菲尼克斯電氣控制系統(tǒng)在徐工重卡的應(yīng)用

菲尼克斯（中國(guó)）投資有限公司

菲尼克斯電氣控制系統(tǒng)在徐工重卡的應(yīng)用

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項(xiàng)目背景

徐工集團(tuán)重卡生產(chǎn)基地位于徐州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，總規(guī)劃占地3000余畝，項(xiàng)目分兩期實(shí)施。一期工程占地1382.26畝，建筑面積約50萬(wàn)平方米，總投資近40億元，將形成年產(chǎn)6萬(wàn)輛重卡及8萬(wàn)臺(tái)工程機(jī)械駕駛室的制造規(guī)模；2015年啟動(dòng)二期工程，在余下1600余畝地塊上重點(diǎn)發(fā)展汽車及工程機(jī)械核心零部件產(chǎn)業(yè)，力爭(zhēng)用三年左右實(shí)現(xiàn)超百億的銷售目標(biāo)。徐工集團(tuán)重卡生產(chǎn)基地建成后，將通過(guò)整合利用徐工集團(tuán)優(yōu)勢(shì)資源，打造高品質(zhì)、上規(guī)模的中高端重卡產(chǎn)品，在整車工藝水平上將對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)水平；在做大、做精重卡產(chǎn)品的同時(shí)，為徐工集團(tuán)提供優(yōu)質(zhì)可靠的專用車底盤；利用徐工集團(tuán)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)資源，大力發(fā)展以自卸車為代表的工程車輛，促進(jìn)工程機(jī)械板塊與重卡板塊的協(xié)同發(fā)展，并以此帶動(dòng)物流車的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)徐工集團(tuán)的“大徐工、大汽車、大發(fā)展”的戰(zhàn)略目標(biāo)。

項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用

用戶的具體制造工藝與一般的汽車制造流水線一樣，主要由各種工藝設(shè)備和機(jī)械化輸送組成。這里以總裝工藝的機(jī)械化輸送為例來(lái)介紹總體的控制系統(tǒng)應(yīng)用情況。該項(xiàng)目由東風(fēng)設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)并總包，根據(jù)徐工汽車的總體設(shè)計(jì)的要求，對(duì)于控制系統(tǒng)的要求需要考慮高效、先進(jìn)、穩(wěn)定，成本經(jīng)濟(jì)的方案。經(jīng)過(guò)與各方技術(shù)人員的交流，總裝車間機(jī)械化控制系統(tǒng)選擇PROFINET協(xié)議進(jìn)行通信。PLC與PLC之間，PLC與現(xiàn)場(chǎng)模塊之間的通信都基于PROFINET總線的形式。現(xiàn)場(chǎng)的變頻器、分布式I/O以及其他模塊直接接入PROFINET總線網(wǎng)絡(luò)。本項(xiàng)目最大的創(chuàng)新就是輸送設(shè)備全部采用空中自行小車，采用無(wú)線控制系統(tǒng)讓自行小車控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定，成本更加經(jīng)濟(jì)。當(dāng)然，同時(shí)也讓自行小車本身在輸送上的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得淋漓盡致，整個(gè)車間的設(shè)備分布更合理，工作環(huán)境更整潔。

整個(gè)輸送系統(tǒng)包括地面的板鏈輸送與空中無(wú)線自行小車輸送，地面板鏈的控制系統(tǒng)主控系統(tǒng)通過(guò)PROFINET與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行交換，程序的運(yùn)算和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制功能。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備主要包括現(xiàn)場(chǎng)操作站、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢測(cè)單元（接近開關(guān)、光電開關(guān)等）、現(xiàn)場(chǎng)其他輸入設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如變頻器、電磁閥等）等。需要轉(zhuǎn)掛的輸送設(shè)備之間的信號(hào)交換由PLC通過(guò)網(wǎng)關(guān)來(lái)進(jìn)行交換。 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用PROFINET專用交換機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)。如圖1所示。

圖1　整體解決方案

空中自行小車采用獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，利用無(wú)線PROFINET基數(shù)進(jìn)行通訊，自行小車的整體調(diào)度由地面PLC控制，包括小車的位置判斷，發(fā)車條件判斷。由地面主站將各類指令通過(guò)無(wú)線的PROFINET傳送給空中自行小車的控制箱，車載控制箱中的PLC控制小車在各個(gè)工作位置的動(dòng)作，包括啟動(dòng)、調(diào)速、安全停車等等。輸送小車的位置狀態(tài)，車載狀態(tài)等監(jiān)控信息，統(tǒng)一通過(guò)地面站的監(jiān)控觸屏PC進(jìn)行顯示，同時(shí)，各種手動(dòng)操作，狀態(tài)切換也由地面主站的觸屏PC完成。如圖2所示。

