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SIEMENS自动化产品在冲压自动化控制系统中的应用

[摘要] 本文通过介绍SIEMENS自动化产品及其PROFIBUS现场总线在神龙公司冲压L6线的应用,详细描述了机器人冲压生产线的一般组成及其主要功能和特点。

  一、  项目简介

       神龙汽车有限公司是中国最大的中法合资企业,也是国内最大的汽车制造厂家之一,主要生产雪铁龙和标致两种品牌的汽车,目前已形成年产30万辆汽车的生产能力。神龙公司冲压车间二期项目是神龙公司生产能力从15万辆提升到30万辆的重点项目。该项目共有三条全自动机器人冲压生产线。其中压力机由德国舒勒公司提供,机器人自动化连线由ABB柔性自动化公司(西班牙)负责。下面我将以冲压车间L6线为例来介绍SIENENS自动化产品在冲压生产线的应用。

  二、  系统介绍

1.     项目的简要工艺。

       冲压车间L6线是使用一台带液压垫的单动压机1400T(SEC)和另外四台单动压机600T(SE))对板料进行连续冲压来获得最终的成形零件。由叉车将开卷线下好的板料上到生产线首端的两个可移动拆垛小车上。板料由一台装有双料检测器的拆垛机器人进行拆垛,它将拆垛的板料放置在对中台上。板料在对中台上对中后由一台上料机器人抓起, 并将板料放到带液压垫的单动压机(SEC)里进行冲压. 压机间工位机器人将板料从SEC压机逐步运送每台单动压机(SE)里进行冲压直到线尾的最后一台单动压机(SE)里。一个出线端机器人将已冲压好的零件从最后一台单动压机(SE)里取出,然后放置在出料皮带机上. 出料皮带机将零件传送到操作人员处,由后者将零件放置在容器箱里


                                          神龙汽车公司冲压L6线

2.     生产线的组成及功能

     整条生产线主要由八台机器人、五台压机、两个拆垛小车和线尾出料皮带机组成,分为6个单元(生产线布局为下图一所示)。


                                                            图一

  • 单元1:由R61U和R61L机器人、两个拆垛工作台、板料对中台以及P60#压力机组成。负责板料的拆垛、板料的对中及对双动压机(60#压机)的上料及板料冲压成形。

  • 单元2:由R62U和R62L机器人以及P61#压力机组成。负责在60#和61#压机之间上料和下料(带板料翻转)及零件冲压成形。

  • 单元 3、4、5:分别由R63、R64、R65以及相对应的P62#压力机、P63#压力机和P64#压力机组成。负责在压机61#和64#压机之间上料和下料及零件冲压成形。

  • 单元6:由R66机器人和线尾出料皮带机组成。负责为64#压机下料并传送零件到线尾出料皮带机。

3.    自动化系统的组成

冲压车间L6线的整个自动化系统分为为两大部分。

  • 1)   压力机部分的自动化:
           压力机按照设备的组成一般可分为上横梁、滑块、底座、活动工作台、液压站和压机操作面板以及压机电柜等几部分。采用SIEMENS公司的S7-416-2DP PLC作为控制系统,通过Profibus总线将分布在各个组成单元的分布式I/O,编码器,变频器,直流调速器、MP370人机界面等连接起来。

  • 2)   机器人自动化连线部分:
           自动化连线由位于线首TDL电柜的SIEMENS S7 416-2DP PLC作为控制系统, 通过PROFIBUS 总线连接管理分布在6个单元的ET200M、变频器、MP370人机界面、机器人以及通过DP/DP耦合器来和压机的PLC进行数据交换。

       压机的自动控制系统经过多年的发展,已经形成了一个标准化的应用,而全自动机器人冲压线在国内的应用还不多,下面我将主要介绍机器人自动化连线部分。

三、  机器人自动化连线控制系统的构成

        机器人自动化连线电气控制系统采用全套德国西门子元器件。从空气开关、接触器到PLC、分布式I/O、HMI人机界面、变频驱动器等全部选用西门子器件,通过采用西门子PROFIBUS总线并结合西门子STEP 7编程软件的强大功能,轻松实现自动控制系统的高性能、高可靠性和易于维护,实现了西门子的全集成自动化解决方案。

