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西门子PLC S7-300在北京奔驰汽车发动机装配线上的应用

1、总述

发动机装配线PLC控制系统,主要针对包括转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位的控制。在汽车公司发动机进行装配设计过程中,由于被装配工作零件的多样性,需要在装配线的每个工段适当通过调整以及发动机的方位以方便装配零件。装配进行线上一共有20余个工位,包括7个普通提高转台、2个维修研究转台、4个无滚轮举升台、7个单向通过滚轮举升台以及2个翻转机。整个受控对象由22个工作站组成,每个工作站包含必要的传输或升降电机,以及32个生产线传输电机。每个工位均由一个ET200S和一个ET200ECO从站组成,用于该工位的I/O点数据采集和发送以及分散控制。


2系统功能详述

本系统由几个部分操作员站,工程师站,自动化系统,网络和现场I / O站。这些组成部分的功能如下:

操作员站:人机界面,以提供完整的成品,要实现的功能的控制系统(操作,显示,报告,报警,趋势)的控制

人机界面STEP7源上直接观看。

工程师站:配置及系统的维护。
自动化系统:使用SIMATIC控制器完成回路调节和逻辑运算。
现场I/O站:采用现场总线技术,直接采集设备现场的现场仪表信号,控制现场的执行器。

现场总线ProfiBus:用于连接控制单元与操作员站以及管理网络。


 本系统采用PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模块相连构成系统的主站。CP342-5是用于连接S7-300和 profibus-DP的主/从站接口模块,CP 343-1是用于连接S7-300和工业以太网的接口模块。在该控制系统中,除了上述主站外,从站是由 22个ET200S和22个ET200ECO组成,分别分布在两条profibus网络上。cpu上自带的profibus-dp接口构成 profibus线,cp 342-5接口模块构成profibus线。
 系统中ET200S从站上采用的IM151-1接口模块有两种: 基本型和标准型,基本型的接口模块所能挂接的电源管理模块和I/O模块个数范围为2~12个,标准型的接口模块其范围为2~63个。所以当从站 i/o 模块多时,应选择标准类型的接口模块。接口模块上带有profibus地址设定拨码开关。
 系统中et200eco从站中选用了8di和16di两种模板,模板结构紧凑,模板的供电采用7/8‘电源线,模板的通讯采用m12通讯接头。接线灵活,快捷,便利,四通八达。其接口模块上带有2个旋转式编码开关用于profibus地址分配。
网络技术设备可以按照适应中国工业现场工作环境的程度,以及生产线的布局来考虑选用不同防护等级。控制箱中的模块采用防护等级为20的ET200S I/O模块,对应每个控制箱的还有一个防护等级为67的ET200eco模块,置于生产线滚轮下方,由于该模块需要接触到现场较为恶劣的生产环境,因此需要有防水防油防尘等功能。

3目标控制系统

 3.1 系统进行设计研究汽车发动机装配线是一个对发动机工作顺序装配的流水线工艺发展过程。由于处理繁琐的计算机控制系统,工程考虑模色散控制采用分布式控制和集中管理计算机控制系统西门子PLC构成的核心,之间的站独立地通过网络,资源共享控制数据信息系统。家电组装线是一个对家电顺序组装的流水线工艺过程,每个工位之间是流水线生产,因此,每个环节的控制都必须具备高可靠性和一定的灵敏度,才能保证生产的连续性和稳定性。从站中的每个ET200S站和其对应的ET200eco站共同构成一个工位, ET200eco主要是采集现场数据之用。ET200S站的模块置于一个小型企业控制箱内, 对于工位的基本信息操作有两种不同方式,就地控制箱手动管理方式和就地自动学习方式。 由于各控制站运行进度不一致,操作人员可根据装配要求自动切换。在特殊情况下,工件的位置可以通过人工操作进行校正。


安装在各工位的分布式I/O模块ET200S和ET200eco通过现场检测元件和传感器将系统主要的监控参数(主要是开关量)采集进来,ET200S和ET200eco将现场模拟量信号转换为高精度的数据量,通过最高速度可达12M的Profibus-DP现场总线网络将采集数据上传到中央控制器,控制器根据具体工艺要求进行处理,再通过Profibus-DP网络将控制输出下传给ET200S,实现各工位的控制流程。PROFIBUS是全球应用***广泛的过程现场总线系统。PROFIBUS有三种类型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自动化,ROFIBUS-DP用于制造业自动化,ROFIBUS-PA用于过程自动化。使用PROFIBUS过程现场总线技术使超过40%的硬件,工程设计,安装和维护成本的节约。PROFIBUS-DP的技术性贸易能使它可以广泛应用于中国工业生产自动化的一切社会领域,包括我国冶金、化工、环保、轻工、制药等领域。 除安装简单外,传输速率极高,可达12Mbit/s,通信距离可达1000米,若增加中继器,通信距离可扩展至几十公里,具有多种网络拓扑结构(总线型,星型,环型)可供选择。在一个网段上最多可连接Profibus-DP从站即ET200S或是ET200eco 32个。


