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---- 我們針對上海大眾汽車二廠焊接車間，利用西門子公司的 SIMATIC產品，設計並實施完成一套設備故障自動診斷及焊機群控係統。經過幾年的使用，該係統運行穩定可靠，基本達到了設計目的。
一. 焊接車間現狀分析
---- 該焊接車間主要生產桑塔納2000型轎車的車身。車間進料為衝壓車間的各種衝壓零件，經過焊接生產流水線，先把這些各種零件焊接拚裝各種車身部件，如汽車前圍、後圍、前底板等部件，再經過總拚把這些部件拚焊成整體車身，最後經過補焊、打磨形成最終的白車身，輸出到油漆車間噴漆。該焊接車間按照衝壓零件－部件－總拚的焊接加工過程，建立了六條生產流水線，分別為前圍線、後圍線、前底板線、底板線、總拚線和補焊線。這六條生產流水線按照生產工藝相互剛性連接。在這些生產流水線上的各個工位主要配備的是焊接機械手、焊接機械人、多點焊機、拉杆傳輸和空中輸送車等自動化設備組成。由44台西門子公司的PLC分別控製這些生產流水線上的各種加工設備，使其相互協調地、連續地、自動地運行，使車間達到每56秒鍾生產一部白車身的的生產節拍的能力。
---- 但是該車間生產流水線投入運行時，存在兩個主要的問題：
- 當設備上某處出現故障時，由於不能很快地排除，經常造成整條生產線停機，或者整個車間停產，嚴重影響車間產量和生產節拍。
- 會發生某些焊點的焊接質量不穩定，不能保證白車身質量。
---- 經過調查研究和具體分析，發生上述問題的主要原因是：
- 生產線上設備比較多，設備比較複雜，生產線之間又是剛性連接，如果某一部位發生機械、yeyahuodianqiguzhanghuizaochengmoutiaoshengchanxiantingji，weixiurenyuanyaojingguoyidingshijiandefenxizhazhaoguocheng，cainengzhaodaoguzhangdian，cainengpaichuguzhang。zaiguzhangdefenxizhazhaohepaichudeshijiannei，youyushengchanxianzhijianwuhuanchong，qianmiandeshengchanxianlijitingji，houmianshengchanxianzaochengkonggongwei，zhegeshijianguochang，haihuizaochenghoumianshengchanxiantingji。erguzhangdefenxizhazhaohepaichudeshijianzhongzhanzhuyaodeshifenxizhazhaoshijian。
- gaichejiangongyouliangqianduobadianhanqiangzaitongshigongzuo，rongyizaochenggongdianyabodong。ruguoyibufendianhanqiangzhengganzaidianyadigutongdianhanjie，rongyifashenggaihandianhanjiebushi，zhiliangbuhao。
---- 所以，為了快速分析查找故障和保證正常電壓通電焊接，解=決上述兩個問題，我們為車間建立這套設備故障自動診斷及焊機群控係統。
二. 係統的硬件和軟件結構
- 設備層
全車間六條生產線上共有PLC 44 台，由 S5-115U、S5-135U和S5-55U構成。這些PLC可向係統提供分析設備運行狀態和分析出發生的故障點的相關信息。但這些PLC是分散的，無故障診斷能力。所以，我們的係統在車間建立了兩段現場工業總線Profibus 網，分別把這些PLC連接起來。使係統能夠通過現場PLC采集和彙總生產線上設備狀態信息，自動分析診斷故障。設備並網的具體做法是，每台PLC 上都插入Profibus網卡CP5431，並連接在其中一段現場工業總線上。(參見附圖)
- 現場工程師站
現場工程師站設置在車間現場，是由六台工控機組成，分別對應著車間現場六條生產線。這六台工控機上都分別插有 Profibus 網卡CP5412，並通過該卡連接在 Profibus 的網上。通過現場工程師站可以監控對應的生產流水線。(參見附圖)