圖2　自行小車的PROFINET方案

項(xiàng)目創(chuàng)新性、重點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題及解決思路

在徐工重卡總裝車間，各子系統(tǒng)必須相互適應(yīng)，生產(chǎn)過(guò)程需要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，與整廠管理系統(tǒng)以及沖壓、焊裝、涂裝、檢測(cè)、調(diào)試車間及車架聯(lián)合車間的系統(tǒng)需要無(wú)縫對(duì)接。這對(duì)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的開放性和穩(wěn)定性提出了很高的要求。對(duì)于這樣的需求，相對(duì)于傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，基于以太網(wǎng)的更靈活、更高效、更高性能的PROFINET完美地契合這些特性。PROFINET作為適用于實(shí)時(shí)自動(dòng)化行業(yè)的開放式以太網(wǎng)技術(shù)，能夠滿足面向未來(lái)的大數(shù)據(jù)傳輸和高精度控制，基于PROFINET優(yōu)秀的靈活性和開放性，用戶可根據(jù)具體需求任意設(shè)計(jì)機(jī)器和工廠的系統(tǒng)架構(gòu)。與此同時(shí)，PROFINET 的高效性還意味著用戶可以實(shí)現(xiàn)資源的有效利用并顯著提升工廠的運(yùn)營(yíng)效率，同時(shí)更高的實(shí)時(shí)性與更強(qiáng)的診斷功能，對(duì)于生產(chǎn)節(jié)拍的保證以及故障排查的及時(shí)提供了保障。

對(duì)于重要的輸送設(shè)備自行小車的控制方案來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)時(shí)是有一些難點(diǎn)的。傳統(tǒng)的小車控制方案因?yàn)槭褂没|線數(shù)量較多，分段較復(fù)雜，施工的周期較長(zhǎng)，施工的質(zhì)量也很難保障。并且，控制信號(hào)都是通過(guò)電刷與滑觸線的導(dǎo)通和斷開來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一段時(shí)間使用后電刷磨損嚴(yán)重，故障率高發(fā)，維護(hù)很困難。初始考慮采用無(wú)線通訊技術(shù)，但如果采用一般的無(wú)線技術(shù)，用戶擔(dān)心實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性的問(wèn)題，因?yàn)樾≤嚬ぷ鞣秶艽螅部赡艹霈F(xiàn)信號(hào)衰減的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多方的論證和分析，最后采用了菲尼克斯電氣的無(wú)線自行小車輸送控制系統(tǒng)，采用無(wú)線的PROFINET技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：具有以太網(wǎng)的一些典型特點(diǎn)，如斷線后自動(dòng)重新連接。支持多個(gè)接入點(diǎn)，支持漫游，每個(gè)AP的信號(hào)覆蓋范圍的重疊區(qū)域就是可發(fā)生漫游的區(qū)域，有了這個(gè)特性就可以實(shí)現(xiàn)分布多個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)（信號(hào)源）。這在遠(yuǎn)距離，大范圍傳輸中就顯得十分靈活、方便。 簡(jiǎn)化了安裝、減少了維護(hù)時(shí)間和停機(jī)時(shí)間、有效地降低電纜和維護(hù)成本、提高了生產(chǎn)效率。

項(xiàng)目為用戶實(shí)現(xiàn)的效益

本項(xiàng)目采用的主要產(chǎn)品，包括菲尼克斯電氣高端控制系統(tǒng)PLC ILC 370 PN、嵌入式工控機(jī)BLPPC 15、PROFINET交換機(jī)，工業(yè)無(wú)線通訊模塊FL WLAN5100等。菲尼克斯電氣的高級(jí)模塊化Inline控制器ILC 370 PN 2TX-IB是一款高性能PROFINET控制器。該控制器可用于中等規(guī)模的應(yīng)用場(chǎng)合，其高度模塊化的設(shè)計(jì)可以適應(yīng)各種應(yīng)用需求。其集成型PROFINET接口確保了使用PC WorX自動(dòng)化軟件進(jìn)行符合IEC 61131的參數(shù)化和編程，可與OPC服務(wù)器同步交換數(shù)據(jù)并與TCP/IP兼容設(shè)備進(jìn)行通信。在這樣的產(chǎn)品性能參數(shù)前提下，選用這款控制器不僅滿足用戶的各項(xiàng)技術(shù)要求，還可以降低成本。370 PN與帶觸屏功能的BL PPC工控機(jī)進(jìn)行組合后，取代原來(lái)的HMI的方式，在保證了技術(shù)先進(jìn)性的同時(shí)，提高了處理能力和速度，也極大的提高了性價(jià)比。

