一.系統概述及分析

    上海大眾汽車(chē)二廠(chǎng)油漆車(chē)間年產(chǎn)量為180,000臺，日產(chǎn)量為 600臺，生產(chǎn)節拍為 1.5分/臺，車(chē)間輸送鏈長(cháng)度是 8029米，生產(chǎn)面積是 23,549平方米。

1.中央控制系統的組成

    油漆車(chē)間中控室中央控制系統的控制對象，主要由兩大部分組成：油漆工藝控制系統和輸送控制系統。中央控制系統主要負責監控這兩個(gè)系統的運行狀態(tài)，協(xié)調這兩個(gè)系統內各設備動(dòng)作和這兩個(gè)系統的之間各設備動(dòng)作。油漆工藝和輸送系統時(shí)刻要按照中央控制系統發(fā)出的指令所指示的工作方式運動(dòng)，同時(shí)中央控制系統要時(shí)刻監視油漆工藝和輸送系統的當前運動(dòng)狀態(tài)，按照預期制定的目標及時(shí)地進(jìn)行調整和控制，以達到在中央控制系統的控制作用下，使油漆車(chē)間生產(chǎn)汽車(chē)涂裝產(chǎn)品質(zhì)量得到充分保證，使生產(chǎn)按照預定的生產(chǎn)節拍進(jìn)行，使整個(gè)車(chē)間維持一種正常的生產(chǎn)運行。

a)油漆工藝控制系統

    油漆工藝控制系統主要是圍繞汽車(chē)涂裝生產(chǎn)中各部分工藝過(guò)程，對其設備按照相應工藝要求進(jìn)行控制和檢測。油漆工藝車(chē)間汽車(chē)涂裝工藝過(guò)程主要有預處理、電泳、密封、底漆和面漆等。油漆工藝控制系統要根據每一項工藝過(guò)程的具體工藝要求，通過(guò)控制裝置PLC控制相應工藝設備和環(huán)境設備，例如：預處理和電泳工藝過(guò)程中的各種浸槽和噴淋設備，密封、底漆和面漆工藝過(guò)程中的噴膠或噴漆房設備和烘房設備，及各個(gè)工藝過(guò)程中控制溫度、濕度、壓力和風(fēng)速的環(huán)境設備。油漆工藝控制系統主要目的是使各個(gè)工藝設備和環(huán)境設備按照工藝要求正常運行，以保證汽車(chē)涂裝質(zhì)量。

b)輸送控制系統

   輸送控制系統主要控制油漆車(chē)間的輸送鏈和升降運輸系統。它貫穿著(zhù)油漆車(chē)間的汽車(chē)涂裝生產(chǎn)的全過(guò)程，即在輸送鏈和升降機的輸送作用下，使轎車(chē)白車(chē)身以一定的節拍，按照涂裝工藝順序，依次通過(guò)汽車(chē)涂裝各個(gè)工藝設備和環(huán)境設備，完成相應涂裝加工工藝。輸送控制系統要通過(guò)控制裝置PLC，控制分布在整個(gè)油漆車(chē)間的各段輸送鏈和升降機運行。輸送控制系統一方面要完成轎車(chē)白車(chē)輸送、轉掛和儲存任務(wù)，另一方面還要按汽車(chē)涂裝各部分工藝要求，對輸送的車(chē)身還必須要在程序的控制下，實(shí)現升降、變節距、變速、擺動(dòng)和傾斜等動(dòng)作，從而保證油漆車(chē)間連續自動(dòng)化生產(chǎn)。

2.系統控制裝置PLC的分布全車(chē)間的油漆工藝和輸送設備是由9臺西門(mén)子公司 PLC控制的。在油漆工藝控制方面，按照工藝過(guò)程各PLC的具體的控制分工為：

