1 引言
汽車總裝生產(chǎn)線是整個(gè)汽車生產(chǎn)線的重要組成環(huán)節(jié)，其運(yùn)行狀況直接影響到汽車廠生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量。為此，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)基于step7的plc控制系統(tǒng)，項(xiàng)目軟件平臺(tái)由西門子wincc6.2實(shí)現(xiàn)汽車總裝線監(jiān)控系統(tǒng)以及相關(guān)報(bào)警系統(tǒng)。
西門子公司的wincc組態(tài)軟件具有監(jiān)控生產(chǎn)過程的強(qiáng)大功能，是基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備運(yùn)行、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各種功能。wincc具有廣泛的應(yīng)用和較強(qiáng)的兼容性，能提供成熟可靠的操作和高效的組態(tài)功能，同時(shí)具有靈活的配置能力。
2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
華晨金杯a1車總裝車間監(jiān)控系統(tǒng)由中控室和現(xiàn)場(chǎng)7個(gè)plc控制站組成。整個(gè)控制系統(tǒng)采用“集中監(jiān)視、分散控制”的模式，依據(jù)這一原則，將整個(gè)系統(tǒng)分為三個(gè)層次，即監(jiān)控層、控制層和設(shè)備層。每個(gè)層次中使用不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及軟硬件配置，以實(shí)現(xiàn)各自不同的功能。系統(tǒng)組成形式如圖1所示。
圖1 a1車總裝車間監(jiān)控系統(tǒng)整體組成
2.1 監(jiān)控層主要功能
中控室采用計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)通過以太網(wǎng)(ethernet)對(duì)車間內(nèi)各個(gè)受控設(shè)備的運(yùn)行信息(指能夠通過以太網(wǎng)向計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù))進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和集中監(jiān)控。中控室設(shè)置數(shù)據(jù)采集服務(wù)器一臺(tái)(工程師站)，作為scada服務(wù)器(監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)以windows 2003 server為操作平臺(tái)，運(yùn)行控制軟件(step 7)完成生產(chǎn)線各控制軟件編制及上下載、故障診斷，運(yùn)行組態(tài)監(jiān)控軟件(wincc6.2)，完成設(shè)備控制信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集工作，經(jīng)過程序處理，生成各種文件，顯示各生產(chǎn)區(qū)域的動(dòng)態(tài)畫面及圖形，對(duì)該區(qū)域的生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)狀況、物流狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬、實(shí)時(shí)監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反映生產(chǎn)環(huán)節(jié)中各部接口和設(shè)備的情況。
監(jiān)視計(jì)算機(jī)2臺(tái)(操作員站)，看板系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)1臺(tái)，從scada服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息，建立顯示界面并對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，并能自動(dòng)記錄工藝參數(shù)、打印故障報(bào)表。中控室及plc網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)交換機(jī)(switch)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，以太網(wǎng)交換機(jī)(switch)之間的聯(lián)接采用光纜。
2.2 控制層主要功能
控制層采用plc及profibus現(xiàn)場(chǎng)總線接受現(xiàn)場(chǎng)發(fā)來的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過cpu運(yùn)算與處理后，發(fā)出相應(yīng)的指令(輸出信號(hào))對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。同時(shí)，各個(gè)主要單臺(tái)設(shè)備的控制系統(tǒng)具備以下功能：
(1) 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)該設(shè)備本身的獨(dú)立控制，并滿足工藝要求；
