基于PROFIBUS總線技術(shù)在汽車總裝PBS輸送線設(shè)備上的優(yōu)化研究

周 麗，劉雙喜

（1.長春建筑學(xué)院，長春 130607；2.長春一汽，長春 130012）

0 引言

PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)主要應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化，本文用到的這種總線技術(shù)主要應(yīng)用于一汽大眾汽車總裝生產(chǎn)線上，對總裝車間輸送線滾床之間、設(shè)備之間的通信與控制，當(dāng)今汽車制造業(yè)在迅猛發(fā)展，對自動(dòng)化程度要求越來越高，PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)在現(xiàn)代企業(yè)與工廠中應(yīng)用的越來越廣泛[1]。PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)比以往的傳統(tǒng)技術(shù)自動(dòng)化過程更高，傳輸速率更快，自動(dòng)化過程更靈活。今天，不僅僅在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域可以應(yīng)用PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)，在其他行業(yè)也在廣泛的在應(yīng)用，例如化工領(lǐng)域，交通工程領(lǐng)域，電力行業(yè)等等諸多領(lǐng)域也在應(yīng)用PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)[2]，本文主要應(yīng)用于一汽大眾汽車總裝生產(chǎn)線中。

在汽車總裝車間生產(chǎn)過程中，利用計(jì)算機(jī)控制和現(xiàn)代信息處理技術(shù)，采用基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對整條PBS線輸送車身過程的監(jiān)控和管理，對故障進(jìn)行統(tǒng)一的處理和記錄，大大降低了停臺(tái)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[3]。基于PROFIBUS總線技術(shù)，PBS輸送線系統(tǒng)是一項(xiàng)較大規(guī)模的控制技術(shù)，并且自動(dòng)化程度極高，又具有創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性。該控制技術(shù)集成了最新的現(xiàn)場總線技術(shù)、PLC控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、LENZE變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)、SEW驅(qū)動(dòng)技術(shù)、WICC；VISU人機(jī)界面技術(shù)、故障自診斷技術(shù)等[4]。

1 PBS輸送線程序控制原理

汽車總線PBS輸送線在自動(dòng)或手動(dòng)情況下，滾床能夠向前或向后運(yùn)行，當(dāng)雪橇觸發(fā)滾床前端的占位傳感器后，程序自動(dòng)獲取占位信號(hào)。如前一雪橇脫離占位信號(hào)駛出占位傳感器后，傳感器的占位信號(hào)復(fù)位，下一個(gè)雪橇再次駛過占位傳感器，獲得占位信號(hào)，依次循環(huán)此動(dòng)作。

2 PBS輸送線占位信號(hào)閃斷問題

在汽車總裝車間PBS輸送線FTM06-FTM09組自助運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)傳感器占位信號(hào)閃斷問題，從而導(dǎo)致輸送車身的雪橇發(fā)生相撞故障，使總裝車間停臺(tái)時(shí)間居高不下，曾經(jīng)多次因?yàn)闄M移或轉(zhuǎn)角時(shí)占位信號(hào)閃斷，造成兩車相撞，車身脫離軌道，產(chǎn)生較長時(shí)間停臺(tái)，進(jìn)而嚴(yán)重影響了總裝的生產(chǎn)。在剪式升降機(jī)位置占位信號(hào)閃斷，兩車相撞，前車沖出滾床，車身報(bào)廢，造成嚴(yán)重停臺(tái)。對2013年1月～6月一汽大眾總裝車間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，1月份停臺(tái)71分鐘，占總停臺(tái)42%。2月份停臺(tái)36分鐘，占總停臺(tái)100%。3月份停臺(tái)17分鐘，占總停臺(tái)77%。4月份62分鐘，占總停臺(tái)68%。5月份90分鐘，占總停臺(tái)56%。6月份350分鐘，占總停臺(tái)79%。按照一汽大眾總裝車間標(biāo)準(zhǔn)每分鐘停臺(tái)時(shí)間1958元計(jì)算，2013年前6個(gè)月單就占位信號(hào)閃斷一項(xiàng)故障導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)一百多萬，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

