摘要:面對快速發(fā)展的中國轎車(chē)工業(yè)，國內轎車(chē)制造設備工業(yè)的發(fā)展明顯不足，針對轎車(chē)涂裝流水線(xiàn)核心制造技術(shù)之一的高速旋杯自動(dòng)靜電噴涂機（ESTA）的技術(shù)明顯落后于國際同行水平。本文作者通過(guò)采用目前先進(jìn)的西門(mén)子SIMATIC有關(guān)計算機控制、網(wǎng)絡(luò )和信息處理技術(shù)，成功開(kāi)發(fā)了ESTA監控系統并在現場(chǎng)投入使用，投入少、工期短，性?xún)r(jià)比高。從2004年安裝在現場(chǎng)運行至今，系統穩定、可靠。同時(shí)廠(chǎng)家也擁有了自主知識產(chǎn)權。

　　關(guān)鍵字:  PLC      Profibus    WinCC       靜電噴涂   
　
　　一.高速旋杯自動(dòng)靜電噴涂機（ESTA）系統應用現狀

　　近十五年，中國汽車(chē)工業(yè)迅速發(fā)展，自1992年汽車(chē)產(chǎn)量突破一百萬(wàn)輛之后，一直保持著(zhù)較高的增長(cháng)速度，并重點(diǎn)發(fā)展轎車(chē)生產(chǎn)，大規模引進(jìn)國際先進(jìn)技術(shù)，興建了包括上海大眾在內的一批現代化轎車(chē)生產(chǎn)基地。2005年轎車(chē)產(chǎn)量達到295.8萬(wàn)輛。中國汽車(chē)工業(yè)中以涂裝技術(shù)為主的表面工程技術(shù)已接近或達到當前國際先進(jìn)水平。需特別指出的是，中涂和面漆的涂裝是車(chē)身涂裝中最為重要的環(huán)節，它將直接影響汽車(chē)的裝飾性、耐候性和外觀(guān)，其涂料品種和涂裝技術(shù)也是汽車(chē)涂裝工藝中發(fā)展最快的，歷來(lái)受汽車(chē)廠(chǎng)家的重視。中涂和面漆涂裝普遍采用高速旋杯自動(dòng)靜電噴涂機（ESTA），以提高漆膜外觀(guān)質(zhì)量和油漆利用率。自1994年上海大眾引進(jìn)第一條采用高速旋杯自動(dòng)靜電噴涂機生產(chǎn)線(xiàn)以來(lái)，目前一汽大眾、上海通用、東風(fēng)神龍、廣州本田、北京現代等公司都采用了高速旋杯自動(dòng)靜電噴涂機，據不完全統計，目前共有60多套高速旋杯自動(dòng)靜電噴涂機服役于汽車(chē)涂裝線(xiàn)。

　　目前國內轎車(chē)涂裝線(xiàn)高速旋杯式自動(dòng)靜電噴涂機成套設備技術(shù)主要由DUERR、ABB、SAMES、ESSENMANN、大氣社等國際知名設備提供商提供。從1994年國內從美國ABB引進(jìn)第一套高速旋杯式自動(dòng)靜電噴涂機使用至今也已12年，系統采用的是80年代末技術(shù)，特別是系統監控用硬件及軟件，隨著(zhù)電氣設備的老化，無(wú)論從使用壽命、維修費用、備件供應等方面都對使用廠(chǎng)家無(wú)疑是新的挑戰。今后一段時(shí)期內，國內較早引進(jìn)ESTA生產(chǎn)線(xiàn)的廠(chǎng)家都將面臨這些問(wèn)題。如采用全新投入，一方面投資費用高，另一方面更新改造周期長(cháng)，都是不能接受的。因此，我們采用西門(mén)子SIMATIC先進(jìn)的控制技術(shù),對靜電噴涂機的控制系統、網(wǎng)絡(luò )系統和人機界面監控系統進(jìn)行更新改造。這樣投入少、工期短，性?xún)r(jià)比高。

