1 引言
汽車總裝生產(chǎn)線是整個汽車生產(chǎn)線的重要組成環(huán)節(jié),，其運(yùn)行狀況直接影響到汽車廠生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量,。為此,，本項目設(shè)計基于step7的plc控制系統(tǒng),，項目軟件平臺由西門子wincc6.2實(shí)現(xiàn)汽車總裝線監(jiān)控系統(tǒng)以及相關(guān)報警系統(tǒng)。
西門子公司的wincc組態(tài)軟件具有監(jiān)控生產(chǎn)過程的強(qiáng)大功能,，是基于個人計算機(jī)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng),。它可以對現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視控制,，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備運(yùn)行,、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各種功能,。wincc具有廣泛的應(yīng)用和較強(qiáng)的兼容性，能提供成熟可靠的操作和高效的組態(tài)功能,，同時具有靈活的配置能力,。
2 系統(tǒng)整體設(shè)計
華晨金杯a1車總裝車間監(jiān)控系統(tǒng)由中控室和現(xiàn)場7個plc控制站組成。整個控制系統(tǒng)采用“集中監(jiān)視,、分散控制”的模式,，依據(jù)這一原則，將整個系統(tǒng)分為三個層次,，即監(jiān)控層,、控制層和設(shè)備層。每個層次中使用不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及軟硬件配置,，以實(shí)現(xiàn)各自不同的功能,。系統(tǒng)組成形式如圖1所示。
圖1 a1車總裝車間監(jiān)控系統(tǒng)整體組成
2.1 監(jiān)控層主要功能
中控室采用計算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)通過以太網(wǎng)(ethernet)對車間內(nèi)各個受控設(shè)備的運(yùn)行信息(指能夠通過以太網(wǎng)向計算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù))進(jìn)行實(shí)時采集和集中監(jiān)控,。中控室設(shè)置數(shù)據(jù)采集服務(wù)器一臺(工程師站),，作為scada服務(wù)器(監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)以windows 2003 server為操作平臺，運(yùn)行控制軟件(step 7)完成生產(chǎn)線各控制軟件編制及上下載,、故障診斷,，運(yùn)行組態(tài)監(jiān)控軟件(wincc6.2)，完成設(shè)備控制信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集工作,，經(jīng)過程序處理,，生成各種文件，顯示各生產(chǎn)區(qū)域的動態(tài)畫面及圖形,，對該區(qū)域的生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài),、生產(chǎn)狀況、物流狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)模擬,、實(shí)時監(jiān)控,，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時反映生產(chǎn)環(huán)節(jié)中各部接口和設(shè)備的情況。
監(jiān)視計算機(jī)2臺(操作員站),，看板系統(tǒng)控制計算機(jī)1臺,，從scada服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息，建立顯示界面并對設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視,，并能自動記錄工藝參數(shù),、打印故障報表。中控室及plc網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)交換機(jī)(switch)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接,，以太網(wǎng)交換機(jī)(switch)之間的聯(lián)接采用光纜,。
2.2 控制層主要功能
控制層采用plc及profibus現(xiàn)場總線接受現(xiàn)場發(fā)來的數(shù)據(jù)信息,，經(jīng)過cpu運(yùn)算與處理后，發(fā)出相應(yīng)的指令(輸出信號)對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制,。同時,，各個主要單臺設(shè)備的控制系統(tǒng)具備以下功能：