整个控制系统按流程分为五个工位:转台,升降平台,升降转台,转车机。各部分可***完成各自的控制任务,山西省西门子PLC代理商并通过工业以太网实现和上位监控系统的连接,由上位系统实现各部分的协调控制。
装配I线工程PLC控制管理系统和网络信息通讯系统发展具有下列特点:
(1)计算机技术集成自动化发展过程进行控制信息系统,分布式、高可靠性、高稳定性。

(2)每个台站的运作作为一个相对独立的系统分散。


3.2 系统控制要点

(1) 该系统网络中一个主站CPU下两条profibus网络所带的从站有44个之多,在利用Simatic Manager编程软件进行硬件配置时,根据S7-300CPU中CPU31XC的地址分配的参数规范,对于数字量输入输出,其地址分配的参数范围为0.0~127.7。因此在进行硬件配置时,S7~300CPU自带的profibus-DP接口上的profibusI线上的模块数字量I/O地址一般规定在0.0~127.7的范围中,如有超出则采用间接寻址的方式来处理。无论 profibus ii 模块处于哪个范围,它们的数字 i/o 地址都必须间接处理。


(2) 关于接触器的硬件互锁。 对于转台站来说,转台有正转和反转两种工作状态,因此转台的旋转电机需要有一个负载开关和两个接触器共同控制(升降电机一般只需要一个负载开关和相应的接触器来控制)。 接触器分为正向转动接触器和反向接触器,输入AV。 是380正转接触器的三相电压A、B、C分别和反转接触器的C、B、A短接。当在执行期间程序,如果存在的话,使得正向和反向接触的输出接触点也被设置为1,前向和反向接触器触点的相应的A相和C相的短则发生一定的间隙,短路损坏引起的接触,主电源开关的行程。为了避免这种事故的发生控制工程网版权所有,首先保证程序中不能出现两个接触器同时置1的情况,其次即是采用接触器上硬件互锁,如图2所示,点Q1、点Q2是输出控制点,Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子,同理, Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子,但是改接成如图所示。接触器上有自带的一个常开点和一个常闭点,互锁中只需我们用到常闭点,当输出点Q1闭合时,正向接触器上常闭点随之进行断开,则Q2输出点两端发展之间没有不可能通过形成系统回路,也就自然不会导致出现各种短路跳闸的事故。


项目涉及的变量数量,可根据情况随时变化,为了方便管理,采用 s7程序接口和 wincc 人机接口共享一套变量。这样我们可以将建立一个变量的工作量减少一半,也将出错概率大大减少一半。先安装step7软件,之后自定义安装Wincc软件,将Wincc通讯组件安装完整。然后在 step7软件中插入OS站,可点击右键打开并编辑Wincc项目。在Wincc项目中需要引用变量的位置进行变量选择,出现变量选择对话框,即可在 step7项目变量表中选择需要的变量,从而保证人机界面和下位机所用变量的。


3.3 系统控制功能

(1)在手自动电路的Wincc HMI手动开关可以容易地知道每个站的状态自动地,可自动切换状态的手在从站中的控制盒面板实现。在自动模式下,整个站的操作由下,可实现自动控制运行的机器的流量来控制。在手动模式下,一些机械操作动作操作的自我保护功能,可以通过相应的软件连锁防止危险动作的发生。
(2)安全环境保护上位监控管理系统可以设定了若干级操作以及密码,管理员和操作员分别有自己的操作人员权限,且操作员在进行分析操作问题时有没有必要的警告提示框和信息提示框出现。
(3)当上位机画面显示某个工位出现故障时,可从画面直接点击按钮进入相应的下位机梯形图程序界面,即可迅速查找出故障的根本原因,节省了维修时间。
(4)故障进行报警和报表打印当设备管理出现问题故障时,报警框中会不断出现一些提示,并伴随有声音报警。运营商可能需要印刷生产相关的报告信息。

4总结

西门子S7-300CPU通过两条profibus-DP网络连接若干ET200S和ET200ECO从站构成的集中分散式控制系统已经在该发动机装配线成功投运,能够保证生产线连续稳定地生产,尤其在机械动作灵敏度上有较大提高,完全满足了用户的要求。

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