- 信息交換中心
信息交換中心是由一台 S5-155U 構成，也稱為係統的主PLC。一方麵通過車間現場工業總線 Profibus 網，連接生產線上 44台 PLC，采集彙總分析生產線上設備的故障信息；另一方麵通過工業以太網 H1 與係統的管理層連接，把分析診斷結果送到辦公室計算機上，同時又通過車間現場工業總線 Profibus 網把其分析診斷結果送回現場工程師站。(參見附圖)
- 管理層
係統的管理包括車間主任辦公室和維修辦公室的計算機，通過工業以太網H1信息交換中心連接，使管理層可以實時地從信息交換中心獲得目前分析結果，並對此分類歸檔，形成各種報表。(參見附圖)
- 焊機群控裝置
設置一台高靈敏的電壓監測儀， 實時監測車間電焊機工作時供電電壓的變化，並把結果送入信息交換中心，通過S5－155U的中斷程序處理焊機群控信息，經過Prifibus-DP方式，把控製信號高速地傳送到生產線上 的PLC，使相應焊機的通電動作得以控製。
- 係統配置的軟件
Coros LSB/Win是係統主要的軟件，主要運行在管理層和現場工程師站的計算機上，是係統主要開發平台。COM5431 和COM143係統軟件是為了管理現場工業總線 Profibus 和工業以太網 H1。 三. 係統的主要目的
- 采集全車間六條生產線上的設備運行狀態信息
由於 Profibus 網連接著現場PLC，係統可以實時地監測並分辨當前各生產設備所處的正常運行、停機、故障等各種狀態，並在相應工控機的相應畫麵上，通過以不同的符號、圖形和顏色變化等形式顯示出來。
- 實時分析發生在各生產線上設備的故障狀態及具體部位
由於 Profibus 網絡采集各生產設備上的信息，彙總到主 PLC S5－155U上集中進行分析綜合，係統可以判斷出故障類型和發生故障的所在生產線、工位、部位等位置信息，隨後把判斷結果送到相應工機顯示出來，以提示維修人員。
- 進行有關故障信息的分析與統計
係統的上位管理機和工控機在工業組態軟件 CorosLSB/Win 操作平台下，可對從主 PLC songlaideguzhangxinxi，jinxingfenleiguidangchuli，tongshizaishebeiweixiushouceshujukuzhongjinxingjiansuo，zhaochuguzhangfashengdeweizhi，guzhangfashengdeyuanyinjipaichuguzhangdezhuyaofangfa。ranhougairuanjianbaguzhangfashengdeshijian、位置、原因及排除的情況記錄到設備檔案數據庫中，並形成各種報表。
- 對全車間由 PLC 控製的焊接變壓器的通電進行群控
利用 Profibus DP的快速 I/O的特性，對全車間電焊機供電電壓進行監測，按照電焊機群控原理，對由 PLC 控製的電焊機進行排隊通電控製。 四. 係統工作基本原理
- 自動故障診斷一般方法
焊接車間設備絕大部分是通過油缸和氣缸來完成工件的裝夾、上料、下料和輸送等動作。初步統計該車間分布在各生產線上共 4 千qian個ge大da大da小xiao小xiao的de油you缸gang和he氣qi缸gang，而er設she備bei故gu障zhang主zhu要yao發fa生sheng油you缸gang和he氣qi缸gang的de部bu件jian上shang，表biao現xian為wei這zhe些xie缸gang不bu到dao位wei。下xia麵mian分fen析xi一yi個ge油you缸gang動dong作zuo情qing況kuang，得de出chu自zi動dong故gu障zhang診zhen斷duan一yi般ban方fang法fa。設she一yi個ge油you缸gang向xiang前qian運yun動dong Q＝1，油缸經過一定的運動時間到達前端，則前端接近開關 得電 I_1＝1，後端接近開關失電 I_2＝0。我們係統中為這個油缸設置一個計時器T。當油缸動作 Q 信號發出，該計時器開始計時，在設定的該油缸運動時間T_set範圍內，相應到位接近開關得電，即係統認為該油缸工作正常。如果在該油缸運動時間T_set範圍內，相應到位接近開關未得電，則係統認為該油缸發生故障。係統自動分析的結果列表如下：
