佟為明、李輝、林景波

　　摘要：DeviceNet現(xiàn)場總線是由羅克韋爾自動化公司推出的，是一種開放、低價、可靠、高效的底層工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，可廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，現(xiàn)已成為國際標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)和中國國家標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)中國第一汽車集團的發(fā)展規(guī)劃，設(shè)計了基于DeviceNet現(xiàn)場總線的汽車總裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其強大的功能。系統(tǒng)包含12條DeviceNet網(wǎng)絡(luò)、200多個節(jié)點，總線長度達3000m。系統(tǒng)總體技術(shù)達到了國際先進水平。運行實踐表明，系統(tǒng)大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，為企業(yè)創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟效益。

　　關(guān)鍵詞：DeviceNet 汽車生產(chǎn)線 PLC 控制系統(tǒng)

　　一、引言

　　DeviceNet現(xiàn)場總線是世界一流的自動化控制和信息解決方案供應(yīng)商——美國羅克韋爾自動化(Rockwell Automation)公司推出的最優(yōu)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——NetLinx的底層網(wǎng)絡(luò)。 DeviceNet具有開放、低價、可靠、高效的優(yōu)點，特別適合于高實時性要求的工業(yè)現(xiàn)場的底層控制。

　　DeviceNet現(xiàn)已成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC62026-3（2000-07）低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備—控制器-設(shè)備接口，也已被列為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50325。此外，DeviceNet實際上是亞洲和美洲的設(shè)備網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。DeviceNet得到了世界各地眾多制造商的支持，已經(jīng)注冊的符合DeviceNet規(guī)范的產(chǎn)品有數(shù)千種，實際應(yīng)用的DeviceNet節(jié)點設(shè)備已達數(shù)百萬個。在北美和日本，DeviceNet在同類產(chǎn)品中占有最高的市場份額，在世界其它各地也呈現(xiàn)出了強勁的發(fā)展勢頭。

　　DeviceNet進入我國雖然比較晚，但因其突出的優(yōu)點而受到了我國有關(guān)部門和單位的高度重視。2002年10月8日，DeviceNet被批準(zhǔn)為中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18858.3—2002，并于2003年4月1日開始實施，從而進一步推動了DeviceNet現(xiàn)場總線技術(shù)在我國的推廣與應(yīng)用。

　　DeviceNet可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，以中國的汽車工業(yè)為例，DeviceNet已應(yīng)用于一汽-大眾汽車有限公司的AUDI A6、BORA A4、JETTA的焊裝生產(chǎn)線、總裝生產(chǎn)線，張家港牡丹汽車廠的焊裝生產(chǎn)線、總裝生產(chǎn)線，青島頤中汽車廠的涂裝生產(chǎn)線，長春客車廠轉(zhuǎn)向架涂裝線，哈飛汽車廠的焊裝生產(chǎn)線、涂裝生產(chǎn)線、總裝生產(chǎn)線，等等。本文介紹DeviceNet在一汽-大眾BORA A4總裝生產(chǎn)線的應(yīng)用。

　　二、總裝生產(chǎn)線設(shè)計目標(biāo)

　　一汽-大眾BORA A4總裝生產(chǎn)線的設(shè)計是根據(jù)中國第一汽車集團公司發(fā)展規(guī)劃、對原總裝生產(chǎn)線的設(shè)備及控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造的項目，設(shè)計目標(biāo)是滿足BORA A4和JETTA兩種車型混線生產(chǎn)的要求，以達到生產(chǎn)節(jié)拍90s/輛、年產(chǎn)十五萬輛的生產(chǎn)能力�？傃b生產(chǎn)線工藝設(shè)計采用國際上先進的模塊化工藝裝配技術(shù)以及多種車型混線生產(chǎn)的柔性生產(chǎn)線技術(shù)，并配備高效、可靠、維護方便的控制系統(tǒng)，以提高整車裝配質(zhì)量。

　　BORA A4生產(chǎn)線工藝流程由存儲區(qū)、工件裝配區(qū)、升降區(qū)、檢修區(qū)、檢測區(qū)、下線區(qū)組成。機械化生產(chǎn)線系統(tǒng)包括整車裝配線（工藝鏈,由多臺電機驅(qū)動）、車身輸送線（積放鏈）、儲備線（積放鏈）、升降機等。其中，停止器22個、推車機10個、道岔6個；電機的驅(qū)動與控制均要求變頻調(diào)速；現(xiàn)場被控設(shè)備數(shù)量多且具有高度的分散性：I/O點約2600 個、長度達3000m。

