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摘 要: 本文介紹了發(fā)動機裝配線的自動控制系統(tǒng)，簡述了分布式I/0在控制系統(tǒng)中的發(fā)揮的作用，并利用PB-B-RS232485總線橋模塊完成串口協(xié)議與PROFIBUS協(xié)議的轉換完成掃碼以及系統(tǒng)的網絡配置和硬件組成。
關鍵詞:發(fā)動機裝配線 分布式I/O profibus-dp網絡，RS232/485總線橋
1．項目簡介
EA111發(fā)動機裝配線是北京機械工業(yè)自動化研究所和德國CPT公司合作設計、制作、安裝、調試的一條發(fā)動機裝配線（發(fā)動機裝配線局部圖見圖1、圖2、圖3），這條發(fā)動機裝配線技術先進、自動化程度高，柔性大，混裝當前市場最為先進的1.4TSI、1.6MPI發(fā)動機，裝配工藝達到世界先進水平。我們承接該項目后，在充分了解設備工藝的控制過程，廠方的習慣及特殊要求后，精心設計了包括S7-300，TP/OP系列觸摸屏及ET200分布式I/O等組成的控制系統(tǒng)。經安裝調試，該裝配線已正常運行1年多，并為用戶創(chuàng)造了重大效益。
2．系統(tǒng)構成
線體的控制系統(tǒng)以可編程邏輯控制器PLC為核心，該項目中選用西門子319-3PN/DP為主控PLC。主控PLC通過Profibus-dp通訊方式與西門子分布式I/O ET200PRO來完成驅動系統(tǒng)的控制，工位控制，轉臺（或升降臺）的控制。通過以太網通訊與服務器完成數(shù)據傳輸。線體驅動電機供電由線體母排直接接入主控柜中，由主控PLC通過ET200PRO子站及中間繼電器控制各個驅動電機接觸器的通斷。工位控制的I/O信號（包括氣動停止器的電磁閥驅動輸出，工位托盤的占位信號，操作臺的放行按鈕信號和強制放行按鈕信號）均通過ET200PRO子站完成控制。當在每個工位積放的托盤數(shù)量有限制時（通常出于避免停止器過載的考慮），設滿料信號。必要時可能還會包括停止器的位置信號和托盤到位信號。這些信號就近接入至分布在線體的遠程I/O站，每個遠程I/O站通過Profibus總線與主站，即主控PLC相連。采用ET200PRO作為子站時，不建議設置過多的分站，否則增加成本且不便于安裝和維修維護，一般6至8米設立一個站即可。(,系統(tǒng)硬件配置圖見 圖4)
3．控制系統(tǒng)形式的確定
汽車發(fā)動機裝配線是一個對發(fā)動機順序裝配的流水線工藝過程，由于工藝的繁瑣性，裝配線在整個生產過程中較為關鍵。對于控制系統(tǒng)而言，一條發(fā)動機裝配線上往往配置有幾十到上百個工位，每個工位都有停止器、傳感器、開關、指示燈及可能的數(shù)據信號（如RS232串行通信信號、A/D模擬量信號等）需要控制，,在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中都是由主控PLC拉出電纜線,安裝接插板(如賓德、圖爾克)實現(xiàn)對上述要求的控制，這樣作的弊端在于一方面對主控PLC的依賴性太強，另一方面系統(tǒng)信號電纜過多，造成維護困難，可能的故障點增加，可靠性降低，資源浪費。而采用分布式I/ O 系統(tǒng)通過網絡連接,采用PROFIBUS - DP 現(xiàn)場總線協(xié)議通信�？梢苑奖愕膶崿F(xiàn)就近配線、就近控制、就近診斷，從而使得系統(tǒng)的可靠性、可維護性大大提高，特別是在需要的地方采用可編程分布式I/ O 耦合器，一些簡單的邏輯控制和數(shù)據處理可就地解決，從而大大降低網絡傳輸?shù)臄?shù)據量，降低主控PLC的負擔，使整個系統(tǒng)控制更加簡潔有效。