該焊接車間主要生產(chǎn)桑塔納2000型轎車的車身。車間進(jìn)料為沖壓車間的各種沖壓零件，經(jīng)過焊接生產(chǎn)流水線，先把這些各種零件焊接拼裝各種車身部件，如汽車前圍、后圍、前底板等部件，再經(jīng)過總拼把這些部件拼焊成整體車身，最后經(jīng)過補(bǔ)焊、打磨形成最終的白車身，輸出到油漆車間噴漆。該焊接車間按照沖壓零件－部件－總拼的焊接加工過程，建立了六條生產(chǎn)流水線，分別為前圍線、后圍線、前底板線、底板線、總拼線和補(bǔ)焊線。這六條生產(chǎn)流水線按照生產(chǎn)工藝相互剛性連接。在這些生產(chǎn)流水線上的各個(gè)工位主要配備的是焊接機(jī)械手、焊接機(jī)械人、多點(diǎn)焊機(jī)、拉桿傳輸和空中輸送車等自動(dòng)化設(shè)備組成。由44臺(tái)西門子公司的PLC分別控制這些生產(chǎn)流水線上的各種加工設(shè)備，使其相互協(xié)調(diào)地、連續(xù)地、自動(dòng)地運(yùn)行，使車間達(dá)到每56秒鐘生產(chǎn)一部白車身的的生產(chǎn)節(jié)拍的能力。
A.該車間生產(chǎn)流水線投入運(yùn)行時(shí)，存在兩個(gè)主要的問題：
1.當(dāng)設(shè)備上某處出現(xiàn)故障時(shí)，由于不能很快地排除，經(jīng)常造成整條生產(chǎn)線停機(jī)，或者整個(gè)車間停產(chǎn)，嚴(yán)重影響車間產(chǎn)量和生產(chǎn)節(jié)拍。
2.會(huì)發(fā)生某些焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，不能保證白車身質(zhì)量。
B.經(jīng)過調(diào)查研究和具體分析，發(fā)生上述問題的主要原因是：
1.生產(chǎn)線上設(shè)備比較多，設(shè)備比較復(fù)雜，生產(chǎn)線之間又是剛性連接，如果某一部位發(fā)生機(jī)械、液壓或電氣故障會(huì)造成某條生產(chǎn)線停機(jī)，維修人員要經(jīng)過一定時(shí)間的分析查找過程，才能找到故障點(diǎn)，才能排除故障。在故障的分析查找和排除的時(shí)間內(nèi)，由于生產(chǎn)線之間無緩沖，前面的生產(chǎn)線立即停機(jī)，后面生產(chǎn)線造成空工位，這個(gè)時(shí)間過長(zhǎng)，還會(huì)造成后面生產(chǎn)線停機(jī)。而故障的分析查找和排除的時(shí)間中占主要的是分析查找時(shí)間。
2.該車間共有兩千多把電焊槍在同時(shí)工作，容易造成供電壓波動(dòng)。如果一部分電焊槍正趕在電壓低谷通電焊接，容易發(fā)生該焊點(diǎn)焊接不實(shí)，質(zhì)量不好。
所以，為了快速分析查找故障和保證正常電壓通電焊接，解決上述兩個(gè)問題，我們?yōu)檐囬g建立這套設(shè)備故障自動(dòng)診斷及焊機(jī)群控系統(tǒng)。
二. 系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)
1.設(shè)備層
全車間六條生產(chǎn)線上共有PLC 44 臺(tái)，由 S5-115U、S5-135U和S5-55U構(gòu)成。這些PLC可向系統(tǒng)提供分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和分析出發(fā)生的故障點(diǎn)的相關(guān)信息。但這些PLC是分散的，診斷能力。所以，我們的系統(tǒng)在車間建立了兩段現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線Profibus 網(wǎng)，分別把這些PLC連接起來。使系統(tǒng)能夠通過現(xiàn)場(chǎng)PLC采集和匯總生產(chǎn)線上設(shè)備狀態(tài)信息，自動(dòng)分析診斷故障。設(shè)備并網(wǎng)的具體做法是，每臺(tái)PLC 上都插入Profibus網(wǎng)卡CP5431，并連接在其中一段現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線上。（參見附圖）
2.現(xiàn)場(chǎng)工程師站