根據上述方法，係統對車間設備上每個油缸和氣缸，在該設備PLC控製器都分配計時器T，並設置相應缸運動時間T_set，以完成自動故障診斷。
- 焊機群控的一般方法
該車間有四個供電變壓器向焊機供電，由於焊機是使用的單相電。車間焊機基本是均勻地分別掛在車間裏 12 條單相電線路上。高靈敏的電壓監測儀分別監視著這 12 條單相電線路。當監測到其中一條線路電壓低於設定的值時，就向主PLC申請中斷。中斷程序首先檢查線路電壓低到什麼程度，再分別處理：
- 線路電壓在排隊工作範圍內，中斷程序將按照工藝準許的範圍，把掛在該線路的焊機排隊，通過現場工業總線，控製設備上PLC，讓該線路上的焊機按先後順序通電焊接，使每個焊接都有足夠的電流工作。
- 線路電壓在停機範圍內，中斷程序通過現場工業總線的廣播形式通知設備PLC，將掛在該線路的所有焊機停止工作，直到線路電壓恢複正常範圍內。
五. 係統主要功能及實現方法
- 係統的工作方式
由於係統的絕大部分硬件都是采用西門子公司SIMATIC 工業型產品，就保證了係統全天24 小時不間斷的正常工作。特別是係統的信息交換中心采用是 S5-155U，車間現場采用是Profibus 網絡，管理層采用是工業以太網 H1，zhexiedoujuyouzaieliedehuanjingxiakeyigaodukekaogongzuodegongyechanpin，keyichangniandebutingjidigongzuo。zheyangjiubaozhenglexitongkeyizaijinianzhineibujianduandijianceshengchanxianshebei，lianxucaijishebeixinxiheshengchanxinxi，baozhengxitongshujuchulidejishixing、準確性和完整性。
- 生產設備當前運行的狀態信息
由於生產線的生產過程是由現場生產線上的 PLC控製的，而且 這些 PLC 都掛在 Profibus 上，這樣信息交換中心，即主 PLC 可以通過該網采集現場 PLC 的所有 I / O dexinhao。xinxijiaohuanzhongxinduizhexiexinhaojingguohuizonghefenxi，panduanchuquanchejiangeshengchanxiangebufendedangqianyunxingzhuangtai，bingbazhexieyunxingzhuangtaicunruxinxijiaohuanzhongxinneidexiangyingshujukuaiDB。同時這些運行狀態信息是隨著信息交換中心(主PLC)運行周期而實時刷新的。現場的工程師站和管理層的計算機分別通過 Profibus 和 工業以太網 H1 ，訪問信息交換中心內的相應數據塊，而得到生產設備當前運行狀態信息，再經過 Coros LSB/Win動態圖形畫麵，生動、形象地顯示出生產設備當前運行狀態。
- 設備故障自動診斷、分析與統計
- 當生產線上設備發生故障時，信息交換中心通過Profibu網可以立即監測到。信息交換中心依據下麵四個方麵，判斷出故障發生的具體內容和位置，並在在現場工程師站和管理層的計算機 Coros LSB/Win 的動態圖形畫麵上詳細顯示：
a. 現場維修人員提供的經驗；
b. 分析動作不到位信號；
c. 由故障曆史記錄而形成的發生幾率；
d. 該設備 PLC 程序的邏輯分析。
- 信息交換中心按照發生故障性質確定出故障類型：機械故障、電器故障、液壓故障、氣動故障等。信息交換中心按照所發生故障對設備運行影響程度確定出故障等級：將要故障、次要故障和主要故障。信息交換中心按照發生故障特征和維修記錄提示出排故方法。在現場工程師站和管理層的計算機 Coros LSB/Win 的動態圖形畫麵上，故障類型和排故方法以文字形式顯示，故障等級以不同顏色和閃爍程形式顯示。
- 由管理層的計算機進行設備故障統計，其內容主要包括：