　　為了滿足生產(chǎn)線的設(shè)計要求并盡量節(jié)約成本，在充分利用原有設(shè)備及線路的前提下，對原有的輸送系統(tǒng)重新進行了更為合理的布置；在各線之間的轉(zhuǎn)線處均加裝推車機，避免了轉(zhuǎn)線故障；采用新型平衡軌系統(tǒng)，使生產(chǎn)線的運行平穩(wěn)、可靠，減輕了工人的勞動強度；將轎車靠模軌下線改為升降機下線，為整個轎車裝配線增加了兩個工位；增加了機械手裝配工位。

　　生產(chǎn)線原控制系統(tǒng)是在多年前設(shè)計的，采用的是傳統(tǒng)的PLC集中控制，系統(tǒng)控制精度低，操作不便；所有的數(shù)字量與模擬量I/O點均從PLC柜內(nèi)接線，導(dǎo)線用量大、布線復(fù)雜、故障率高，給現(xiàn)場維護帶來了諸多不便，嚴(yán)重地影響了生產(chǎn)，已不適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)要求。因此，必須設(shè)計一種性能優(yōu)異的新型控制系統(tǒng)，這是保證生產(chǎn)線達到預(yù)定設(shè)計目標(biāo)的關(guān)鍵。

　　2.1 控制系統(tǒng)

　　在分析比較了各種不同的控制方案后，決定采用以DeviceNet為底層網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，如圖1所示。DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上連接的輸入設(shè)備有按鈕、急停開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、行程開關(guān)等，輸出設(shè)備有指示燈、控制閥、變頻器等。系統(tǒng)通過ControlNet實現(xiàn)不同PLC之間的互相通信, 完成在中央控制室的監(jiān)視、控制、故障報警、管理信息交換等功能。

　　圖2為系統(tǒng)中所用的羅克韋爾自動化公司的可編程控制器PLC-5/80C的硬件配置（其自身有內(nèi)置的遠(yuǎn)程I/O（RIO）和ControlNet接口）。由于系統(tǒng)中控制的點數(shù)多、線路長，因此用了6個1771-SDN掃描器，共12條DeviceNet網(wǎng)絡(luò)與被控設(shè)備相連。12條DeviceNet網(wǎng)絡(luò)分別命名為1DN1、1DN2、2DN1、2DN2、3DN1、3DN2、4DN1、4DN2、5DN1、5DN2、6DN1、6DN2。其中，1DN1控制生產(chǎn)線上的所有14臺變頻器；1DN2控制生產(chǎn)線上的所有FlexI/O節(jié)點，F(xiàn)lexI/O所連接的大部分設(shè)備是原總裝生產(chǎn)線上不能直接連接到DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備；2DN1控制車身輸送線（積放鏈）；2DN2控制儲備線（積放鏈）；3DN1和3DN2控制另一條儲備線（積放鏈）；4DN1至6DN2控制整車裝配線（工藝鏈）。整車裝配線的工藝非常復(fù)雜，由153個工位組成，主要控制功能有工藝急停、與其它設(shè)備連鎖等；主要設(shè)備有底盤打號機、天窗裝配機械手、涂膠機械手、裝配機械手、風(fēng)擋玻璃涂膠機器人、駕駛系統(tǒng)控制模塊、動力總成、檢測裝置等。系統(tǒng)共有200多個節(jié)點。

圖1 以DeviceNet為底層網(wǎng)絡(luò)的總裝生產(chǎn)線現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

圖2 PLC-5/80C硬件配置

　　所有現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)、工作參數(shù)、故障信息等均通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)傳送至位于中控室的控制器；控制器對現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備實施的各種控制也是通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)進行的。系統(tǒng)中連接到EtherNet上的監(jiān)視計算機應(yīng)用組態(tài)軟件RSView32，以豐富的文字、形象的圖形顯示各生產(chǎn)設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)、自動彈出故障報警畫面、記錄故障點、調(diào)出相關(guān)的控制程序及電控圖紙，也可進行生產(chǎn)信息的自動記錄、統(tǒng)計管理等，并可將報警信息（故障點、故障原因、故障時間等）傳送至維修部門的遠(yuǎn)程終端上，而且可通過連接到EtherNet上的控制器控制生產(chǎn)線的起停、改變控制參數(shù)等。系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程I/O在控制柜上安裝了人機接口HMI，用于顯示生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)、工作參數(shù)、調(diào)節(jié)控制參數(shù)等。系統(tǒng)具有完善的PLC故障自動診斷程序和HMI報警系統(tǒng)，使設(shè)備故障的查詢極其快速、方便、準(zhǔn)確。系統(tǒng)采用電流閉環(huán)自動控制技術(shù)解決了單鏈多驅(qū)動同步控制的技術(shù)難題，保證了生產(chǎn)線的正常、安全運行。系統(tǒng)控制層采用冗余的ControlNet網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與車門分裝線、升降機控制系統(tǒng)、儀表盤安裝系統(tǒng)等的PLC處理器進行實時的控制信息交換。