現(xiàn)場(chǎng)工程師站設(shè)置在車間現(xiàn)場(chǎng)，是由六臺(tái)工控機(jī)組成，分別對(duì)應(yīng)著車間現(xiàn)場(chǎng)六條生產(chǎn)線。這六臺(tái)工控機(jī)上都分別插有 Profibus 網(wǎng)卡CP5412，并通過該卡連接在 Profibus 的網(wǎng)上。通過現(xiàn)場(chǎng)工程師站可以監(jiān)控對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)流水線。（參見附圖） 3.信息交換中心
信息交換中心是由一臺(tái) S5-155U 構(gòu)成，也稱為系統(tǒng)的主PLC。一方面通過車間現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線 Profibus 網(wǎng)，連接生產(chǎn)線上 44臺(tái) PLC，采集匯總分析生產(chǎn)線上設(shè)備的故障信息；另一方面通過工業(yè)以太網(wǎng) H1 與系統(tǒng)的管理層連接，把分析診斷結(jié)果送到辦公室計(jì)算機(jī)上，同時(shí)又通過車間現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線 Profibus 網(wǎng)把其分析診斷結(jié)果送回現(xiàn)場(chǎng)工程師站。（參見附圖）
4.管理層
系統(tǒng)的管理包括車間主任辦公室和維修辦公室的計(jì)算機(jī)，通過工業(yè)以太網(wǎng)H1信息交換中心連接，使管理層可以實(shí)時(shí)地從信息交換中心獲得目前分析結(jié)果，并對(duì)此分類歸檔，形成各種報(bào)表。（參見附圖）
5.焊機(jī)群控裝置
設(shè)置一臺(tái)高靈敏的電壓監(jiān)測(cè)儀， 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車間電焊機(jī)工作時(shí)供電電壓的變化，并把結(jié)果送入信息交換中心，通過S5－155U的中斷程序處理焊機(jī)群控信息，經(jīng)過Prifibus-DP方式，把控制信號(hào)高速地傳送到生產(chǎn)線上 的PLC，使相應(yīng)焊機(jī)的通電動(dòng)作得以控制。
6.系統(tǒng)配置的軟件
Coros LSB/Win是系統(tǒng)主要的軟件，主要運(yùn)行在管理層和現(xiàn)場(chǎng)工程師站的計(jì)算機(jī)上，是系統(tǒng)主要開發(fā)平臺(tái)。COM5431 和COM143系統(tǒng)軟件是為了管理現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線 Profibus 和工業(yè)以太網(wǎng) H1。
三. 系統(tǒng)的主要目的
1.采集全車間六條生產(chǎn)線上的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息
由于 Profibus 網(wǎng)連接著現(xiàn)場(chǎng)PLC，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)并分辨當(dāng)前各生產(chǎn)設(shè)備所處的正常運(yùn)行、停機(jī)、故障等各種狀態(tài)，并在相應(yīng)工控機(jī)的相應(yīng)畫面上，通過以不同的符號(hào)、圖形和顏色變化等形式顯示出來。
2.實(shí)時(shí)分析發(fā)生在各生產(chǎn)線上設(shè)備的故障狀態(tài)及具體部位
由于 Profibus 網(wǎng)絡(luò)采集各生產(chǎn)設(shè)備上的信息，匯總到主 PLC S5－155U上集中進(jìn)行分析綜合，系統(tǒng)可以判斷出故障類型和發(fā)生故障的所在生產(chǎn)線、工位、部位等位置信息，隨后把判斷結(jié)果送到相應(yīng)工機(jī)顯示出來，以提示維修人員。
4.進(jìn)行有關(guān)故障信息的分析與統(tǒng)計(jì)
