1、汽車制造業(yè)對控制系統(tǒng)的要求

汽車制造業(yè)是典型的多工種、多工藝、多物料的大規(guī)模生產(chǎn)過程。同時隨著汽車行業(yè)之間競爭的日益激烈，各生產(chǎn)廠家都普遍面臨著：提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)管理水平等種種壓力。對于汽車項目而言，無論是新建項目，還是現(xiàn)有設(shè)備的擴展和改造，在規(guī)劃和設(shè)計控制系統(tǒng)時都應(yīng)該有一個基本指導(dǎo)原則：采用最先進的自動化技術(shù)和產(chǎn)品， 從而最大程度減小系統(tǒng)集成和調(diào)試時間、降低投資成本，方便生產(chǎn)運行階段的維護與工藝調(diào)整。提高各工藝設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少故障停機時間保證計劃產(chǎn)量的實現(xiàn)。

對汽車工業(yè)的控制系統(tǒng)的要求也有別于其他行業(yè)的自動控制系統(tǒng)，因為汽車工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場相對較復(fù)雜。例如焊裝工藝，就代表著汽車工業(yè)控制現(xiàn)場的一些典型特點：

（1） 現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣。焊接的過程中充斥著焊渣和焊接飛濺，更換焊槍電極頭也有可能會有水流的噴射，這些對設(shè)備的防護等級提出了更高的要求。

（2） 強電磁干擾。焊接設(shè)備在焊接過程中的電磁干擾發(fā)射不僅會對電網(wǎng)造成污染，對連接 在同一電網(wǎng)中的用電設(shè)備造成影響和損壞，對設(shè)備品質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)通信和信號傳輸都是重大的考驗。

（3） 現(xiàn)場I/O數(shù)量眾多且非常分散。每個工位夾具上都有相當(dāng)多的電磁閥需要驅(qū)動，眾多的夾爪汽缸上的夾緊和松開到位的信號需要收集。這些信號相對很分散，采集點都處在夾具的不同部位。

（4） 網(wǎng)絡(luò)從站數(shù)量多。在汽車項目規(guī)劃中，一般會使用現(xiàn)場總線技術(shù)，也通常會使用IP67防護等級的一體化模塊，因為一個一體化模塊就是一個節(jié)點，所以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量一般都較多。例如一條主焊線，往往都有上百個節(jié)點，如果使用機器人焊接，機器人還要占用相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點資源。

汽車工業(yè)對控制系統(tǒng)提出了很高的要求，所以在規(guī)劃和設(shè)計生產(chǎn)線自控系統(tǒng)時我們必須考慮周全。要選擇最適合工藝布局和現(xiàn)場環(huán)境的現(xiàn)場總線協(xié)議，我們必須要保證：

·眾多的I/O從站能夠經(jīng)濟合理的分布。

·所有的站點能進行方便的調(diào)試和直接簡單的網(wǎng)絡(luò)管理。

·大量的控制信號能夠?qū)崟r穩(wěn)定的傳輸。

·現(xiàn)場的各種故障能夠及時診斷和定位。

·與其他系統(tǒng)的兼容性和技術(shù)升級的可操作性。

2、Interbus總線綜述

Interbus總線是世界上最早的現(xiàn)場總線，早在1984就由德國phoenix Contact公司研發(fā)，1987年正式在漢諾威博覽會上展出。由于該總線的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，已經(jīng)先后成為德國DIN19258標(biāo)準(zhǔn)，EN50254歐洲標(biāo)準(zhǔn)和IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)。Interbus的各種性能參數(shù)非常貼近汽車生產(chǎn)實際的需要，是最早進入汽車工業(yè)的現(xiàn)場總線，現(xiàn)在也是世界汽車行業(yè)最受歡迎的現(xiàn)場總線，其傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域就是汽車工業(yè)。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，Interbus作為自動化控制的解決方案正越來越多的應(yīng)用到其他領(lǐng)域，例如物流、造紙、印刷、食品和飲料、樓宇自動化、木材加工、裝配和機器人應(yīng)用、機械工程、工廠自動化、以及過程控制。應(yīng)用的工程數(shù)量達到78萬多個，應(yīng)用節(jié)點數(shù)量居全球第二。