　　二.高速旋杯自動(dòng)靜電噴涂機控制系統原理與網(wǎng)絡(luò )結構

　　高速旋杯式自動(dòng)靜電噴涂機，其工作原理是將油漆通過(guò)在高速(最高每分鐘6萬(wàn)轉)下轉動(dòng)的旋杯，使其得到充分的霧化，并在高壓(直流10萬(wàn)伏)靜電場(chǎng)的作用下，使帶電荷的油漆微粒被均勻地吸附到工件表面，形成光亮、平滑牢固的漆面。高速旋杯式自動(dòng)靜電噴涂機主要包括：自動(dòng)噴涂設備中的核心部件高速旋杯霧化單元、高壓?jiǎn)卧?、換色單元、成形空氣單元、仿型運動(dòng)單元、流量單元、保護單元及其相應的自動(dòng)控制與管理單元。我們以西門(mén)子PLC為基礎的控制系統，根據靜電噴涂原理，有機地控制各個(gè)單元動(dòng)作，形成自動(dòng)的靜電噴涂工藝過(guò)程。

　　ESTA的網(wǎng)絡(luò )系統一般可分為2層，即設備控制層和監控管理層。以下兩種實(shí)現方案：

　　1、設備控制層--現場(chǎng)總線(xiàn)

　　設備控制層由主控制PLC（如西門(mén)子S5、S7系列）、操作控制臺、所有控制單元（如霧化、高壓、換色、成形空氣、仿型運動(dòng)、流量）及其現場(chǎng)執行器件、傳感器件（如電磁閥、氣動(dòng)單元、光電傳感器、流量計等）組成，并通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus使之組成有機的設備控制層。所有分布式I/O產(chǎn)品都按一定的控制范圍安裝于分布式I/O控制箱內，盡可能減少硬件布線(xiàn)及故障點(diǎn)，提高整個(gè)系統的穩定性，同時(shí)也方便了今后系統的維護。

　　2、監控管理層現--工業(yè)以太網(wǎng)

　　監控管理層采用工業(yè)以太網(wǎng)的方式實(shí)現，連接著(zhù)主控制PLC與上層HMI設備，編程設備以及相關(guān)設備。工業(yè)以太網(wǎng)卡在PLC上為CP1430接口模板, HMI設備上為CP1613接口模板。WinCC工業(yè)組態(tài)軟件通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與主控PLC交換數據。工業(yè)以太網(wǎng)在自動(dòng)化行業(yè)中的應用是工廠(chǎng)自動(dòng)化技術(shù)與IT技術(shù)、互連Internet技術(shù)結合的產(chǎn)物，成為未來(lái)可能的制造業(yè)電子商務(wù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )制造技術(shù)雛形。本方案中采用工業(yè)以太網(wǎng)充分考慮到了其具有的協(xié)議通用性、數據傳輸速率高等特點(diǎn)以及開(kāi)發(fā)應用程序周期短優(yōu)點(diǎn)。采用工業(yè)以太網(wǎng)方式實(shí)現的監控管理層主要由主控制PLC、HMI及其編程設備組成，通過(guò)TCP/IP方式實(shí)現與監控計算機進(jìn)行數據交換。同時(shí)可更方便地向上組成工廠(chǎng)生產(chǎn)控制系統（FIS），順應了當前汽車(chē)行業(yè)訂單制造的發(fā)展趨勢。

　　三.ESTA監控系統的自主開(kāi)發(fā)與應用

　　各家設備供應商為了各自的專(zhuān)利技術(shù)與技術(shù)保密，監控系統都采用各自開(kāi)發(fā)的人機界面軟件或SCADA系統。如早期的ABB直接用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)DOS環(huán)境下的界面軟件，DUERR的ECO RC2 (Keba)系統。本文作者通過(guò)現場(chǎng)使用，結合在轎車(chē)涂裝行業(yè)應用的特殊性，應用目前較流行的人機界面組態(tài)軟件自主開(kāi)發(fā)，如：InTouch、WinCC、組態(tài)王等，實(shí)現HMI監控功能。本次就采用了西門(mén)子WinCC工業(yè)組態(tài)軟件，根據我們對ESTA生產(chǎn)線(xiàn)的工藝和設備多年使用經(jīng)驗和理解，成功開(kāi)發(fā)了ESTA監控系統，并順利地投入在生產(chǎn)中使用，至今一直穩定運行。同時(shí)通過(guò)項目開(kāi)發(fā)，我們廠(chǎng)家也擁有了有關(guān)ESTA方面自主知識產(chǎn)權。

　　1.監控系統的硬件及軟件配置

　　系統硬件主要由西門(mén)子面板式IPC PC 670（500 MHz Intel Pentium CPU、15"TFT顯示器、薄膜鍵盤(pán)、集成鼠標）、PLC（S5-155U 948）和工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus（CP1430、CP1613、IM308/318）三大部分組成。