(2) 凡是需要在中控室內(nèi)集中監(jiān)視的數(shù)據(jù)(如運(yùn)行狀況、故障信息等)，各個(gè)單臺(tái)設(shè)備的控制系統(tǒng)均能夠獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；
(3) 必須具有中控室計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)所需的網(wǎng)絡(luò)接口(以太網(wǎng))。
2.3 設(shè)備層主要功能
設(shè)備層主要包括現(xiàn)場(chǎng)操作站、現(xiàn)場(chǎng)傳感器(接近開關(guān)、光電開關(guān)等)、現(xiàn)場(chǎng)其它輸入設(shè)備(如控制按鈕等)、顯示設(shè)備(如指示燈等)等，直接或通過現(xiàn)場(chǎng)總線與控制層中的plc相聯(lián)系，將輸入信號(hào)發(fā)送給plc，將plc輸出指令發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
在生產(chǎn)線上需要人工參與或手動(dòng)控制的環(huán)節(jié)設(shè)置，原則上在現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)區(qū)域和主要專機(jī)及單線(體)設(shè)備旁均應(yīng)設(shè)置本地操作站，如生產(chǎn)線上的升降機(jī)、移行機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)等等。
由于同為西門子產(chǎn)品，wincc和s7- 300 plc下位機(jī)之間可實(shí)現(xiàn)無縫、高可靠性的通訊連接，最大限度地滿足了總裝車間實(shí)時(shí)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的需要。
3 汽車總裝線plc控制程序設(shè)計(jì)
汽車總裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，因此將整個(gè)總裝線分為7條分線來分別控制，即：bdc存儲(chǔ)線、內(nèi)飾線、門線、底盤線、發(fā)動(dòng)機(jī)線、儀表線、終裝終檢線。各線的plc程序可獨(dú)立運(yùn)行互相之間有聯(lián)鎖信號(hào)。
采用西門子step7作為編程工具，為了滿足上位機(jī)wincc監(jiān)控系統(tǒng)的需要和報(bào)表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在開發(fā)plc控制程序的同時(shí)，設(shè)計(jì)了相關(guān)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)文件，既為上位機(jī)監(jiān)視和控制提供相應(yīng)的變量和數(shù)據(jù)，也為報(bào)表系統(tǒng)提供了相關(guān)原始數(shù)據(jù)[2]。
4 wincc監(jiān)控程序開發(fā)
4.1 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能
根據(jù)整個(gè)總裝車間的工藝流程、工藝參數(shù)和監(jiān)控要求，設(shè)計(jì)開發(fā)了上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并將畫面分為主畫面、bdc車身存儲(chǔ)區(qū)、內(nèi)飾裝配線、車門線、底盤線、發(fā)動(dòng)機(jī)前橋裝配線、儀表板裝配線和終裝終檢線。在監(jiān)控系統(tǒng)主畫面上可以顯示整個(gè)車間宏觀運(yùn)行情況，通過屏幕下方的切換按鍵可以隨時(shí)切換到其他分線的監(jiān)控畫面中。
除用于存儲(chǔ)區(qū)和裝配線的運(yùn)行狀態(tài)顯示、故障顯示、設(shè)定外，還能夠?qū)Υ鎯?chǔ)區(qū)和裝配區(qū)的內(nèi)飾線、車門線、底盤線、終裝終檢線進(jìn)行運(yùn)行控制，包括全線的啟動(dòng)停止、單線的啟動(dòng)停止、存儲(chǔ)區(qū)的放車程序選擇、手動(dòng)選擇放車、運(yùn)行速度的調(diào)整等。#p#分頁標(biāo)題#e#
另外，系統(tǒng)還包括完善的報(bào)警和報(bào)表系統(tǒng)，能對(duì)生產(chǎn)線的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、保存和打印。
監(jiān)控系統(tǒng)主畫面如圖2所示。
圖2 a1車總裝車間監(jiān)控系統(tǒng)主畫面
4.2 監(jiān)控系統(tǒng)畫面組態(tài)
上位機(jī)(工程師站)安裝wincc開發(fā)版，操作員站安裝運(yùn)行版。它提供適用于工業(yè)應(yīng)用的圖形顯示、消息、歸檔以及報(bào)表等功能模板，能方便的生成全圖形化人機(jī)界面。上位機(jī)同時(shí)裝有step7編程軟件，采用以太網(wǎng)方式與現(xiàn)場(chǎng)plc連接，可以實(shí)現(xiàn)在中控室內(nèi)監(jiān)視和修改plc程序。
