自动化在汽车油漆车间控制系统中应用.doc

2006 年 8 月 3 日 9:19摘要：汽车油漆车间中央控制系统，担负着监控车间所有涂装工艺设备系统和输送设备系统 的任务它监控涂装过程中的重要生产工艺参数和生产设备的运行，以满足工艺质量和保证 正常生产节拍的要求本文采用了西门子公司的PLC技术、Profibus现场工业总线技术和 WinCC工业组态软件SCADA技术，来构建该中央控制系统本文将从系统概述及分析、 系统网络构成、系统信息处理、系统中几个特殊问题处理等四方面详细论述该系统本项目 在 2001 年由我们承建，在2002 年初投入运行经过半年多的运行，实践证明，该系统达 到原设计功能，安全可靠，能确保设备连续、可靠运行，满足高效、有序地组织大批量生产 的要求关键字：中央控制系统PLC技术现场工业 宽带商隽 总线SCADA技术企业信息化全面解决方案一. 系统概述及分析上海大众汽车二厂油漆车间年产量为 180,000台，日产量为600台，生产节拍为 1.5分/台，车间输送链长度是8029米，生 产面积是23,549平方米1. 中央控制系统的组成油漆车间中控室中央控制系统的控制对象，主要由两大部分组成：油漆工艺控制系统和输送 控制系统。

中央控制系统主要负责监控这两个系统的运行状态，协调这两个系统内各设备动 作和这两个系统的之间各设备动作油漆工艺和输送系统时刻要按照中央控制系统发出的指 令所指示的工作方式运动，同时中央控制系统要时刻监视油漆工艺和输送系统的当前运动状 态，按照预期制定的目标及时地进行调整和控制，以达到在中央控制系统的控制作用下，使 油漆车间生产汽车涂装产品质量得到充分保证，使生产按照预定的生产节拍进行，使整个车 间维持一种正常的生产运行a）油漆工艺控制系统油漆工艺控制系统主要是围绕汽车涂装生产中各部分工艺过程，对其设备按照相应工艺要求 进行控制和检测油漆工艺车间汽车涂装工艺过程主要有预处理、电泳、密封、底漆和面漆 等油漆工艺控制系统要根据每一项工艺过程的具体工艺要求，通过控制装置PLC控制相应 工艺设备和环境设备，例如：预处理和电泳工艺过程中的各种浸槽和喷淋设备，密封、底漆 和面漆工艺过程中的喷胶或喷漆房设备和烘房设备，及各个工艺过程中控制温度、湿度、压力和风速的环境设备油漆工艺控制系统主要目的是使各个工艺设备和环境设备按照工艺要 求正常运行，以保证汽车涂装质量b）输送控制系统输送控制系统主要控制油漆车间的输送链和升降运输系统。

它贯穿着油漆车间的汽车涂装生 产的全过程，即在输送链和升降机的输送作用下，使轿车白车身以一定的节拍，按照涂装工 艺顺序，依次通过汽车涂装各个工艺设备和环境设备，完成相应涂装加工工艺输送控制系 统要通过控制装置PLC，控制分布在整个油漆车间的各段输送链和升降机运行输送控制系 统一方面要完成轿车白车输送、转挂和储存任务，另一方面还要按汽车涂装各部分工艺要求， 对输送的车身还必须要在程序的控制下，实现升降、变节距、变速、摆动和倾斜等动作，从 而保证油漆车间连续自动化生产2. 系统控制装置PLC的分布全车间的油漆工艺和输送设备是由9台西门子公司PLC控制 的在油漆工艺控制方面，按照工艺过程各PLC的具体的控制分工为：序号PLG容称控制涂装江艺谊备范围1PLC 01预处理系统2PLC 02电泳丢统和电冰烘房3PLC 03粗密封和細密封平台，底漆喷漆房4PLC 04面漆喷漆居5PLC 05底漆烘房和面漆烘房6PLC 06调隆间，密封烘房和报交台在输送控制方面，按照区域划分，各PLC的具体的控制分工为:序号只些名称控剌够蛙链范围控制升降机范围1WD_150电录哄房、粗密封和細密封、 密封烘房、底瘗和面漆的喷房 和烘房的输送，电冰、底膝和 面漆的储存-进P\*升隆机，出PVC升降 机，电泳升降机2WD_200至身到老油漆输送，白车身的 储存‘空车架储存-1#车身轴漆升隧机，2#车 身帕燼升降机，3.WD 300老油邃到新油邃输送老油蔭到新油蔭升澤机4Durr预处理系统，电泳系绻3. 中央控制系统的作用油漆车间中控室中央控制系统通过工业计算机网络技术-现场工业总线Profibus,把控制油 漆工艺控制系统和输送控制系统的9台西门子公司PLC连接起来，把原来车间里分散的单 元控制，变成相互有机联系的统一的整体控制系统。