　　系統軟件主要由操作系統Microsoft Windows 2000 Professional、SIMATIC WinCC V 5.1工業(yè)組態(tài)軟件、Step 5編程軟件及COM5431通訊設置軟件組成。

　　2.監控系統網(wǎng)絡(luò )拓撲結構

　　監控系統采用Profibus－DP和工業(yè)以太網(wǎng)方案。見(jiàn)圖1。

圖1 ESTA控制系統網(wǎng)絡(luò )結構

　　(Profibus－DP和工業(yè)以太網(wǎng)方案方案)

　　3.監控系統的主要功能

　　n 工藝及設備參數的管理

　　不同車(chē)型，不同顏色，噴涂工藝參數也不同。為適應不同車(chē)型的混線(xiàn)生產(chǎn)，系統根據多年生產(chǎn)經(jīng)驗，已經(jīng)建立了噴涂工藝數據庫。系統能夠進(jìn)行所有工藝參數數據庫的維護與管理,如圖2?？梢栽诰€(xiàn)或離線(xiàn)進(jìn)行工藝參數的局部或全部修改，如轉速、流量、成形空氣、高壓值、觸發(fā)位置等，并自動(dòng)記錄所有參數修改記錄，保證所有的產(chǎn)品工藝參數的可追溯性。如圖3。

圖2工藝及設備參數的管理

圖3 工藝參數調整

　　n 生產(chǎn)信息的管理及設備監控功能

　　位于現場(chǎng)工控機能夠對在線(xiàn)生產(chǎn)的所有產(chǎn)品及設備運行狀況進(jìn)行監控。通過(guò)該系統可以顯示目前所有在制品狀況以及在制品的目前位置，統計目前的產(chǎn)量。

　　能夠監控目前9個(gè)高速旋杯的所有參數設置以及現場(chǎng)實(shí)際參數（如轉速、流量、成形空氣、高壓值、位置等），如圖4。

圖4 生產(chǎn)及設備狀態(tài)監控

　　各種生產(chǎn)及設備信息的定義與設置，如車(chē)型定義、顏色定義、過(guò)電流上限、運動(dòng)控制參數、手動(dòng)速度等進(jìn)行預先定義或設置。如圖5。能夠任意的進(jìn)行每個(gè)節拍后的ESTA換色程序及步驟編程。如圖5。

圖5 生產(chǎn)設備信息定義與設置

                                        圖6 噴杯換色步驟調整

　　n 系統自診斷、報警系統

　　系統有故障報警及自診斷功能。當設備在運行時(shí)，無(wú)論手動(dòng)或自動(dòng)控制模式，設備出現故障時(shí)，系統將顯示故障報警并提示故障產(chǎn)生的可能原因。操作者可對報警進(jìn)行應答及排除故障后復位，并通過(guò)顏色區分哪些報警已做了復位，哪些報警只是做了應答，并形成故障報警及修復記錄。如圖7。系統還具備了手動(dòng)自診斷功能，如圖8。

圖7 報警文本信息

圖8 手動(dòng)自診斷功能

　　n 用戶(hù)管理

　　根據管理人員操作人員的權限可以通過(guò)預先對用戶(hù)設置定義并管理。所有的操作者可以瀏覽目前使用的工藝參數、生產(chǎn)及設備狀態(tài)，但不可以進(jìn)行修改。除非他被賦予足夠的權限，通過(guò)輸入個(gè)人密碼確認后，才能進(jìn)行相應權限的修改。所有的修改也將形成歷史修改記錄，以備追溯。

　　四.結論

　　我們應用SIEMENS PLC技術(shù)、Profibus現場(chǎng)工業(yè)總線(xiàn)技術(shù)和WinCC工業(yè)組態(tài)軟件的SCADA技術(shù)，成功開(kāi)發(fā)了該監控系統，從2004年安裝在現場(chǎng)運行至今，系統穩定、可靠。該系統投資少、工期短，性?xún)r(jià)比高，已帶來(lái)了一定的經(jīng)濟效益。該系統采用是目前比較先進(jìn)計算機控制、網(wǎng)絡(luò )和信息處理技術(shù)，在汽車(chē)涂裝行業(yè)中具有一定的先進(jìn)性和代表性，具有推廣的價(jià)值。

　　參考文獻：

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