專利名稱：基于DeviceNet及As－i現場總線的汽車涂裝生產線控制系統的制作方法
技術領域：
本發明新型涉及的是DeviceNet及As-i現場總線在汽車制造業領域涂裝生產線上的應用，屬于輸送機控制技術領域。
背景技術：
現場總線控制系統FCS(Fieldbus Control System)，是繼操作指導控制系統、直接數字控制系統DDC、集散控制系統DCS后的新一代控制系統，它促進了控制系統智能化、數字化、信息化、網絡化、微型化和分散化的發展。現場總線是連接工業現場智能設備和自動化系統的全數字化、雙向、多分支結構的通訊網絡。它運用于自動控制領域，構成一個開放的通訊網絡，同時構成一個控制系統，它不是一種控制手段，而是為控制提供一種平臺。
現場總線通過連線在設備之間傳遞數據信息，把傳感器、按鈕、執行機構等連接到控制器、或PLC或工業計算機上。通過相互通信共同執行測量和控制任務。總線上的數據輸入設備包括按鈕、傳感器、接觸器、變送器、閥門等，傳輸其位置狀態、參數值等數據；總線上的輸出數據用于驅動信號燈、接觸器、開關、閥門等。
總線將分散的有通信能力的測量控制設備作為網絡節點，連接成能相互溝通信息，共同完成自控任務的控制網絡。
在汽車生產線中，輸送設備是汽車生產流水線的主干。高效率的汽車生產必然要求先進的生產線控制方式，早期采用的是傳統的PLC集中控制，控制系統精度低、操作不便；所有的數字量與模擬量I/O點均從PLC柜內接線，導線用量大、布線復雜、故障率高，給現場調試和維護帶來了諸多不便，嚴重地影響了生產，已不適應現代化汽車企業的生產要求。
發明內容
本實用新型的目的在于針對上述存在問題，提出一種在汽車生產過程中進行車身輸送并實現自動化控制的基于DeviceNet及As-i現場總線的汽車涂裝生產線控制系統。
本實用新型的汽車涂裝生產線控制系統，包括輸送系統、控制系統和輸出系統，其中輸送系統包括用于將車身輸送至各個工序的鏈條輸送機、滾床、移行機、旋轉裝置、升降機以及多個檢測單元；控制系統包括電泳烘干控制模塊、噴涂控制模塊和面漆檢查控制模塊，基于DeviceNet現場總線的網絡，其上連接的輸入設備有按鈕、急停開關、接近開關、光電開關、行程開關和中控計算機(PLC)，用于通過DeviceNet網絡控制上述輸送系統的傳輸；輸出系統基于EtherNet網絡，用于將電泳烘干控制模塊、噴涂控制模塊和面漆檢查控制模塊與EtherNet上的監視計算機連接，應用組態軟件可以顯示各制程序。
本實用新型的汽車涂裝生產線控制系統，其中輸送系統還包括吊掛車身的懸掛積放鏈、用于運送車身的空中滑橇系統、用于移動車身的地面滑橇系統、升降機、移行機。
本實用新型的汽車涂裝生產線控制系統，其中包括電泳烘干工序，噴涂工序和面漆檢查工序。
本實用新型的汽車涂裝生產線控制系統，其中中控計算機通過AS-I網關與輸送系統中的各個檢測單元進行信息轉換傳輸。
本實用新型的汽車涂裝生產線控制系統，其中AS-I網采用的拓撲結構是線型，或者選星型或者樹型。
本實用新型的有益效果是與傳統控制方法相比，現場總線具有無可比擬的優勢1、具有較高的性能價格比，系統綜合成本大幅度減少。2、導線、連接附件的大幅度的減少。3、設計、安裝、調試、維護費用大幅度的減少，維護和改造停工時間減少60％-80％。#系統性能大幅度提高，使控制系統的檔次跨越了一個臺階。4、自動診斷、顯示故障位置。診斷包括總線節點的通訊故障電源故障以及現場裝置和連接件的斷路、短路故障，使設備維護人員可以迅速發現系統的各種故障位置和狀態。5、采用數字信號通訊，有效提高了系統的測量和控制精度。6、系統調試更加靈活方便。可以根據需要，將系統分為幾個部分分別進行調試。在進行復雜故障的排除中也可以采用同樣的方法。這在采用現場總線技術以前是做不到的。7、主控制器可以獲取更多的設備信息，更好的滿足控制系統信息集成的要求。8、對于自行小車和升降機等移動裝置，現場總線的應用具有獨特的優勢，可以大量減少導軌中電纜的數量，使系統更加便于使用和維修。9、可靠的數據傳輸，快速的數據響應，強大的抗干擾能力。10許多總線節點具有IP67的防護等級，具有防水、防塵、抗振動的特性，可以直接安裝于工業設備上，大量減少了現場接線箱，使系統美觀而實用。
