工业以太网交换机与现场总线发展,二层互联网脉络构架造型在汽车组配加工里的践行

通信已成为现代化制造发展的必经之路。工业以太网在多年来的推广应用中,通过不断解决通讯技术,总线供电技术,远距离传输技术,增强网络安全、可靠性等关键技术,它现在已经可以从信息层、控制层一直延伸到现场设备控制层,能够实现快速实时的工业网络通信控制,为现代工业制造实现真正意义上的“E网到底”奠定了良好的基础。工业以太网已经被业内认为是未来控制网络的最佳解决方案,也是当前现场总线中的主流技术。

汽车涂装网络控制系统的总体框架设计系统组成根据不同工艺处理过程所在的不同区域和设备的不同,整个汽车涂装生产线控制系统采用分区控制共分12套独立的控制系统:前处理控制系统,磷化控制系统,电泳控制系统,电泳烘干控制系统,PVC烘干控制系统,面漆室控制系统,循环水池控制系统,打磨室控制系统,修补线控制系统等。由于各工艺控制相对复杂,不但存在大量I/O离散点的控制,还涉及到大量的泵体流量、流速,各类调节阀、电磁阀,各种风机、电机的调速,烘干工艺中的温度等的PID控制。因此各个工艺控制系统均采用功能强大具有PID控制的大型PLC可编程控制器来进行工艺的相关控制。除了上述的工艺控制系统,为了加强系统的控制柔性,满足生产线混流生产的特点,涂装生产线控制系统增加车体识别系统。AVI系统的功能:对不同生产数据的统计、质量监控数据及信息进行实时采集。

随着互联网技术的发展与普及推广,以太网技术也得到了迅速的发展,以太网传输速率的提高和以太网交换机技术的发展,给解决以太网通信的非确定性问题带来了希望,并使以太网应用于工业现场设备间的通信成为可能。在工业以太网还没有来到之前,工控行业依然处于依靠串口连接和短距离监控来进行工业制造,而工业以太网的来到彻底改变了工业制造和经营模式,它让再多的设备都可以实现通信、互联、互操作,不再有信息盲点和孤岛;它让再远的制造现场都可以实现实时的监控与管理……工业以太网交换机的应用它把工厂内各个孤立的局部自动化子系统(我们经常称为信息孤岛)在新的管理模式与工艺指导下,综合运用信息技术、自动化技术、计算机网络及其支持软件技术等有机地结合起来,构成一个完整的系统,对生产过程的物质流、管理过程的信息流、决策过程的决策流进行有效的控制和协调,以适应新的竞争形势下市场对生产管理过程提出的高质量、高速度、高灵活性和低成本的要求。在这个系统中,现场总线和以太网技术扮演者越来越重要的角色。正维通信通过多年的潜心研究,研发出工业以太网交换机与串口总线的结合。WISE3000B系列产品不仅有百兆速率的光通信跟总线的结合,还研发出了千兆速率的光通信与总线的结合,一推向市场深受新老客户的爱戴,对老方案的扩容及改造有着很好的承前启后的作用。

充分利用系统网络功能,将相关工艺信息(车型、颜色、批次等)传送到各个工艺控制系统,进行生产过程的柔性化协调。利用分布在生产线上的位置传感器,实时监控车体的位置。智能路由决策功能。

AVI系统的数据采集可采用条形码识别系统或RFID系统,但由于涂装生产线环境恶劣,要求生产设备具耐腐蚀、耐高温的特性,加上条形码在生产的过程中不能存储任何其它信息,故AVI系统倾向于RFID系统。

AVI系统的流程:从涂装车间的上线处,对每个车体进行工艺信息的采集,并将该信息传送到实时数据库中;利用生产线上分布的位置传感器实时跟踪车体,并实施监控;在生产过程中,利用分布于生产线上的质量检测点的检测信息,通过AVI的现场HMI子系统传送到实时数据库与智能路由决策系统,进行相关的路由决策,以优化整个工艺加工过程;通过实时数据库,底层车间的制造信息可以为上层MES、ERP系统所用。鉴于AVI系统的处理数据信息量较为庞大,且实时性要求高,故一般采用多个大型PLC可编程控制器进行控制。

系统的框架结构纵向框架将汽车涂装生产线上的所有设备通过标准化的接口模块接入到现场总线网络中。所谓的接口模块就是实现协议的转换,简单地讲就是将底层智能设备中的数据格式转换成现场总线协议帧格式。如DeviceNet上的CM11模块;ProfiBus上的CM31模块。可编程控制器PLC通过各自的现场总线控制模块对底层设备进行数据采集或指令下达。控制器与现场设备之间传送的是大量的I/O或状态突变等隐式数据,传送的数据量比较小,但对实时性、确定性要求极高。借助于OPC服务器或各种中间件与监控层的HMI进行数据交互。当然在某些工艺中,由于采用的DCS结构,通过串口通讯或者硬接线的方式直接与其HMI进行数据交互。现场的AVIHMI负责采集车体的工艺信息,如上线处车体信息初始化、生产过程中质量信息的采集等。中央控制室中的AVIHMI担负着车体的路由决策功能;另外还具有与MES车间计划层交互的功能,将与车体相关的工艺制造信息写入到实时数据库,以便MES使用,同时也从实时数据库内读取来自上层MES车间计划层所下达的指令。由于主要是将控制系统与企业信息网结合,因此对实时性要求不象前两个部分那么苛刻,但数据传送量较大,而且为了实现远程管理,对这部分网络的路由功能、传输距离会有较高的要求。

横向框架汽车涂装生产线控制系统的横向框架就是指各个工艺系统及AVI系统之间的通讯,主要体现在各个系统间PLC控制器之间通信来完成,传输的数据量较现场设备要大,既可以传输I/O、互锁等隐式数据,也可以传输一些对时间没有苛求的显式数据。

汽车涂装控制系统的网络体系基于以太网技术的二层网络结构TCP/IP协议事实上已成为未来自动化的工业标准,并将代替现场总线技术,因而目前企业的网络体系结构也已完全被以太网的结构所影响。但由于以太网在工业控制领域方面的技术还不够成熟,并不能实现自上而下的真正的以太网控制网络系统。

多层分布式网络结构还不能完全为以太网控制网络体系所替代,在复杂的过程控制系统中,多个控制器和人机界面需要大量的数据传输,控制网是必不可少的,它提供数据交换方式能够增强网络的传输速度。但是在不需要多个控制器协调控制的场合,可以简化控制网,这样使得控制简单便于维护。用一个通讯控制器就可以取代控制网的地位,将现场总线通过通信控制器直接挂接到Ethernet上的网络体系结构。这样就可以有效的降低成本投入,实现有效的网络控制,减化了网络体系结构,增强了系统的开放性。

涂装控制系统的主干网络结构涂装生产线控制系统是由前处理控制系统、电泳控制系统、磷化控制系统、面漆控制系统等多个控制系统所组成,每个控制系统对应于相应的工艺过程。由于各个工艺所要控制的对象不同,如电泳控制系统对泵、阀等连续量的控制较多,而相反AVI系统对离散点的的控制较多,这就从一定程度上影响了从各个控制系统的布局、结构等。

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