Interbus可以這樣迅速的發(fā)展，是因為這個總線協(xié)議確實有它自己的特點。Interbus總線傳輸距離最長達到12.8公里（雙絞線），兩個從站間距就可以達到400米（雙絞線），單主站最多可連接255個從站，恒定的傳輸速率500Kbps時，掃描4096個I/O點的時間為7.8毫秒?？偩€采用獨特的環(huán)型組網(wǎng)形式和傳輸協(xié)議，它具備其他總線所沒有的準(zhǔn)確的故障定位、詳實的故障信息。三種傳輸媒介在從站間可以混合使用，有效數(shù)據(jù)傳輸效率高達52% 。 即插即用、無須設(shè)定地址、無須終端電阻。這里很多特性都是Interbus所獨有的，這些特性在很多工藝場合可以體現(xiàn)出它獨有的優(yōu)勢，也正是因為這樣，Interbus總線協(xié)議才能成為世界汽車行業(yè)最受歡迎的現(xiàn)場總線。

3、Interbus總線給汽車工業(yè)帶來了什么

Interbus總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常的靈活，可以任意的接分支，分支上面還可以再接若干分支，一直可以拓?fù)?6層，這樣使設(shè)計和施工都變得非常的靈活。汽車工業(yè)中很多工藝都會用到懸鏈，滾床，利用這種靈活的分支技術(shù)，一段懸鏈、一路滾床，或者一個夾具工位都可以做成一個網(wǎng)絡(luò)分支，這樣就避免了一根總線繞到底的情況，既提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，又節(jié)省了總線電纜。還可以從邏輯上對每個分支進行單獨控制。較長的傳輸距離和靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也使用戶在進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時非常的寬松，靈活，方便。使用其他總線協(xié)議往往在距離、站數(shù)、站點分布這方面會有一些技術(shù)束縛，Interbus可以讓用戶解脫出來。

圖1

Interbus的調(diào)試和網(wǎng)絡(luò)管理非常的方便。每一個總線設(shè)備，都有一個識別寄存器，在總線啟動的第一個周期，主站就可以讀取存儲在所有連接在總線網(wǎng)絡(luò)上的識別寄存器數(shù)據(jù)，從而識別每一個總線設(shè)備。所以這里就不需要硬件設(shè)址，在硬件安裝好后，用組態(tài)軟件讀取識別寄存器數(shù)據(jù)，就可以把硬件組態(tài)讀上來。在網(wǎng)絡(luò)調(diào)試時可以任意的關(guān)斷某個網(wǎng)絡(luò)分支或者站點。這樣，根據(jù)工藝段的不同，把現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進行分支分段管理非常的方便，比如我們把一個夾具工位做成一個分支，這樣就可以分開調(diào)試，分開管理，即使某個工位有網(wǎng)絡(luò)故障也不影響其他工位的調(diào)試或者生產(chǎn)。也可以把每個工位的幾臺焊接機器人作為一個Interbus總線分支進行管理，把機器人和夾具的控制系統(tǒng)分開管理。這樣，對現(xiàn)場的調(diào)試以及后期設(shè)備維護和升級都是非常有幫助的。

下面我們來看看神龍汽車在采用Interbus總線之后，網(wǎng)絡(luò)分支管理在現(xiàn)場輸送設(shè)備上的一個應(yīng)用實例。系統(tǒng)的控制功能和工藝流程這里不多說，我們主要來看看在采用Interbus總線協(xié)議之后，為了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)管理和方便后期設(shè)備維修，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)是如何規(guī)劃。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下所示：