在輸送控制方面，按照區域劃分，各PLC的具體的控制分工為：

3.中央控制系統的作用

    油漆車(chē)間中控室中央控制系統通過(guò)工業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)-現場(chǎng)工業(yè)總線(xiàn) Profibus，把控制油漆工藝控制系統和輸送控制系統的9臺西門(mén)子公司 PLC連接起來(lái)，把原來(lái)車(chē)間里分散的單元控制，變成相互有機聯(lián)系的統一的整體控制系統。同時(shí)，系統利用計算機控制和信息處理技術(shù)，實(shí)現系統對油漆車(chē)間的生產(chǎn)管理、工藝過(guò)程和設備運行的自動(dòng)控制和監視，使油漆車(chē)間的汽車(chē)涂裝生產(chǎn)始終處于正常狀態(tài)。

二.系統網(wǎng)絡(luò )的構成

    由于中控室中央控制系統面對整個(gè)油漆生產(chǎn)車(chē)間，控制著(zhù)各種生產(chǎn)設備的運行，它必須要做到實(shí)時(shí)采集全車(chē)間各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節的信息，同時(shí)對其發(fā)出的控制指令要準確無(wú)誤地送到全車(chē)間各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節的設備上，并能監測執行情況。為了保障這些控制信息和檢測信息暢通和準確的傳遞，中控室中央控制系統按照其功能構成了二個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò )。

1.上層信息管理網(wǎng)絡(luò )

    以中控室的工控機為主，還包括主PLC（E21），Duerr的PLC和信息交換中心S5-155U，共同構成上層信息管理網(wǎng)絡(luò )，也是中控室中央控制系統對油漆車(chē)間的中心信息管理部分。這里主PLC（E21）同時(shí)還連接著(zhù)油漆工藝控制系統和輸送控制系統的PLC，所以主PLC（E21）起著(zhù)上層信息管理網(wǎng)絡(luò )和底層設備控制網(wǎng)絡(luò )之間傳遞信息的作用。上層信息管理網(wǎng)絡(luò )的硬件構成是建立在西門(mén)子公司的現場(chǎng)工業(yè)總線(xiàn) Profibus網(wǎng)絡(luò )基礎上的，在每個(gè)網(wǎng)絡(luò )站點(diǎn)分別插入 Profibus網(wǎng)卡：工控機上插入CP5613網(wǎng)卡，其他PLC上插入CP5431網(wǎng)卡。上層信息管理網(wǎng)絡(luò )的結構圖如圖1。 

                          圖1上層信息管理網(wǎng)絡(luò )的結構圖

    該網(wǎng)絡(luò )的通訊協(xié)議是采用第二層數據鏈(Data Link)，也就現場(chǎng)工業(yè)總線(xiàn)數據鏈FDL(Field Bus Data Link)。在該層次網(wǎng)絡(luò )上，由于工控機上運行的的WinCC組態(tài)軟件采取主動(dòng)方式，需分別與其它站點(diǎn)通訊，所以WinCC組態(tài)軟件與其它站點(diǎn)通過(guò)各自的邏輯接口點(diǎn)（SAP）建立相互的通訊鏈路層。上層信息管理網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )參數是通過(guò)COM5431軟件配置的。

2.底層設備控制網(wǎng)絡(luò )

    在主PLC(E21)的框架上共插有兩塊通訊網(wǎng)卡，一塊為CP5431，連接到上層信息管理網(wǎng)絡(luò )，使主PLC(E21)構成為上層信息管理網(wǎng)絡(luò )一部分；而另一塊為CP5430，連接到底層設備控制網(wǎng)絡(luò )，又使主PLC(E21)構成為底層設備控制網(wǎng)絡(luò )一部分。所以主PLC(E21)起到了連接上層和底層網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)關(guān)作用。底層設備控制網(wǎng)絡(luò )主要作用是控制整個(gè)油漆車(chē)間的各個(gè)汽車(chē)涂裝工藝流程的具體過(guò)程和各個(gè)輸送鏈的相應運動(dòng)，其途徑就通過(guò)現場(chǎng)工業(yè)總線(xiàn) Profibus網(wǎng)絡(luò )，使油漆工藝控制系統的6臺PLC和輸送控制系的3臺PLC，按照上層信息管理網(wǎng)絡(luò )發(fā)出的控制指令，各自控制相應設備動(dòng)作。同時(shí)，每臺PLC一方面通過(guò)網(wǎng)絡(luò )把自己的狀態(tài)信息發(fā)送到相關(guān)的PLC上，一方面通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接受到其它PLC的狀態(tài)信息，以決定下一步動(dòng)作。這樣由9臺PLC控制的各種設備動(dòng)作可以做到相互配合、相互聯(lián)系和相互諧調，保證整個(gè)油漆車(chē)間能夠連續正常生產(chǎn)。底層設備控制網(wǎng)絡(luò )的結構圖詳見(jiàn)圖2。 

