汽車涂裝車間的自動控制組成

楊晨雨 張樂

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

中國汽車行業(yè)從21世紀開始發(fā)展迅速，據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)計，2018年中國汽車產銷分別完成2780.9萬輛和2808.1萬輛，如此龐大的產量需要汽車主機廠高度的自動化生產線，才能保障生產的可靠性。自動化作為工業(yè)4.0的基礎，其重要程度不言而喻。本文以西門子公司產品構建符合現(xiàn)代化的汽車涂裝車間，對汽車涂裝車間自動化組成進行介紹。

一、機運電控系統(tǒng)概述

機運自動化系統(tǒng)的設計依照涂裝機械工程師提供的自動化控制系統(tǒng)設計任務書完成。

為了能對涂裝車間機械化輸送系統(tǒng)進行全面和可靠的自動控制，同時考慮到控制的靈活性、控制管理的方便性、控制系統(tǒng)規(guī)模的可行性和可靠性等方面的因素，涂裝車間機運電控系統(tǒng)采用二級控制方式，第一級為下位實時控制處理級，第二級為上位控制數(shù)據(jù)管理級。下位實時控制處理級采用一套可編程控制器（PLC）來完成本區(qū)域內機運輸送設備的實時手自動控制。上位控制數(shù)據(jù)管理級由中控室服務器及中控室1臺以太網(wǎng)交換機，采用工業(yè)以太網(wǎng)連接，各區(qū)域機運PLC之間采用Profinet總線相連接，實現(xiàn)對下位實時級的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形界面顯示、數(shù)據(jù)打印等。

二、機運電控系統(tǒng)組成

機運電控系統(tǒng)采用以PLC為核心的集中控制方式，控制區(qū)域內設備采用分段方式來單獨供動力電，現(xiàn)場安全保護區(qū)域內的控制箱體和主控柜內設置有安全控制回路，主控柜內電源有兩種供電方式，其中處理器電源、PLC I/O電源、總線電源、按鈕操作站及柜內照明、插座都采用主開關不切斷供電方式；控制回路電源、空調電源采用主開關切斷供電方式，并且都經過變壓器隔離。控制的核心由一臺PLC完成，PLC包含有以太網(wǎng)通訊模塊，Profinet總線模塊、數(shù)字輸入輸出模塊，CPU型號為CPU319F。現(xiàn)場設有機運遠程控制柜RCP，按鈕操作站BS，其遠程IO模塊均掛在Profinet總線上與PLC進行通訊。

遠程控制柜，現(xiàn)場按鈕操作站等這些子站都可以通過Profinet總線掛到PLC上。現(xiàn)場設備的接近開關信號分別接入相應的電子接線盒中，再由電子接線盒接入現(xiàn)場操作站中。這樣PLC與下面的子站就可以進行數(shù)據(jù)交換和控制，同時PLC通過以太網(wǎng)模塊上傳信息給上位系統(tǒng)，通過上位機就可以監(jiān)視該區(qū)域設備的運行狀況，修改程序。

本區(qū)域控制柜分為MCP（主控柜）和RCP（遠控柜），MCP與RCP柜采用聯(lián)柜方式，該聯(lián)柜由多個單體控制柜通過并柜件連接在一起，每個柜體配單獨底座，柜內元件布置主要有斷路器、接觸器、變頻器、PLC、變壓器、直流電源、繼電器，柜門上元件主要有總電源開關、控制按鈕、指示燈及相應指示標牌，在MCP及RCP柜頂安裝有三色柱狀報警燈。主控柜及現(xiàn)場操作站急停按鈕的觸點接入柜內安全DI回路，現(xiàn)場急停按鈕被按下或對于有消防連鎖區(qū)域，當消防信號發(fā)出時，主控回路被切斷，區(qū)域內所有設備380VAC動力電源和控制回路電源被切斷，對于非變頻設備，控制其運轉的接觸器全部由PLC輸出的接觸器觸點來控制。

此外，機運控制區(qū)域還包含有多個按鈕操作站。按鈕操作站上設有“自動-手動-維護”、“轉換開關”、“自動啟動”按鈕、“驗燈”按鈕、“故障復位”按鈕、“急停”按鈕以及設備動作按鈕，此外還有設備運行狀態(tài)指示燈、紅色柱狀報警燈等，操作站內布置有直流電源、總線模塊和遠程IO模塊。