圖2

圖中：

MASTER——主站，PLC或是INTERBUS控制卡。

BK——INTERBUS耦合器，即一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，也叫從站。

RB——擴展在耦合器后面的分支模塊。本例中擴展了10塊。

MD——馬達啟動器。

現(xiàn)場一共有十個滾床輸送段，做成2層網(wǎng)絡(luò)，第2層網(wǎng)絡(luò)有10個分支。設(shè)計者在主控柜中的第一個從站的耦合器（BK）之后就擴展了10個分支模塊（RB），每個RB后面再通過INTERBUS總線連接“BK”或馬達啟動器，上例中每個滾床配置一臺馬達啟動器用來驅(qū)動滾床電機，所有驅(qū)動控制信號通過INTERBUS總線傳輸，MD上帶有數(shù)字量輸入接口，現(xiàn)場的傳感器通過MD傳到PLC。用來驅(qū)動各自工藝段的電機和收集輸入信號。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常清楚，每段分支，每個設(shè)備都可以單獨的關(guān)斷單獨調(diào)試。這樣的結(jié)構(gòu)，對設(shè)備的調(diào)試和管理而言，無疑是最方便的。

圖3 （從站1）主控柜

總線采用的差分傳輸技術(shù)，對干擾信號具有很強的免疫力，再加上Interbus總線使用“面向?qū)ο蟆钡臄?shù)據(jù)傳輸形式，采用串行移位的方式，進行CRC冗余校驗，以集總幀的傳輸形式大大降低傳輸出錯的可能性，最大程度上提高了傳輸?shù)男?，使信號的傳輸非常的可靠和穩(wěn)定。與其他協(xié)議相比，Interbus協(xié)議尤其適用于存在著強電磁干擾的環(huán)境，而汽車工業(yè)的焊裝車間正是一個這樣的現(xiàn)場。當(dāng)然，其他的工藝段也同樣要求信號傳輸?shù)目煽?，同樣需要穩(wěn)定的總線協(xié)議。

在汽車工業(yè)中，控制點相對較多，自動化程度高，現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，線路也較復(fù)雜，和其他行業(yè)的生產(chǎn)控制相比，故障率相對偏高。這樣，對于維護人員和設(shè)備的診斷功能都提出了較高的要求。準(zhǔn)確的故障定位和詳實故障信息是Interbus總線所具有的非常重要的一個特點。它獨特的環(huán)形傳輸協(xié)議與強大的自診斷功能決定了這一特點。這是其他樹形總線所不能做到的，不需要任何處理，控制卡自帶的LCD顯示屏就可以直接顯示出故障的類型、位置、和代碼，根據(jù)故障代碼可以在診斷手冊上查到故障產(chǎn)生的原因和處理的方法。這樣對網(wǎng)絡(luò)上的斷路、短路、過壓、電磁干擾等等都可以準(zhǔn)確的定位診斷，再配以IBS Diag+這款通用型的總線診斷軟件，可以對網(wǎng)絡(luò)中的任何設(shè)備進行診斷，包括總線的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量都可以量化出來。

隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，Interbus與Profibus兩大國際組織一起研發(fā)的Profinet可能是未來工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的趨勢，Interbus協(xié)議對于Profinet也是全透明的，Interbus升級到Profinet系統(tǒng)，除增加一個硬件網(wǎng)關(guān)外，不需要作任何的改動。所以，從系統(tǒng)的兼容性和技術(shù)升級方面來講，Interbus沒有任何的技術(shù)門檻。

4、結(jié)束語

從Interbus總線協(xié)議誕生至今，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用節(jié)點數(shù)量已經(jīng)超過800萬個，尤其在汽車行業(yè)，是很多行業(yè)巨頭選擇的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，如大眾、寶馬、戴姆勒?？巳R斯勒、保時捷等等。同時在國內(nèi)的一汽、二汽、上汽、長安等幾個集團中也有相當(dāng)多的工廠采用Interbus現(xiàn)場總線進行生產(chǎn)控制，Interbus在國內(nèi)有著越來越多的用戶?？梢奍nterbus在汽車工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的影響是非常深遠(yuǎn)的，Interbus現(xiàn)場總線服務(wù)于汽車行業(yè)，同時也見證了世界汽車工業(yè)的發(fā)展和成長，可以說，Interbus是汽車工業(yè)的忠實伙伴。

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