　　2.2 系統(tǒng)構(gòu)建與調(diào)試

　　現(xiàn)場的所有信號通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)娇刂破�，控制器控制信號也是通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備中，因此DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建是整個控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其構(gòu)建步驟如下：

　�。�1）進行總體規(guī)劃，合理布線；

　�。�2）將DeviceNet網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)上；

　�。�3）安裝通信軟件RSLinx和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具軟件RSNetworx for DeviceNet或DeviceNet Manager；

　　（4）給將要添加到DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的每個設(shè)備分配節(jié)點地址并設(shè)置正確的通信波特率，因為DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上每個網(wǎng)段所有節(jié)點的通信波特率必須一致，且不允許有節(jié)點地址重復(fù)的設(shè)備；

　�。�5）將編程終端（計算機或?qū)Ｓ镁幊淘O(shè)備）連接到網(wǎng)絡(luò)上（通過計算機通信板卡或外置通信模塊）并建立通信，即在RSLinx下配置DeviceNet驅(qū)動程序：DeviceNet Driver(1784-PCD/PCIDS、1770-KFD、SDNPT driver)（該操作只能在在線模式下進行）；

　�。�6）通過網(wǎng)絡(luò)（DeviceNet或上層網(wǎng)絡(luò)ControlNet、EtherNet）配置DeviceNet設(shè)備運行參數(shù)，如設(shè)備的I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式、設(shè)備I/O報文的大小及設(shè)備本身的運行參數(shù)（如變頻器的啟動方式、最大頻率及其它運行參數(shù)）；

　�。�7）將設(shè)備配置參數(shù)下載到節(jié)點設(shè)備和DeviceNet Scanner（1791-SDN）中，并保存到網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具軟件的配置文件中（用于離線查看網(wǎng)絡(luò)信息或配置相同的網(wǎng)絡(luò)）。

　　DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的硬件布線及軟件組態(tài)十分簡便，因此系統(tǒng)的安裝調(diào)試周期大大縮短。

　　在進行DeviceNet網(wǎng)絡(luò)硬件安裝調(diào)試時應(yīng)注意：

　　a. 推薦選用羅克韋爾自動化等公司的DeviceNet總線電纜及連接組件（這可使硬件安裝大大簡化，并提高可靠性）；

　　b. 每個網(wǎng)段供電電源只能有一點接地；

　　c. 網(wǎng)絡(luò)總線兩端應(yīng)安裝正確的終端電阻（120Ω，可選配羅克韋爾等公司隨系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)終端電阻），在系統(tǒng)不上電時測得的網(wǎng)絡(luò)CAN-H和CAN-L之間的電阻值應(yīng)在50-70Ω。

　　三、結(jié)論

　　基于DeviceNet現(xiàn)場總線的汽車總裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，總線長度（3000m）、節(jié)點數(shù)量（200多個）等均為目前全國之最，系統(tǒng)總體技術(shù)達到了國際先進水平。三年來的系統(tǒng)運行實踐表明，系統(tǒng)功能強大、安全可靠、操作靈活，為一汽-大眾公司創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟效益，并大大提高了生產(chǎn)效率、自動化生產(chǎn)水平和管理水平，使得公司在激烈的市場競爭中處于領(lǐng)先地位。

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　　作者簡介：

　　佟為明：男，1964年10月出生，博士，教授，博士生導(dǎo)師，哈爾濱工業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與電器研究所所長；《低壓電器》編委，中國電源學(xué)會理事，中國電源學(xué)會特種電源專委會委員；著作部分：發(fā)表論文90余篇；主要研究方向：現(xiàn)場總線，數(shù)字式繼電繼電保護測控裝置與系統(tǒng)，電磁兼容技術(shù)，變頻電源與諧波抑制。