而無(wú)線的PROFINET技術(shù)的應(yīng)用，更是通過(guò)創(chuàng)新型的技術(shù)方案大大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，節(jié)約了傳統(tǒng)方式的滑觸線的使用量，只保留動(dòng)力供電的滑觸線，降低了成本。將原有的電刷數(shù)量大大降低，滑觸線再不需要進(jìn)行分段來(lái)傳輸控制信號(hào)，采用漫游的技術(shù)保證信號(hào)的覆蓋強(qiáng)度。讓PLC直接通過(guò)PROFINET來(lái)交換信息。這些措施都極大地降低故障率和后期的維護(hù)成本。

項(xiàng)目意義

菲尼克斯電氣的全套PROFINET控制系統(tǒng)應(yīng)用于徐工重卡的儀表分裝線、車門線、自行小車、底盤線等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。穩(wěn)定可靠的PROFINET系統(tǒng)及其他先進(jìn)技術(shù)有效保證了徐工重卡的制造精度和質(zhì)量，又實(shí)現(xiàn)了成熟、可靠及先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。借助PROFINET，徐工重卡的工廠管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、信息化、智能化，體現(xiàn)了高效率、低成本的現(xiàn)代化工廠理念，高度集約化、柔性化、智能化和全數(shù)字化管理代表了國(guó)家高端裝備制造轉(zhuǎn)型方向。

鏈接采訪

Q：請(qǐng)介紹一下菲尼克斯電氣為汽車打造的新產(chǎn)品或者解決方案？這些產(chǎn)品和解決方案具有怎樣的特色？

A：汽車行業(yè)作為菲尼克斯電氣在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域的傳統(tǒng)行業(yè)，我們一直在持續(xù)地進(jìn)行投入，提供創(chuàng)新的技術(shù)和產(chǎn)品來(lái)為用戶服務(wù)。隨著國(guó)家智能戰(zhàn)略的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品性能和功能的要求也在不斷地提高，推出符合市場(chǎng)需求，真正為用戶創(chuàng)造價(jià)值的各類產(chǎn)品和解決方案是我們的責(zé)任。近期，菲尼克斯電氣推出了一系列高性能的產(chǎn)品，期望能夠給用戶創(chuàng)造更高的價(jià)值。例如Axiocontrol系列控制器，作為我們?cè)谄囆袠I(yè)主推的控制器，掃描周期達(dá)到4μs 每1000位指令，與傳輸速度達(dá)到千兆的Axioline I/O配合使用，可以極大地滿足快速響應(yīng)時(shí)間的需求，保證輸入輸出數(shù)據(jù)的同步性，提高生產(chǎn)節(jié)拍。這對(duì)工藝節(jié)拍達(dá)到瓶頸的用戶來(lái)說(shuō)，是非常好的選擇。

還有最新的P R O F I C L O U D系統(tǒng)，將成熟可靠的PROFINET現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)引入云端。在“工業(yè)4.0”時(shí)代，成熟的自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)與先進(jìn)的IT技術(shù)的獨(dú)特結(jié)合將大大提高設(shè)備和系統(tǒng)之間的全球跨區(qū)域通信效率。PROFINET網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展云服務(wù)，無(wú)需其他專業(yè)知識(shí)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)無(wú)限自動(dòng)化，靈活性極高。本地PROFINET網(wǎng)絡(luò)中有分布式設(shè)備和云服務(wù)，工程設(shè)計(jì)更輕松；采用預(yù)組態(tài)和預(yù)編程的PROFICLOUD產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)高效自動(dòng)化；采用TLS加密，確保安全通信。這對(duì)于工廠或者設(shè)備異地配置的用戶來(lái)說(shuō)，是一把利器，可以安全有效地保證自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，生產(chǎn)高效同步。

工廠自動(dòng)化行業(yè)經(jīng)理 胡圣豪