同时，系统利用计算机控制和信息处理 技术，实现系统对油漆车间的生产管理、工艺过程和设备运行的自动控制和监视，使油漆车 间的汽车涂装生产始终处于正常状态二. 系统网络的构成由于中控室中央控制系统面对整个油漆生产车间，控制着各种生产设备的运行，它必须要做 到实时采集全车间各个生产环节的信息，同时对其发出的控制指令要准确无误地送到全车间 各个生产环节的设备上，并能监测执行情况为了保障这些控制信息和检测信息畅通和准确 的传递，中控室中央控制系统按照其功能构成了二个层次的网络1. 上层信息管理网络以中控室的工控机为主，还包括主PLC (E21), Duerr的PLC和信息交换中心S5-155U,共 同构成上层信息管理网络，也是中控室中央控制系统对油漆车间的中心信息管理部分这里 主PLC(E21 )同时还连接着油漆工艺控制系统和输送控制系统的PLC,所以主PLC (E21) 起着上层信息管理网络和底层设备控制网络之间传递信息的作用上层信息管理网络的硬件 构成是建立在西门子公司的现场工业总线 Profibus 网络基础上的,在每个网络站点分别插 入Profibus网卡：工控机上插入CP5613网卡，其他PLC上插入CP5431网卡。

该网络的通 讯协议是采用第二层数据链(Data Link)，也就现场工业总线数据链FDL(Field Bus Data Link)在该层次网络上，由于工控机上运行的的WinCC组态软件采取主动方式，需分别与 其它站点通讯，所以WinCC组态软件与其它站点通过各自的逻辑接口点(SAP)建立相互的 通讯链路层上层信息管理网络的网络参数是通过C0M5431软件配置的2. 底层设备控制网络在主PLC(E21)的框架上共插有两块通讯网卡，一块为CP5431，连接到上层信息管理网络， 使主PLC(E21)构成为上层信息管理网络一部分；而另一块为CP5430，连接到底层设备控制 网络，又使主PLC(E21)构成为底层设备控制网络一部分所以主PLC(E21)起到了连接上层 和底层网络的网关作用底层设备控制网络主要作用是控制整个油漆车间的各个汽车涂装工 艺流程的具体过程和各个输送链的相应运动，其途径就通过现场工业总线Profibus网络， 使油漆工艺控制系统的6台PLC和输送控制系的3台PLC，按照上层信息管理网络发出的控 制指令，各自控制相应设备动作同时，每台PLC 一方面通过网络把自己的状态信息发送到 相关的PLC上，一方面通过网络接受到其它PLC的状态信息，以决定下一步动作。

这样由9 台 PLC 控制的各种设备动作可以做到相互配合、相互联系和相互谐调，保证整个油漆车间能 够连续正常生产该网络的通讯协议是并行采用两种，一种仍为现场工业总线数据链FDL方式，另一种为现场 工业总线全局数据 (Globe Data)a) 其它站点与主PLC(E21)的通讯，采用的是FDL方式为此，主PLC(E21)分别与其它站点 建立链路层b) 底层设备控制网络中PLC之间的数据通讯，采用全局数据方式，既PLC之间交换数据通过 对所定义的全局数据进行读写操作来完成全局数据设置是通过C0M5431软件三. 系统的信息处理在中控室里的工控机上运行着西门子公司的工业组态软件-WinCCo她主要任务是进行油漆车 间中控室中央控制系统的信息处理工作它要实时采集全车间各个工艺设备的状态信息，按 照汽车涂装生产工艺要求，实时地对状态信息进行分析、归纳和综合，根据需要及时地对相 应工艺设备发出控制指令，以控制和调整相应工艺设备的工作状态在这里WinCC工业组态 软件经过对系统的信息处理，可以有序地、安全地、可靠地和合理地控制着油漆车间汽车涂 装生产的全过程所以，WinCC工业组态软件是中控室中央控制系统的核心部分。