3 PBS輸送線占位信號(hào)閃斷問題原因分析

本文通過以下軟件進(jìn)行檢測分析：SIMATIC MANAGER軟件，PLC-ANALYZER監(jiān)控軟件，PROFITRACE總線診斷軟件。

SIMATIC MANAGER軟件程序分析：FB90滾床驅(qū)動(dòng)功能塊程序錯(cuò)誤，如圖1所示。

PLC-ANALYZER監(jiān)控軟件分析：對經(jīng)常報(bào)警區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)有信號(hào)閃斷現(xiàn)象，如圖2所示。

圖2 PLC-ANALYZER監(jiān)控閃斷圖

PROFIBUS總線診斷軟件分析：外部干擾嚴(yán)重，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化前的PROFIBUS總線診斷圖

4 優(yōu)化方案

針對以上軟件監(jiān)控及診斷發(fā)現(xiàn)的占位信號(hào)閃斷問題進(jìn)行優(yōu)化，提出以下三點(diǎn)優(yōu)化方案。

4.1 對程序進(jìn)行優(yōu)化

1）故障多發(fā)處總線報(bào)警被屏蔽出現(xiàn)撞車事故時(shí)，控制面板無法斷開自動(dòng)運(yùn)行，手動(dòng)按下復(fù)位按鈕后不能重新掃描占位狀態(tài)。對程序進(jìn)行改進(jìn)，將程序中短接處進(jìn)行刪除，如圖4所示。

圖4 軟件中刪除的程序塊

2）滾床與相鄰滾床共同調(diào)用FB146功能塊，外部接入點(diǎn)不一致，將程序優(yōu)化，使之不同滾床的運(yùn)行程序一致，如圖5所示。

圖5 滾床程序不同

3）在PBS輸送線上特殊區(qū)域（例如轉(zhuǎn)角機(jī)、升降機(jī)、橫移機(jī)）部位加裝傳感器，并使此傳感器關(guān)斷延時(shí)500ms。在占位傳感器出現(xiàn)閃斷信號(hào)時(shí)，此加裝傳感器仍保持傳輸信號(hào)，程序設(shè)計(jì)，如圖6所示。

圖6 傳感器關(guān)斷延時(shí)

4.2 對PROFIBUS總線鋪設(shè)進(jìn)行優(yōu)化

通過PLC-ANALYZER監(jiān)控軟件發(fā)現(xiàn)閃斷現(xiàn)象，檢查總線鋪設(shè)情況，發(fā)現(xiàn)升降機(jī)位置制動(dòng)電阻發(fā)熱，總線鋪設(shè)距離發(fā)熱元件過近，并且PROFIBUS總線在380V強(qiáng)電下面，對總線存在嚴(yán)重干擾。將動(dòng)力線與PROFIBUS總線進(jìn)行線槽隔離。

4.3 對通訊質(zhì)量差進(jìn)行優(yōu)化

由于PBS輸送線長時(shí)間運(yùn)行，沒有及時(shí)進(jìn)行灰塵清理，灰塵對PROFIBUS總線產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，出現(xiàn)信號(hào)閃斷現(xiàn)象，應(yīng)該及時(shí)對總線進(jìn)行灰塵清理。有部分滾床沒有屏蔽層，也導(dǎo)致了信號(hào)干擾問題，將PROFIBUS總線與LENZE變頻器外金屬殼接地進(jìn)行屏蔽，再次通過PROFITRACE總線診斷軟件檢測，閃斷現(xiàn)象有較大改善，但是在設(shè)備遠(yuǎn)端處，還存在衰減現(xiàn)象，在總線上每隔一百米加裝中繼器REPEATER，放大衰減信號(hào)，經(jīng)過再次檢測，通訊狀態(tài)良好，如圖7所示。

5 結(jié)束語

本文主要針對一汽大眾總裝車間PBS輸送線上FTM06-FTM09組自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)總線占位信號(hào)閃斷問題進(jìn)行分析，并提出了優(yōu)化措施。首先通過程序?qū)ζ溥M(jìn)行了優(yōu)化，提出三種程序優(yōu)化方案。其次對PROFIBUS總線鋪設(shè)進(jìn)行優(yōu)化，重新鋪設(shè)總線，與動(dòng)力線隔離。最后對通訊質(zhì)量差進(jìn)行了優(yōu)化，灰塵清理及PROFIBUS總線接地屏蔽等措施，改善了通訊質(zhì)量。通過以上幾種優(yōu)化方案，從根本上解決了總裝PBS輸送線上占位信號(hào)閃斷問題，大大減少了停臺(tái)時(shí)間，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

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