(1) 能夠?qū)崿F(xiàn)對該設(shè)備本身的獨(dú)立控制，并滿足工藝要求,；
(2) 凡是需要在中控室內(nèi)集中監(jiān)視的數(shù)據(jù)(如運(yùn)行狀況,、故障信息等)，各個單臺設(shè)備的控制系統(tǒng)均能夠獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)時采集,；
(3) 必須具有中控室計算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)所需的網(wǎng)絡(luò)接口(以太網(wǎng))。
2.3 設(shè)備層主要功能
設(shè)備層主要包括現(xiàn)場操作站,、現(xiàn)場傳感器(接近開關(guān),、光電開關(guān)等)、現(xiàn)場其它輸入設(shè)備(如控制按鈕等),、顯示設(shè)備(如指示燈等)等,，直接或通過現(xiàn)場總線與控制層中的plc相聯(lián)系，將輸入信號發(fā)送給plc,，將plc輸出指令發(fā)送到現(xiàn)場設(shè)備,。
在生產(chǎn)線上需要人工參與或手動控制的環(huán)節(jié)設(shè)置，原則上在現(xiàn)場相關(guān)區(qū)域和主要專機(jī)及單線(體)設(shè)備旁均應(yīng)設(shè)置本地操作站,，如生產(chǎn)線上的升降機(jī),、移行機(jī)、轉(zhuǎn)臺,、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)等等,。
由于同為西門子產(chǎn)品，wincc和s7- 300 plc下位機(jī)之間可實(shí)現(xiàn)無縫,、高可靠性的通訊連接,，最大限度地滿足了總裝車間實(shí)時監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的需要。
3 汽車總裝線plc控制程序設(shè)計
汽車總裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)比較復(fù)雜,，因此將整個總裝線分為7條分線來分別控制,，即：bdc存儲線、內(nèi)飾線,、門線,、底盤線、發(fā)動機(jī)線,、儀表線,、終裝終檢線。各線的plc程序可獨(dú)立運(yùn)行互相之間有聯(lián)鎖信號,。
采用西門子step7作為編程工具,，為了滿足上位機(jī)wincc監(jiān)控系統(tǒng)的需要和報表系統(tǒng)的設(shè)計要求,，在開發(fā)plc控制程序的同時，設(shè)計了相關(guān)的動態(tài)數(shù)據(jù)文件,，既為上位機(jī)監(jiān)視和控制提供相應(yīng)的變量和數(shù)據(jù),，也為報表系統(tǒng)提供了相關(guān)原始數(shù)據(jù)[2]。
4 wincc監(jiān)控程序開發(fā)
4.1 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能
根據(jù)整個總裝車間的工藝流程,、工藝參數(shù)和監(jiān)控要求,，設(shè)計開發(fā)了上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并將畫面分為主畫面,、bdc車身存儲區(qū),、內(nèi)飾裝配線、車門線,、底盤線,、發(fā)動機(jī)前橋裝配線、儀表板裝配線和終裝終檢線,。在監(jiān)控系統(tǒng)主畫面上可以顯示整個車間宏觀運(yùn)行情況,，通過屏幕下方的切換按鍵可以隨時切換到其他分線的監(jiān)控畫面中。
除用于存儲區(qū)和裝配線的運(yùn)行狀態(tài)顯示,、故障顯示,、設(shè)定外，還能夠?qū)Υ鎯^(qū)和裝配區(qū)的內(nèi)飾線,、車門線,、底盤線、終裝終檢線進(jìn)行運(yùn)行控制,，包括全線的啟動停止,、單線的啟動停止、存儲區(qū)的放車程序選擇,、手動選擇放車,、運(yùn)行速度的調(diào)整等。
另外,，系統(tǒng)還包括完善的報警和報表系統(tǒng),，能對生產(chǎn)線的故障進(jìn)行統(tǒng)計、保存和打印,。
監(jiān)控系統(tǒng)主畫面如圖2所示,。
圖2 a1車總裝車間監(jiān)控系統(tǒng)主畫面
4.2 監(jiān)控系統(tǒng)畫面組態(tài)
上位機(jī)(工程師站)安裝wincc開發(fā)版，操作員站安裝運(yùn)行版,。它提供適用于工業(yè)應(yīng)用的圖形顯示,、消息、歸檔以及報表等功能模板，能方便的生成全圖形化人機(jī)界面,。上位機(jī)同時裝有step7編程軟件,，采用以太網(wǎng)方式與現(xiàn)場plc連接，可以實(shí)現(xiàn)在中控室內(nèi)監(jiān)視和修改plc程序,。