系统通过WinCC的信息处理，以图文并茂的人机界面形式，显示系统对各个工艺设备的控制 过程，显示各个工艺设备的运行状态和各种生产、工艺信息，以及人为参与控制、调整有关 生产和工艺参数的操作内容其主要内容可大致分为以下几个方面：1. 汽车涂装生产工艺过程监控根据汽车涂装生产工艺过程特点和工艺设备在车间的实际布局，其监控主要内容和对象按工 艺过程被分类为如下：a) 预处理系统和电泳系统(1) 各种浸槽、水槽和备用槽的温度高低和液位高低；(2) 喷淋泵、输入泵、热水泵和各种溶剂泵的开停；(3) 排风扇和供风扇的控制与检测；(4) 电泳系统的供电控制与检测；b) 底漆喷漆房、面漆喷漆房、密封调胶房、调漆间、粗密封房、细密封房、电泳打磨房和底 漆打磨房(1) 排风扇和供风扇的控制与检测；(2) 用于保证湿度的加湿泵和废水槽循环泵的开停；(3) 用于清除废碴的刮碴机的控制与检测；(4) 用于保证喷房内一定风速的风压保护装置的检测；(5) 用于油漆输送管路上防冻的保护装置的检测；(6) 预防火灾的消防报警；C)电泳烘房、底漆烘房、面漆烘房和密封胶烘房(1) 用于加热循环空气的热交换器风扇的控制；(2) 在电泳、底漆、面漆烘房出口处强冷风道的排风扇、供风扇和空气档扳控制；(3) 烘房内各工作区的温度检测；(4) 烘房内各工作区的燃烧点火控制；(5) 烘房内各工作区的热空气循环风扇的控制；(6) 用于废气燃烧的焚烧炉燃烧点火控制；(7) 焚烧炉内温度检测和循环风扇的控制；(8) 供烘房内和焚烧炉内燃烧的煤气压力检测；(9) 用于向大气排放前有毒气体燃烧的尾气燃烧器的控制；(10) 密封调胶房进口和出口热风幕的控制；(11) 表冷器状态检测；2. 温度和温度自动调节系统的监控为了保证汽车油漆涂装质量，其中一个重要的条件是各个工艺过程的环境温度和湿度要稳定 在规定的范围内。

为此在各个工艺设备上都安装有单回路调节DR20，以构成闭环的温度和 湿度控制回路，按照PID调节原理，使该处的温度和湿度自动地稳定在符合工艺要求的设定 值上由于这些单回路调节DR20通过网络连接现场PLC上，在中控室里的工控机上，通过 WinCC可采集和设置这些单回路调节DR20的参数所以，WinCC可以监视各个工艺过程的实 际环境温度和湿度，也可以根据工艺要求，通过改变设定值来控制这些环境温度和湿度请 参见附录九下面是参与自动调节的各个温度点和湿度点在工艺设备上分布：a) 预处理系统(1) 一、二、三和七区的热交换器温度；(2) 六区冷冻水温度和七区预热温度；b) 电泳系统冷冻水热交换器温度；c) 电泳烘房、底漆烘房、面漆烘房和密封胶烘房(1) 一、二、三和四区的温度；(2) 1#和 2#焚烧炉的温度；(3) 热交换器温度；(4) 强冷风道的供风温度；(5) 尾气燃烧温度；d) 电泳打磨房和底漆打磨房加温/冷却管温度；e) 底漆喷漆房、面漆喷漆房、粗密封房、细密封房和报交/整理(1) 加温/冷却管温度；(2) 加湿槽的湿度；3. 输送系统运行状态的控制与监测该油漆车间输送系统采用的是积放式悬挂输送链，共有26 条输送链，6 台升降机。

在中控 室中央控制系统的统一控制和协调下，输送系统的PLC按照油漆车间各部分涂装工艺要求， 控制各个输送链的相应运动，使系统。