在組態(tài)畫面之前，首先要建立wincc與step7的動(dòng)態(tài)連接。wincc與 plc之間的通信主要依靠s7協(xié)議中的simatic s7 protocol suite協(xié)議通道來實(shí)現(xiàn)。通過設(shè)置以太網(wǎng)地址、機(jī)架號(hào)、槽號(hào)等建立上位機(jī)與各分線plc的連接。
在連接建立好以后，要通過建立變量標(biāo)簽、繪制組態(tài)畫面、元件屬性的變量連接和調(diào)試等步驟實(shí)現(xiàn)wincc對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。
(1)建立變量標(biāo)簽：在plc與wincc通信握手建立之后，要在wincc中對(duì)plc程序中的變量建立相應(yīng)的標(biāo)簽。應(yīng)當(dāng)注意的是wincc中選擇的plc變量必須與plc程序中的變量地址一一對(duì)應(yīng)。
(2)繪制組態(tài)畫面：在wincc圖形編輯器畫面中，根據(jù)總裝車間的設(shè)備布置和監(jiān)控要求，利用wincc繪圖工具或兼容繪圖軟件設(shè)計(jì)完成所有能實(shí)時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的監(jiān)控畫面以及其他操作畫面。繪制時(shí)，應(yīng)盡量使畫面和元件的位置與現(xiàn)場(chǎng)保持一致，并要充分兼顧將來用戶的操作習(xí)慣，務(wù)必使畫面簡(jiǎn)單、友好和易于操作。
(3)元件的動(dòng)態(tài)連接：要?jiǎng)討B(tài)的反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，就要對(duì)所繪制的元件的顏色、樣式、閃爍、幾何等屬性進(jìn)行變量連接。當(dāng)變量發(fā)生改變時(shí)，元件的屬性發(fā)生相應(yīng)改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控，并能直觀顯示。在調(diào)試時(shí)應(yīng)注意要是繪制元件的動(dòng)作時(shí)間周期與實(shí)際元件的動(dòng)作時(shí)間周期保持一致。圖3為底盤線維修升降機(jī)監(jiān)控畫面。
圖3 底盤線維修升降機(jī)監(jiān)控畫面
4.3 報(bào)警系統(tǒng)組態(tài)
在工業(yè)生產(chǎn)中，安全無疑是最重要的，應(yīng)該采取任何措施減少故障的發(fā)生。故障發(fā)生時(shí)應(yīng)當(dāng)及時(shí)通知操作人員，因此報(bào)警消息系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著重要意義，它是人機(jī)界面應(yīng)用系統(tǒng)中的重要組成部分。
(1) 組態(tài)報(bào)警畫面：利用wincc提供的wincc alarm control報(bào)警控件可以完成對(duì)各種報(bào)警的觸發(fā)條件、顯示顏色和描述的配置，并能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的顯示、確認(rèn)。歷史紀(jì)錄可以設(shè)為短期和長(zhǎng)期兩種，采用先入先出的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)刷新。通過修改相關(guān)設(shè)置，可以對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)周期可以按照客戶要求來設(shè)定，而且可以根據(jù)輸入的時(shí)間段來抽取報(bào)警信息并通過報(bào)表形式打印出來。因此，該數(shù)據(jù)庫是各種數(shù)據(jù)報(bào)表統(tǒng)計(jì)的來源。圖4為短期報(bào)警消息窗口。
圖4 短期報(bào)警消息窗口
(2) 報(bào)表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)：wincc報(bào)表系統(tǒng)功能比較強(qiáng)大，并提供user archives (用戶歸檔)可選功能。它的作用是以用戶自定義的結(jié)構(gòu)將wincc中的數(shù)據(jù)保存在內(nèi)置的wincc數(shù)據(jù)庫中。這些數(shù)據(jù)可通過表格的方式由active x控件顯示。因此，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)了各種報(bào)表表格結(jié)構(gòu)。利用報(bào)表系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的開動(dòng)時(shí)間、停機(jī)時(shí)間、故障時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)設(shè)備故障的發(fā)生時(shí)間、部位、原因和故障停機(jī)時(shí)間進(jìn)行保存和打印。
5 結(jié)束語
本系統(tǒng)操作簡(jiǎn)潔，易于修改工藝參數(shù)，并在華晨金杯a1車總裝車間經(jīng)調(diào)試運(yùn)行后，自08年投入使用并無故障運(yùn)行至今。因此，從現(xiàn)場(chǎng)使用情況來看以wincc為上位機(jī)組態(tài)軟件的hmi界面友好、功能完善，不僅完全滿足該廠的工藝要求，而且提高了自動(dòng)化控制水平和生產(chǎn)效率。
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