DeviceNet是一種低成本的通訊總線。它將工業設備(如限位開關，光電傳感器，閥組，馬達啟動器，過程傳感器，條形碼讀取器，變頻驅動器，面板顯示器和操作員接口)連接到網絡，從而消除了昂貴的硬接線成本。直接互連性改善了設備間的通訊，并同時提供了相當重要的設備級診斷功能，這是通過硬接線I/O接口很難實現的。DeviceNet是一種簡單的網絡解決方案，它在提供多供貨商同類部件間的可互換性的同時，減少了配線和安裝工業自動化設備的成本和時間。
圖1是本實用新型汽車涂裝生產線控制系統的示意圖；圖2是本實用新型汽車涂裝生產線控制系統的電泳烘干工序現場平面圖；圖3是本實用新型汽車涂裝生產線控制系統現場檢測單元通過AS-I網關與DeviceNet網絡通信的示意圖。
具體實施方式
本實用新型基于DeviceNet及As-i現場總線的汽車涂裝生產線控制系統，共分為三個工序電泳烘干工序、噴涂工序和面漆檢查工序。以上三個工序各自共分為三個工序電泳烘干工序、噴涂工序和面漆檢查工序。以上三個工序各自使用一組控制模塊，電泳烘干控制模塊2a、噴涂控制模塊2b和面漆檢查控制模塊2c，每組控制柜各配有一套OMRON CS1系列PLC，三臺PLC將通過ControllerLink網連接，同時通過Ethernet網連接監控計算機。每套PLC還采用一個人機界面作現場監控。
因此，本實用新型汽車涂裝生產線控制系統，包括輸送系統1、控制系統和輸出系統3，其中輸送系統1包括用于將車身輸送至各個工序的鏈條輸送機、滾床5、移行機、旋轉裝置4、升降機6，輸送系統還包括吊掛車身的懸掛積放鏈、用于運送車身的空中滑橇系統、用于移動車身的地面滑橇系統、升降機、移行機等。設備數量多，具有高度的分散性，這導致I/O點數多，控制線路長。須米用以DeviceNet為底層網絡的現場總線控制系統。
控制系統2包括電泳烘干控制模塊2a、噴涂控制模塊2b和面漆檢查控制模塊2c，各個控制模塊基于DeviceNet現場總線的網絡，其上連接的輸入設備有按鈕、急停開關、接近開關、光電開關、行程開關和中控計算機(PLC)，用于通過DeviceNet網絡控制上述輸送系統的傳輸，并通過Controller Link使各個工序之間相互通信。Controler Link是OMRON的主要的FA級別的網絡，它支持在PLC之間及PLC和上位機之間的自動數據鏈接，也可以使用信息服務進行可編程的數據傳送，可以得到高容量，柔性數據鏈接及高容量的數據傳送，對低成本的通信系統，可使用雙絞線電纜。
輸出系統包括指示燈、控制閥，將電泳烘干控制模塊2a、噴涂控制模塊2b和面漆檢查控制模塊2c中的中控計算機連接到EtherNet上的監視計算機3應用組態軟件可以顯示各生產設備的運行狀態、運行參數、自動故障報警，紀錄故障點，調出相關的控制程序，可執行多種通信用TCP/IP傳送數據或UDP/IPSocket Services，執行OMRON標準FINS指令，用FINS傳送數據或用STMP傳送郵件，根據需要選擇通信服務，并將PLC柔性的連接到信息級別的Ethernet網絡上。
圖2是電泳烘干工序現場平面圖，電泳烘干及冷卻部分輸送系統是整個涂裝生產線的長度是最長的，輸送線的任務就是把工件按照人的要求從位置A移向位置B，動作方式多種多樣，有直線、旋轉、上下、按需停止、不同速度的切換等等。實現同樣功能的往往是相同類型的設備，所以整個生產線的設備類型有限而依靠控制來實現參數不同的功能。汽車生產輸送線常見設備有鏈條輸送機、滾床、移行機、旋轉裝置、升降機等等。
在此以生產線的一部分(電泳烘干及冷卻)的設計過程為例(此部分包括幾個典型的輸送設備)，來說明控制任務是如何通過基于現場總線的控制系統來實現的。
此部分生產線輸送設備的任務是完成電泳烘干到打磨前的工件輸送。按流程順序它包括鏈式升降機PL-C1(4m)、單速滾床PGD-C7(6m)、雙速滾床8(PGS-C1)、電泳烘干雙鏈9(52.1m)、雙速滾床8(PGS-C2)、鏈式升降機PL-C2(4m)、單速滾床PGD-C8(6m)、單速滾床PGD-C9(8.9m)、單速滾床PGD-C10、移行裝置7(PTR-C1)、旋轉裝置(PRO-C3)、單鏈10(LD-2)、停況下單速滾床需布置檢測點和停止點，雙速滾床需布置檢測點和減速點，停止器需設占位、開端、閉端、復位，升降機需設上限、下限、上升減速、下降減速、上升限位、下降限位以及斷鏈保護，移行裝置和旋轉裝置各需設兩個位置檢測及一個減速點。減速點的使用一般都起到緩沖高速的作用。在貫通上下樓層的升降機旁側還需布置作業人員侵入的檢測點，以防事故發生。這樣，整個涂裝車間將使用大量的位置傳感器，包括接近開關、行程開關、光電開關、壓力開關等。