三、機運電控系統(tǒng)功能

（一）涂裝輸送線傳輸控制功能

1.可實現(xiàn)全自動生產方式下的機械化輸送控制及生產節(jié)拍控制、路由控制、先入先出控制；2.自動實現(xiàn)工件在輸送過程中的停止、放送；3.自動實現(xiàn)工件輸送過程中的分流；4.自動實現(xiàn)工件在工藝段預定節(jié)拍和頻率的處理和輸送；5.自動實現(xiàn)存儲區(qū)工件先入先出原則；6.自動實現(xiàn)工件在涂裝線上的相對位置及部分位置工件數(shù)量的統(tǒng)計。

（二）安全保護功能

涂裝車間一層升降機工位設有一對或兩對光電開關，可實現(xiàn)對設備檢修、人員非法進入、橫穿設備、緊急情況下的安全保護，當人員穿過光電開關時，光電開關信號被切斷，升降機停止運行。

（三）故障檢測功能

1.傳感器故障檢測；2. 變頻控制器故障檢測；3. 總線站點故障檢測；4.PLC I/O模塊故障檢測；5.電機過載檢測。

（四）顯示功能

1.操作主畫面顯示；2.控制區(qū)域設備狀態(tài)顯示；3.總線站點狀態(tài)顯示；4.控制區(qū)域設備實時報警和歷史報警記錄詳細顯示；5.各操作站狀態(tài)歷史記錄顯示；

四、設備電控系統(tǒng)概述

為了能對涂裝車間設備電控系統(tǒng)進行全面和可靠的自動控制，同時考慮到控制的靈活性、控制管理的方便性、控制系統(tǒng)規(guī)模的可行性和可靠性等方面的因素，涂裝車間工藝設備電控系統(tǒng)采用二級控制方式，第一級為下位實時控制處理級，第二級為上位控制數(shù)據(jù)管理級。下位實時控制處理級采用一套可編程控制器（PLC）來完成本區(qū)域內工藝設備的實時手自動控制。上位控制數(shù)據(jù)管理級由中控室服務器及中控室1臺以太網(wǎng)交換機，采用工業(yè)以太網(wǎng)連接，實現(xiàn)對下位實時級的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形界面顯示、數(shù)據(jù)打印等。

電控系統(tǒng)采用以PLC為核心的集中控制方式，主控柜內電源有兩種供電方式，其中PLC處理器電源、PLC I/O模塊電源、總線電源、柜內照明、插座都采用主開關不切斷供電方式；控制回路電源、空調電源采用主開關切斷供電方式，并且控制回路電源經過變壓器隔離。控制的核心由PLC完成，PLC包含有以太網(wǎng)網(wǎng)模塊、Profinet總線模塊、數(shù)字輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊，CPU型號為CPU319F。通過以太網(wǎng)，上傳信息給上位系統(tǒng)，通過上位機或其它以太網(wǎng)接口處就可以監(jiān)視該區(qū)域設備的運行狀況，修改程序。

五、設備電控系統(tǒng)功能

（一）可實現(xiàn)涂裝車間設備系統(tǒng)全自動生產方式下的水泵、風機啟動，溫度、液位、閥門開、關控制

（二）故障檢測功能

1.總線站點故障檢測；2.PLC I/O模塊故障檢測；3.水泵、風機壓力報警；4.液位、溫度報警

（三）顯示功能

1.操作主畫面顯示；2.控制區(qū)域設備狀態(tài)顯示；3.總線站點狀態(tài)顯示；4.控制區(qū)域設備實時報警和歷史報警記錄詳細顯示；

（四）操作方式

1.手動操作方式。將MCP（主控柜）上的模式轉換開關切換到“手動”模式，該控制區(qū)域設備就處于"手動"操作方式，設備的運轉就需通過聯(lián)鎖邏輯和動作按鈕來完成。

2.自動操作方式。將MCP（主控柜）上的模式轉換開關切換到“自動”模式，該控制區(qū)域設備就處于“自動”準備模式，此時按下“系統(tǒng)啟動”按鈕，設備的運轉就通過聯(lián)鎖邏輯自動來完成。

六、結束語

汽車涂裝車間作為汽車主機廠四大車間工藝最復雜，自動化程度最高的車間，代表了現(xiàn)代化主機廠技術發(fā)展水平，本文簡單介紹了涂裝車間最基本的自動化組成結構，其他組成版塊在以后繼續(xù)深入探討。