4.    系统的硬件组态。



5.    系统的网络结构图


6.     机器人与PLC的接口信号定义:

      通过在每个机器人SC4plus控制系统中配上作为Profibus-DP从站的DSQC352单元板,同时在S7 PLC PROFIBUS 网络上配置该单元,这样SIEMENC PLC 就可以和ABB机器人交换信息了。下面是一个ABB 机器人配置的实际例子:

EIO_UNIT:

        -Name "SLAVE" -Type "d352" -Bus "BASE" -Digin 64 -Digout 64 -PollRate 50

-Param "SLAVE_VALUES"

EIO_USER_SIGNAL = EIO_SIGNAL:

        -Name "rdiProgNumP1" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 1

        -Name "rdiProgNumP2" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 2

        -Name "rdiProgNumP4" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 3

        -Name "rdiProgNumP8" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 4

        -Name "rdiProgNumP16" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 5

        -Name "rdiProgNumP32" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 6

        -Name "rdiProgNumP64" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 7

                                         。。。

        -Name "rdiNextProgP128" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 64

由上例可见,该单元共配置64个输入/输出,对每个输入/输出定义变量名后,就可以在机器人中系统中使用这些输入/输出。这样S7 PLC 的输出就对应着相应的ABB机器人的输入,同理ABB机器人的输出对应相应的S7 PLC的输入。

四、  控制系统完成的功能

1.   该自动化连线装置主要实现以下功能:

-    冲压线自动化的一般功能

  •       包括拆垛小车的运行管理、线尾皮带机运行管理。由于线尾皮带机采用了变频调速,因此皮带机的速度按工艺要求进行调整。即在MP370上输入所需要的速度后,S7 PLC 就可以通过Profibus将所设定的参数发送给变频器,变频器就可以驱动电机按最新的设定值进行运转。从而实现了针对不同尺寸的零件调整皮带机速度的功能。

  •         信号指示灯的管理,分别管理线首操作台指示灯和单元指示灯。通过不同的指示灯的显示,可以很方便的知道生产线所处的状态,线首操作台指示灯分为6个状态,状态指示见下表:

部件

标签名称

状态/动作

功能

N°1 指示灯 绿色

冲压线自动

闪烁

冲压线初始条件Ok (单元1到6已经OK,等待 DCY)

保持亮

冲压线自动运行(DCY)

N°2 指示灯 白色

冲压线清空

闪烁

正在请求清空

保持亮

冲压线已经清空

N°3 指示灯 红色

冲压线故障

闪烁

冲压线安全门打开或没有重新锁定

保持亮

导致生产线停止的故障

N°4 指示灯 橙色

批次更换

闪烁

请求批次更换

保持亮

正在更换批次中

N°5 指示灯 蓝色

质检停止

保持亮

冲压线处于质检停止中

N°6 指示灯 橙色

废料线停止

保持亮

地下室废料线已停止运行

  •       生产参数管理,在生产线首的第一个显示屏上能够显示当前生产零件的批次号, 每班生产零件数量, 生产的小时节拍, 冲压线的瞬时节拍, 以及更换批次时间.位于冲压线线尾的第二个显示屏仅显示当班生产的零件数量。两个显示屏都连接在PROFIBUS总线上,因此可以很方便的实现数据的更新,见下图。


-    压机和机器人之间的信号的交换和处理

  •      包括压机发给机器人的下料允许、零件在压机内、零件已冲压等信号以及机器人发给压机的上下料确认、机器人在压机范围外和启动压机下压等信号。

-    工艺参数的存储和自动换模功能

  •         所有生产零件的工艺参数均存放在MP370的配方当中,维修人员可以通过ProSave将配方保存在电脑中,另外也在PROTOOL中设计了相应的功能键可以将配方组直接存储在CF卡上。这样当更换一个新的MP370后就可以直接将配方数据导入而不需要再次输入工艺参数了。当需要全线自动换模时,通过MP370页面上功能,在MP370内的零件表中选择需要生产的零件号,发送全线换模命令,生产线即开始自动换模。机器人的参数、压机的工艺参数全部自动调整和更换。下图是在HMI上的换模页面