但隨之而來的問題是協(xié)議的轉換問題，為適應市場的需要，現(xiàn)在的發(fā)動機裝配線大多數(shù)均為為柔性裝配線，因而需要有相應的信息識別系統(tǒng)，例如掃描槍、隨機信息載體等以便發(fā)動機裝配完成后對所有零部件裝配信息的追溯，因此我們采用國際上比較先進的在發(fā)動機托盤上安裝無線射頻記錄標簽的方式來記錄所有的信息，這樣就需要將各種零件的信息通過PLC寫入到無線射頻標簽中，發(fā)動機的零部件通常具有燒蝕的2維矩陣碼，這樣我們可以通過使用掃描槍掃描2維矩陣碼的方式來獲得零部件的信息，然后通過鼎實公司的PB-B-RS232485總線橋模塊完成串口協(xié)議與PROFIBUS協(xié)議的轉換。
本項目配置有西門子MOBY－I信息識別系統(tǒng)，該信息識別系統(tǒng)防護等級為IP65，選擇ET200PRO分布式I/O作為線體遠程I/O站。ET200PRO分布式I/O子站由輸入模塊、輸出模塊搭接而成，可根據實際現(xiàn)場需要進行擴展。ET200PRO安裝方便，配置簡單，只需要在基本模塊上接入電源及網線即可，在現(xiàn)場中可直接掛接在西門子520MM的安裝板上，通過Profibus與主站CPU進行通訊（現(xiàn)場I/O子站照片見圖5）。同時西門子MOBY-I系統(tǒng)的RF170C系列也可直接掛接在ET200PRO后面，這樣，既完成了系統(tǒng)信息處理，也完成了I/O點的訪問。
在項目中所有零部件的掃碼結果均由PB-B-RS232485總線橋模塊將串口協(xié)議轉換成PROFIBUS協(xié)議，并由PLC通過PROFIBUS總線與PB-B-RS232485總線橋連接，讀取掃描結果，這樣做的好處在于模塊的安裝方便，不受PLC電控柜的限制，縮短了串口電纜線的距離，降低了故障率。以往掃描槍的信息與PLC的信息交換總是很繁瑣的一件事情，一般都需要將串口線連接到PLC電控柜內，然后通過西門子的RS232串口模塊讀取掃描槍中的信息，但是由于發(fā)動機零部件復雜繁多，需要掃描的部件也紛繁多樣，這樣就造成往往掃碼工位遍布整條發(fā)動機裝配線，有些工位距離主控PLC電控柜很遠，但是串口電纜線距離太遠傳輸穩(wěn)定性不高，這就使工程師想到了通過協(xié)議轉換的方式完成數(shù)據傳輸，PB-B-RS232485總線橋連接簡單方便，接入24V電源，DP電纜線以及掃描槍電纜線即可(如圖6、圖7)。PB-B-RS232485總線橋并不需要像西門子RS232 串口模塊那樣安裝驅動程序，配置完硬件后，調用FB2讀取串口數(shù)據，FB3寫入串口數(shù)據，只需要在硬件配置完后設置接受字節(jié)數(shù)，并將控制字第6位置1即可完成連續(xù)接受，配置簡單，調試方便。
4結束語
現(xiàn)場總線技術的研究與應用, 有效拓展了PLC 的應用空間,基于PROFIBUS的分布式IO系統(tǒng)以及協(xié)議轉換的控制理念具有一定的代表性。本控制系統(tǒng)現(xiàn)已在用戶進行安裝調試后正常運行1年左右，實踐表明， 該系統(tǒng)的這種控制思想是實用的、可靠的，運行平穩(wěn), 故障率極低, 網絡通訊順暢；PB-B-RS232485總線橋配置的靈活性、高效的傳輸特性、軟硬件的穩(wěn)定性以及基于PROFIBUS 通信協(xié)議的特點必定使其具有廣闊的應用前景。
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