系統(tǒng)的上位管理機(jī)和工控機(jī)在工業(yè)組態(tài)軟件 CorosLSB/Win 操作平臺(tái)下，可對(duì)從主 PLC 送來的故障信息，進(jìn)行分類歸檔處理，同時(shí)在設(shè)備維修手冊(cè)數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，找出故障發(fā)生的位置，故障發(fā)生的原因及排除故障的主要方法。然后該軟件把故障發(fā)生的時(shí)間、位置、原因及排除的情況記錄到設(shè)備檔案數(shù)據(jù)庫中，并形成各種報(bào)表。
5.對(duì)全車間由 PLC 控制的焊接變壓器的通電進(jìn)行群控
利用 Profibus DP的快速 I/O的特性，對(duì)全車間電焊機(jī)供電電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，按照電焊機(jī)群控原理，對(duì)由 PLC 控制的電焊機(jī)進(jìn)行排隊(duì)通電控制。 四. 系統(tǒng)工作基本原理
1.自動(dòng)故障診斷一般方法
焊接車間設(shè)備絕大部分是通過油缸和氣缸來完成工件的裝夾、上料、下料和輸送等動(dòng)作。初步統(tǒng)計(jì)該車間分布在各生產(chǎn)線上共 4 千個(gè)大大小小的油缸和氣缸，而設(shè)備故障主要發(fā)生油缸和氣缸的部件上，表現(xiàn)為這些缸不到位。下面分析一個(gè)油缸動(dòng)作情況，得出自動(dòng)故障診斷一般方法。設(shè)一個(gè)油缸向前運(yùn)動(dòng) Q＝1，油缸經(jīng)過一定的運(yùn)動(dòng)時(shí)間到達(dá)前端，則前端接近開關(guān) 得電 I_1＝1，后端接近開關(guān)失電 I_2＝0。我們系統(tǒng)中為這個(gè)油缸設(shè)置一個(gè)計(jì)時(shí)器T。當(dāng)油缸動(dòng)作 Q 信號(hào)發(fā)出，該計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，在設(shè)定的該油缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間T_set范圍內(nèi)，相應(yīng)到位接近開關(guān)得電，即系統(tǒng)認(rèn)為該油缸工作正常。如果在該油缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間T_set范圍內(nèi)，相應(yīng)到位接近開關(guān)未得電，則系統(tǒng)認(rèn)為該油缸發(fā)生故障 根據(jù)上述方法，系統(tǒng)對(duì)車間設(shè)備上每個(gè)油缸和氣缸，在該設(shè)備PLC控制器都分配計(jì)時(shí)器T，并設(shè)置相應(yīng)缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間T_set，以完成自動(dòng)故障診斷。
2.焊機(jī)群控的一般方法
該車間有四個(gè)供電變壓器向焊機(jī)供電，由于焊機(jī)是使用的單相電。車間焊機(jī)基本是均勻地分別掛在車間里 12 條單相電線路上。高靈敏的電壓監(jiān)測(cè)儀分別監(jiān)視著這 12 條單相電線路。當(dāng)監(jiān)測(cè)到其中一條線路電壓低于設(shè)定的值時(shí)，就向主PLC申請(qǐng)中斷。中斷程序首先檢查線路電壓低到什么程度，再分別處理：
●線路電壓在排隊(duì)工作范圍內(nèi)，中斷程序?qū)凑展に嚋?zhǔn)許的范圍，把掛在該線路的焊機(jī)排隊(duì)，通過現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線，控制設(shè)備上PLC，讓該線路上的焊機(jī)按先后順序通電焊接，使每個(gè)焊接都有足夠的電流工作。
●線路電壓在停機(jī)范圍內(nèi)，中斷程序通過現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線的廣播形式通知設(shè)備PLC，將掛在該線路的所有焊機(jī)停止工作，直到線路電壓恢復(fù)正常范圍內(nèi)。
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