浅谈机运输送线的电控系统

2005年，上汽通用五菱股份有限公司耗资5个亿建成了国内最大的西部涂装车间。该车间的电气控制系统基于北美通用汽车的CCH1和CCS2标准设计、制造、安装完成。先进的生产线、一流的电控产品以及标准化的应用软件，不仅确保了涂装车间的安全生产，而且最大限度地满足了柔性化生产的需求。

电气组成

西部涂装车间（简称西涂）电气控制系统的网络分为两层构架，上层控制系统通过以太网EtherNet连接，下层受控系统通过设备网（DeviceNet）连接。

1. 上层控制系统（见图1）

图1 上层控制系统结构图

上层控制系统设备包括四大上位系统及AB的Logix5561系列PLC。四大上位系统分别为：PMC（生产监视控制系统）服务器，用于监控机运设备情况及车间区域车数等；AVI（自动车体识别系统）服务器，用于跟踪车体及向机器人交换数据等；QAS（暗灯系统） 服务器，用来帮助流水线上的工人在一定生产节拍内、完成质量可靠的汽车装配任务；PHS（工艺监控系统）服务器，用于监控车间的工艺设备，如前处理、直流源等。

中央控制室的电脑和现场触摸屏组成网络，通过以太网传送数据，监控、管理生产线。

2. 下层受控系统（见图2）

图2 下层控制系统结构图

下层受控系统的方案相对简单，结构简洁，维修方便。其主要设备包括：信号采集装置（AB公司的1794FlexI/O、Turck公司的FDNL8点输入模块等）；变频器（SEW公司MFD系列变频器），采用分散控制，具有运行可靠、维护方便安全的优点；网桥（Turck公司FDN系列），用于搭建两台PLC构架的设备网交换数据的平台。

下层控制系统采用DEVICENET现场总线技术，具有良好的开放性和完整性，拥有周密的网络协议；通过设备网线将基站和现场各站点连接成一个整体，保证PLC与子站间的数据读取和写入，实现数据信息的共享，从而保证了全线自动化生产、顺序启动和顺序停车。
3. 网络构架

AB公司设计的车间网络构架通常有三层。上层系统通过以太网EtherNet通信；中间层系统通过控制网ControlNet通信。这里的中间层控制设备通常指的是各子系统的PLC；下层控制系统通过设备网DeviceNet通信。在西涂项目中只用到了以太网和设备网，而据有关人士介绍，北美通用已经有工厂全部采用以太网来控制电控设备。

安全生产第一位

公司时刻把安全生产放在首位，考虑到机运输送系统的危险性，车间配置了安全门控制系统、光幕控制系统，现场运行停止按钮、现场急停按钮、双通道安全继电器（Pilz品牌PNOX系列产品）、接触器构成回路。这些安全防护措施有力地保证了安全有效的生产。

在此，我们以面涂喷房出口升降机的区域为例，简要介绍一下主控柜的现场安全保护回路。

主控制柜的安全保护回路逻辑图由三部分组成，见图3。当现场的紧急停止按钮或光幕、安全门动作时，现场的380V动力电和24V直流安全电自动断开；当现场的运行停止按钮动作时，现场的24V直流安全电断开。以E800安全继电器为例，E800的复位回路串联了两个接触器（E828、E832）的常闭点，当现场的紧急停止按钮拍下时，E800输出断开，E828、E832也断开；恢复紧急停止按钮，E800有了输入后检测复位回路，这时E828、E832必须断开E800才能复位，以此来检测E828、E832是否工作正常。

图3 主控制柜的安全保护回路逻辑图

满足柔性化生产需求

由于产销量持续走高，公司新开发的加长车型在市场上供不应求。在公司东部工厂产能有限这一背景之下，我们在西涂进行了加长车的通过性试验。

西涂的机运系统是通过滑橇输送线将车体进行转接，完成车身的涂装工艺。在车间通过加长车的过程中我们发现，在车身橇（BDC橇）与电泳橇交接的地方——叉式移栽机（HYZ-1）的叉子与加长车的底座弹簧存在干涉。为此，需要将加长车的位置向辊床工艺方向多移动315mm，见图4。

图4 西涂的机运系统，加长车的位置需向辊床工艺方向多移动315mm

为此，需要在辊床上增加新的夹紧装置，采用电机进行驱动。加长车的运行步骤具体如下：当加长车在旋转辊床HXG_18到位时，通过光电检测开关的检测判断是加长车后，将加长车送到图4中的位置，新的夹紧装置动作，将橇体夹紧，然后进行车身转移。

这里，我们采用SEW变频器现场分布式控制电机来驱动夹紧装置。SEW变频器（MFD系列）由底座、维修开关、变频器模块、总线接口模块构成。

SEW变频器由24V直流控制，电缆有4芯线。其中，2芯24V直流电用来供给感应开关用电，另外2芯是直流24V安全电。在主控柜安全保护回路的介绍中我们已经提到，如果安全电消失，变频器就停止输出。车间内使用的电机抱闸均为220V直流抱闸线圈，电机中不需要整流块，因此，从变频器到电机线缆中的抱闸线已经为直流电。

SEW变频器的模块参数直接在模块上进行调整。本项目调整的参数有最高频率、最低频率、加减速时间、允许设备网控制、允许超额功率运行、允许抱闸线圈单独打开、允许电机快速启动并通过TH进行热保护。由于通过设备网控制，需要在总线接口模块的背面设置该设备的站点。

将变频器的参数和现场线路接好后，现场的工作就完成了。接下来还需要使用AB公司的软件RSNetWork对新增设备进行配置。上面的配置完成后，SEW变频器就可以通过总线与CPU联系，再更改程序即可投入使用。

标准化的应用软件

西涂的机运程序是根据北美的通用标准模板而生成的，程序中的每一种设备都对应有标准的模板。

机运程序的生成需要在Excel表格中输入各机运设备的名称、顺序、区域等，设备的数据类型选用用户自定义数据类型中已经定义好的数据类型，然后将填好的Excel表导入到Logix5000编程软件，自动生成程序。对于自动生成的程度，编程人员只需要稍做修改即可投入使用。以加长车改造项目为例，BSG－3（见图4）的数据类型为用户自定义数据类型ac－LWP（带辅助升降台的辊床），依照标准模版对ac-LWP进行定义。使用时，我们只需要打开Logix5000编程软件，在User－Defined菜单中调用ac-LWP模块，自动生成的程度只需稍做改动。