-    整线的管理功能

  •       包括单元的请求进入、循环结束停止、质量检查停止和冲压线排空等各种情况的处理

      -    冲压连线的故障和报警的管理

  •        由于在项目中使用SIEMENS的PDAIG软件,提高了STEP 7标准软件采用LAD/STL/FBD语言在处理诊断功能方面的能力,这个诊断处理功能能够监视生产过程,察觉使用过程中的出现故障并提供相应的故障的ID和相关联的值发送到相连接的HMI操作面板上,通过在HMI上的诊断页面,就可以查看相应的发生故障的程序段和了解故障发生的原因。另外本项目还增加了相应的Profibus总线的诊断功能。

     -    总之, 整条生产线自动运行的所有过程.

   2.   项目中的部分特殊功能的实现。

      这次在项目中还使用了网络诊断功能,它是采用了SIEMENS公司诊断型中继器(Diagnostics Repeater)来实现的。诊断型中继器除拥有普通中继器的网段扩展功能外,还具有PROFIBUS网络监控功能,当PROFIBUS网络物理介质出错时,它可快速定位故障发生的地点及故障性质,包括:PROFIBUS中A线或B线断路/与屏蔽层间的短路、终端电阻缺失或无效的级联深度、网段节点过多或距离超出通信范围等。

      在STEP 7程序中调用FB125及其背景数据块DB125可以诊断系统中站点和模块的错误,FB125/DB125须由OB1/OB82/OB86进行调用。

     FB125在OB1/OB82/OB86中调用程序如下:

  CALL  "DETAIL_DP_DIAG" , "DETAIL_DIAG_DB"  // 调用FB125/DB125

       DP_MASTERSYSTEM      :=               // DP主站的个数

       EXTERNAL_DP_INTERFACE:=               // CPU集成的DP接口

       MANUAL_MODE          :=               // 手动/自动 模式选择

       SINGLE_STEP_SLAVE    :=               // 转到下一个出错的DP从站

       SINGLE_STEP_ERROR    :=               // 转到正在显示的DP从站的下一个错误

      RESET                :=               // 系统初始化

       SINGLE_DIAG          :=               // 读DP从站的诊断

       SINGLE_DIAG_ADR      :=               // 设置单独诊断的从站地址

       ALL_DP_SLAVES_OK     :=               // 系统中从站运行正常否

       SUM_SLAVES_DIAG      :=               // 出错的从站的数目

       SLAVE_ADR            :=               // 出错的从站的地址

       SLAVE_STATE          :=               // 从站状态

       SLAVE_IDENT_NO       :=               // 与SLAVE_ADR想关联

       ERROR_NO             :=               // 与SLAVE_ADR对应的错误故障信息

       ERROR_TYPE           :=               // 故障类别

       MODULE_NO            :=               // 与SLAVE_ADR相对应的模块编号

       MODULE_STATE         :=               // 与SLAVE_ADR相对应的模块状态

       CHANNEL_NO           :=               // 与SLAVE_ADR相对应的模块的通道编号

       CHANNEL_TYPE         :=               // 与SLAVE_ADR相对应的通道类型

       CHANNEL_ERROR_CODE   :=               // 与SLAVE_ADR相对应的通道的错误信息码

       CHANNEL_ERROR_INFO_1 :=               // 与SLAVE_ADR相对应的通道的错误类型1

       CHANNEL_ERROR_INFO_2 :=               // 与SLAVE_ADR相对应的通道的错误类型2

       DIAG_COUNTER         :=               // 显示的DP从站的总数

       DIAG_OVERFLOW        :=               // 诊断DP从站的总数大于32个,需执行RESET

       BUSY                 :=               // FB125正在诊断DP系统

    网络错误在      MP370上的显示是标准页面,这些页面可从PROTOOL标准库中进行拷贝应用,站点状态显示页面见下图


3.       结束语

         由于采用了SIEMENS公司S7-400系列PLC及其相应的Profibus总线,使得整个自动化系统功能强大,安全可靠,操作灵活,减轻了工人的劳动强度,减少了设备运行时的故障率,提高了劳动生产效率和自动化管理水平,提高了神龙公司在激烈市场竞争中的领先到位。同时这也是SIEMENS公司自动化产品在神龙公司设备项目改造中应用的又一成功范例。