜，自動化程序要求較高，生產(chǎn)線距離長、跨度大，且線上設備及元件數(shù)量非常多，根據(jù)系統(tǒng)的實際工況，考慮使用西門子S7系列PLC作為控制系統(tǒng)的核心，配以目前在工業(yè)控制領域技術領先的現(xiàn)場總線技術作為與現(xiàn)場設備的連接。
圖2 換代卡車駕駛室主焊線
菲尼克斯公司的Interbus是最早進入汽車工業(yè)的現(xiàn)場總線，其很多產(chǎn)品也是專為汽車行業(yè)而設計的：如專為汽車行業(yè)焊裝車間使用的Ruggled Line IP67系列產(chǎn)品，能夠抵抗電火花的直接沖擊；為焊裝機器人的機械手配套的CDIO產(chǎn)品，性價比極高的聚脂光纜（IBS獨有）做總線傳輸媒介（光信號不受電磁干擾），在線故障診斷等，極大滿足了汽車用戶的需求。另外Interbus總線為環(huán)形網(wǎng)絡，單個系統(tǒng)最多512個模塊，在采用雙絞線的情況下最長達12km，無終端電阻，無需模塊設址，使用方便靈活。而且在發(fā)生故障時，Interbus能在線準確地告訴操作人員錯誤位置、類型、解決方法等，診斷功能極其強大，可最大程度降低維修人員的工作量，減少停機時間。
綜合Interbus現(xiàn)場總線的優(yōu)點以及焊裝現(xiàn)場的實際工況，證明這種具有較強的抗電磁干擾能力、方便維修與調(diào)試、使用方便、性能可靠的現(xiàn)場總線正是該系統(tǒng)改造需要的。而且Interbus與西門子公司的S7系列PLC接口簡便，實際應用案例非常多，具有成熟的使用經(jīng)驗，系統(tǒng)配置合理。因此一汽集團解放公司卡車廠決定采用西門子公司的S7系列PLC和
菲尼克斯公司的Interbus現(xiàn)場總線系統(tǒng)，作為換代卡車駕駛室焊接裝配線的控制核心，并配合舉升與往復機構的兩個變頻器，組成換代卡車駕駛室焊接裝配線的基本系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)方案設計
該系統(tǒng)改造的重點是如何實現(xiàn)機器人系統(tǒng)與裝配線的合理銜接和控制，以確保全線的全自動運行。全線共配置26臺機器人，分別完成涂膠、點焊、搬運等任務。
根據(jù)主焊線的工藝要求，配置電氣控制系統(tǒng)硬件結(jié)構如圖3所示。
圖3 電氣控制系統(tǒng)硬件結(jié)構圖
該系統(tǒng)改造選用西門子S7-400系列CPU416-2DP作為控制系統(tǒng)的核心。通過以太網(wǎng)通訊模塊CP443-1將主焊線控制系統(tǒng)與車型管理系統(tǒng)相連接，接收車型管理系統(tǒng)傳遞的車型數(shù)據(jù)來實現(xiàn)各工位夾具隨車型的全自動變換。由于機器人出廠時已配置了Profibus適配卡，因此將26臺機器人連接到Profibus現(xiàn)場總線上。其他各工位夾具及現(xiàn)場I/O、SWAC操作面板等均連接到Interbus現(xiàn)場總線系統(tǒng)上，并通過IBS S7 400 DSC/I-T Interbus適配卡與西門子CPU進行數(shù)據(jù)通訊，整個Interbus現(xiàn)場總線系統(tǒng)上共有86個現(xiàn)場安裝的Ruggled Line IP67I/O模塊、37個InLine IP20 I/O模塊、7個192Bit SWAC操作面板，來實現(xiàn)對所有夾具手動、半自動操作及全自動的操作，以及對往復桿、機器人等設備的控制等。通過人機界面PC870來建立控制系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)的監(jiān)控及故障信息的顯示和存儲，以便于更迅速快捷地查找故障，維修設備。至此，整個控制系統(tǒng)的硬件設計就基本完成，根據(jù)工藝要求及機械動作時序，設計系統(tǒng)的程序流程如圖4所示。
結(jié)語
系統(tǒng)安裝調(diào)試后，可以根據(jù)工藝要求精確地完成駕駛室總成的焊接及裝配任務，且焊接質(zhì)量和裝配精度均達到產(chǎn)品的設計標準。另外，現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)、人機界面、SWAC操作面板、機器人、變頻器等目前先進技術的應用，使換代卡車駕駛室主焊線的整體控制水平躍上了一個新臺階，整個系統(tǒng)穩(wěn)定性、準確性大大增強，具有一定的推廣和應用價值。(e