a. 每台設備每天的發生的故障信息記錄；
b. 設備按照故障發生類型進行周、月、季和年統計；
c. 每台設備的故障率和開通率；
d. 各條生產線的故障率和開通率；
e. 全車間設備的故障率和開通率；
- 車間生產信息自動統計
在 Profibus 絡的支持下，係統自動采集各生產線的產量信息，並存入信息交換中心的數據塊中。通過管理層的計算機的 Coros LSB/Win 界麵形成下例各種生產統計報表：
- 實時顯示各條生產線的生產節拍及變化狀況；
- 實時顯示各條生產線的生產產量及變化狀況，顯示當日 和近七日內每天的生產產量變化過程；
- 車間在一年內每天的白班和夜班的生產產量記錄；
- 車間生產產量的周報表、月報表和年報表。
- 焊機群控
當電壓監測裝置監測出車間供電電壓低於正常供電電壓時，主 PLC 上的中斷輸入模板 (6ES5 451-4UA13) 將接收到電壓監測裝置發出的信號，主 PLC 刻進入執行中斷服務程序。中斷服務程序根據焊機群控原理，通過 Profibus 網，向設備上的PLC發出工作指令，使各焊機按一定的順序工作。 六. 結論和意義
- 該gai係xi統tong對dui對dui用yong戶hu的de設she備bei排pai故gu維wei修xiu提ti供gong了le比bi較jiao切qie實shi可ke行xing的de便bian利li手shou段duan，徹che底di改gai變bian了le過guo去qu那na種zhong單dan憑ping經jing驗yan診zhen斷duan故gu障zhang的de工gong作zuo方fang法fa。在zai計ji算suan機ji的de幫bang助zhu下xia，隻zhi要yao生sheng產chan設she備bei有you故gu障zhang發fa生sheng，係xi統tong都dou能neng比bi較jiao準zhun確que、迅xun速su地di確que定ding故gu障zhang具ju體ti位wei置zhi或huo方fang位wei，並bing提ti供gong排pai故gu方fang法fa。這zhe樣yang極ji大da地di縮suo短duan了le故gu障zhang查zha找zhao和he排pai故gu時shi間jian，保bao證zheng了le設she備bei能neng夠gou盡jin可ke能neng短duan的de時shi間jian內nei恢hui複fu正zheng常chang。
- 由you於yu該gai係xi統tong能neng夠gou實shi現xian生sheng產chan產chan量liang自zi動dong統tong計ji，代dai替ti了le過guo去qu需xu要yao很hen多duo時shi間jian的de手shou工gong抄chao報bao統tong計ji工gong作zuo，提ti高gao了le車che間jian生sheng產chan管guan理li的de自zi動dong化hua程cheng度du。同tong時shi該gai係xi統tong也ye給gei車che間jian提ti供gong了le生sheng產chan動dong態tai調tiao度du的de手shou段duan，通tong過guo管guan理li層ceng計ji算suan機ji了le解jie當dang前qian車che間jian各ge生sheng產chan線xian、各部分生產狀態，可以發現可能出現的生產瓶頸，使得車間管理者及時地進行生產調整。
- 焊機群控過去在國內還無法實現，現在係統利用西門子公司的 PLC 和 Profibus 技術實現了焊機群控。這對電焊機的焊接質量的穩定和提高有了一定的保證。
- 在該係統中成功地應用了西門子公司 SIMATIC 產品的技術，其中 Profibus 現場總線和 H1工業以太網技術在該係統中起到關鍵的作用，它們把係統的各部分構成一個統一體； 主 PLC S5-155U以運行速度高、大存儲量技術保證係統信息的采集、綜合分析和傳送能夠可靠、準確地進行；Coros LSB/Win製作的人機界麵速度快、效率高，而且易操作、使用友好方便。
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