在組態(tài)畫面之前,，首先要建立wincc與step7的動態(tài)連接。wincc與 plc之間的通信主要依靠s7協(xié)議中的simatic s7 protocol suite協(xié)議通道來實(shí)現(xiàn),。通過設(shè)置以太網(wǎng)地址,、機(jī)架號、槽號等建立上位機(jī)與各分線plc的連接,。
在連接建立好以后,，要通過建立變量標(biāo)簽、繪制組態(tài)畫面,、元件屬性的變量連接和調(diào)試等步驟實(shí)現(xiàn)wincc對現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控,。
(1)建立變量標(biāo)簽：在plc與wincc通信握手建立之后，要在wincc中對plc程序中的變量建立相應(yīng)的標(biāo)簽,。應(yīng)當(dāng)注意的是wincc中選擇的plc變量必須與plc程序中的變量地址一一對應(yīng)。
(2)繪制組態(tài)畫面：在wincc圖形編輯器畫面中,，根據(jù)總裝車間的設(shè)備布置和監(jiān)控要求,，利用wincc繪圖工具或兼容繪圖軟件設(shè)計完成所有能實(shí)時反映現(xiàn)場狀態(tài)的監(jiān)控畫面以及其他操作畫面。繪制時,，應(yīng)盡量使畫面和元件的位置與現(xiàn)場保持一致,，并要充分兼顧將來用戶的操作習(xí)慣，務(wù)必使畫面簡單,、友好和易于操作,。
(3)元件的動態(tài)連接：要動態(tài)的反映現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，就要對所繪制的元件的顏色,、樣式,、閃爍、幾何等屬性進(jìn)行變量連接,。當(dāng)變量發(fā)生改變時,，元件的屬性發(fā)生相應(yīng)改變，從而實(shí)現(xiàn)對被監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控,，并能直觀顯示,。在調(diào)試時應(yīng)注意要是繪制元件的動作時間周期與實(shí)際元件的動作時間周期保持一致。圖3為底盤線維修升降機(jī)監(jiān)控畫面,。
圖3 底盤線維修升降機(jī)監(jiān)控畫面
4.3 報警系統(tǒng)組態(tài)
在工業(yè)生產(chǎn)中,，安全無疑是最重要的，應(yīng)該采取任何措施減少故障的發(fā)生。故障發(fā)生時應(yīng)當(dāng)及時通知操作人員,，因此報警消息系統(tǒng)對于整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著重要意義,，它是人機(jī)界面應(yīng)用系統(tǒng)中的重要組成部分。
(1) 組態(tài)報警畫面：利用wincc提供的wincc alarm control報警控件可以完成對各種報警的觸發(fā)條件,、顯示顏色和描述的配置,，并能實(shí)現(xiàn)實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)的顯示、確認(rèn),。歷史紀(jì)錄可以設(shè)為短期和長期兩種,，采用先入先出的方式進(jìn)行實(shí)時刷新。通過修改相關(guān)設(shè)置,，可以對報警信息進(jìn)行存儲,，存儲周期可以按照客戶要求來設(shè)定，而且可以根據(jù)輸入的時間段來抽取報警信息并通過報表形式打印出來,。因此,，該數(shù)據(jù)庫是各種數(shù)據(jù)報表統(tǒng)計的來源。圖4為短期報警消息窗口,。
圖4 短期報警消息窗口
(2) 報表系統(tǒng)的設(shè)計實(shí)現(xiàn)：wincc報表系統(tǒng)功能比較強(qiáng)大,，并提供user archives (用戶歸檔)可選功能。它的作用是以用戶自定義的結(jié)構(gòu)將wincc中的數(shù)據(jù)保存在內(nèi)置的wincc數(shù)據(jù)庫中,。這些數(shù)據(jù)可通過表格的方式由active x控件顯示,。因此，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計了各種報表表格結(jié)構(gòu),。利用報表系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)線的開動時間,、停機(jī)時間、故障時間進(jìn)行統(tǒng)計,，對設(shè)備故障的發(fā)生時間,、部位、原因和故障停機(jī)時間進(jìn)行保存和打印,。
5 結(jié)束語
本系統(tǒng)操作簡潔,，易于修改工藝參數(shù)，并在華晨金杯a1車總裝車間經(jīng)調(diào)試運(yùn)行后,，自08年投入使用并無故障運(yùn)行至今,。因此，從現(xiàn)場使用情況來看以wincc為上位機(jī)組態(tài)軟件的hmi界面友好,、功能完善,，不僅完全滿足該廠的工藝要求，而且提高了自動化控制水平和生產(chǎn)效率,。