如圖3所示，本實用新型的汽車涂裝生產線控制系統，中控計算機PLC通過AS-I網關與輸送系統中的各個檢測單元進行信息轉換傳輸。各個工序的控制模塊，電泳烘干控制模塊2a、噴涂控制模塊2b和面漆檢查控制模塊2c中的中控計算機與現場總線之間是不能直接連接的，現場的檢測開關分布非常分散，而這些檢測點的信息需要輸入到位于控制柜中的PLC，如果采用傳統的方法，每個輸入點的信號單獨送到PLC的基本輸入單元，可以想象現場的布線將非常復雜和繁瑣，導致工程費用高，接線時間長，采用現場總線的方法，可以解決原來的種種弊端。
現場總線方式相當于把輸入輸出(I/O)模塊放到了現場的各個角落，各個檢測點可以近距離把信號送到輸入模塊，指示燈和電磁閥等需要的輸出信號也可以就近從輸出模塊中獲得。
圖中的每個分布于現場的各個模塊即一個NODE，它們的連接即形成AS-Interface網絡。為了使AS-Interface網絡連接到上層DeviceNet現場總線系統并進行數據交換，需要AS-Interface主控機，通常被稱為網關。所用網關型號為VAG-DN-K5，它是P+F公司和羅克韋爾公司共同開發的，它完全可以看作是上層DeviceNet現場總線的從站，或者說是通過AS-I電纜連接的帶124個輸入點和124個輸出點的DeviceNet現場總線的I/O卡。
從圖3中可以看出本次項目AS-I網采用的拓撲結構是線型，是按油漆車間流水線走向設計的，實際上AS-I網還可以選星型或者樹型。每個AS-I網關可以連接最多31個AS-I節點或248個分散元件，網關與節點間的傳送速率約為167Kbits/s。
AS-I網只有一個主控機數據報文格式和一個子站響應格式主控機報文總是14位并包括10個用戶位。子站響應總是7個位并包括4個用戶位。主控機依次查詢每個子站。每個子站通過唯一的地址被確認。
權利要求1.一種基于DeviceNet及As-i現場總線的汽車涂裝生產線控制系統，包括輸送系統、控制系統和輸出系統，其特征在于輸送系統包括用于將車身輸送至各個工序的鏈條輸送機、滾床、移行機、旋轉裝置、升降機以及多個檢測單元；控制系統包括電泳烘干控制模塊、噴涂控制模塊和面漆檢查控制模塊，基于DeviceNet現場總線的網絡，其上連接的輸入設備有按鈕、急停開關、接近開關、光電開關、行程開關和中控計算機，用于通過DeviceNet網絡控制上述輸送系統的傳輸；輸出系統基于EtherNet網絡，用于將電泳烘干控制模塊、噴涂控制模塊和面漆檢查控制模塊與EtherNet上的監視計算機連接。
2.根據權利要求1所述的基于DeviceNet及As-i現場總線的汽車涂裝生產線控制系統，其特征在于輸送系統還包括吊掛車身的懸掛積放鏈、用于運送車身的空中滑橇系統、用于移動車身的地面滑橇系統、升降機、移行機。
3.根據權利要求1所述的基于DeviceNet及As-i現場總線的汽車涂裝生產線控制系統，其特征在于中控計算機通過AS-I網關與輸送系統中的各個檢測單元進行信息轉換傳輸。
4.根據權利要求3所述的基于DeviceNet及As-i現場總線的汽車涂裝生產線控制系統，其特征在于AS-I網采用的拓撲結構是線型，或者選星型或者樹型。
專利摘要基于DeviceNet及As－i現場總線的汽車涂裝生產線控制系統，包括輸送系統由用于將車身輸送至各個工序的鏈條輸送機、滾床、移行機、旋轉裝置、升降機以及多個檢測單元組成，控制系統包括電泳烘干控制模塊、噴涂控制模塊和面漆檢查控制模塊，基于DeviceNet現場總線的網絡，其上連接的輸入設備有按鈕、急停開關、接近開關、光電開關、行程開關和中控計算機，用于通過DeviceNet網絡控制上述輸送系統的傳輸，輸出系統基于EtherNet網絡，用于將電泳烘干控制模塊、噴涂控制模塊和面漆檢查控制模塊與EtherNet上的監視計算機連接。基于DeviceNet的現場總線形式，可通過程序實現該生產線的自動啟動、運行、停止、故障指示等，中央控制室實現對生產線的全面監控與管理。
文檔編號G05B19/418GK2921911SQ20062007039
公開日2007年7月11日 申請日期2006年3月16日 優先權日2006年3月16日
發明者魏萍, 汪國春, 仇雪琴 申請人:江蘇天奇物流系統工程股份有限公司