                           圖2底層設備控制網(wǎng)絡(luò )的結構圖

    該網(wǎng)絡(luò )的通訊協(xié)議是并行采用兩種，一種仍為現場(chǎng)工業(yè)總線(xiàn)數據鏈FDL方式，另一種為現場(chǎng)工業(yè)總線(xiàn)全局數據 (Globe Data)。

    a)其它站點(diǎn)與主PLC(E21)的通訊，采用的是FDL方式。為此，主PLC(E21)分別與其它站點(diǎn)建立鏈路層。

    b)底層設備控制網(wǎng)絡(luò )中PLC之間的數據通訊，采用全局數據方式，既PLC之間交換數據通過(guò)對所定義的全局數據進(jìn)行讀寫(xiě)操作來(lái)完成。全局數據設置是通過(guò)COM5431軟件。

三.系統的信息處理

    在中控室里的工控機上運行著(zhù)西門(mén)子公司的工業(yè)組態(tài)軟件-WinCC。她主要任務(wù)是進(jìn)行油漆車(chē)間中控室中央控制系統的信息處理工作。它要實(shí)時(shí)采集全車(chē)間各個(gè)工藝設備的狀態(tài)信息，按照汽車(chē)涂裝生產(chǎn)工藝要求，實(shí)時(shí)地對狀態(tài)信息進(jìn)行分析、歸納和綜合，根據需要及時(shí)地對相應工藝設備發(fā)出控制指令，以控制和調整相應工藝設備的工作狀態(tài)。在這里WinCC工業(yè)組態(tài)軟件經(jīng)過(guò)對系統的信息處理，可以有序地、安全地、可靠地和合理地控制著(zhù)油漆車(chē)間汽車(chē)涂裝生產(chǎn)的全過(guò)程。所以，WinCC工業(yè)組態(tài)軟件是中控室中央控制系統的核心部分。

    系統通過(guò)WinCC的信息處理，以圖文并茂的人機界面形式，顯示系統對各個(gè)工藝設備的控制過(guò)程，顯示各個(gè)工藝設備的運行狀態(tài)和各種生產(chǎn)、工藝信息，以及人為參與控制、調整有關(guān)生產(chǎn)和工藝參數的操作內容。其主要內容可大致分為以下幾個(gè)方面：

1.汽車(chē)涂裝生產(chǎn)工藝過(guò)程監控

    根據汽車(chē)涂裝生產(chǎn)工藝過(guò)程特點(diǎn)和工藝設備在車(chē)間的實(shí)際布局，比較形象地設計了一幅油漆工藝控制系統的主圖(詳見(jiàn)圖3 )及每個(gè)工藝過(guò)程的子圖（參見(jiàn)圖4），其監控主要內容和對象按工藝過(guò)程被分類(lèi)為如下： 

                              圖3油漆系統主畫(huà)面

                                圖4面漆烘房系統

a)預處理系統和電泳系統

    (1)各種浸槽、水槽和備用槽的溫度高低和液位高低；
    (2)噴淋泵、輸入泵、熱水泵和各種溶劑泵的開(kāi)停；
    (3)排風(fēng)扇和供風(fēng)扇的控制與檢測；
    (4)電泳系統的供電控制與檢測；
b)底漆噴漆房、面漆噴漆房、密封調膠房、調漆間、粗密封房、細密封房、電泳打磨房和底漆打磨房

    (1)排風(fēng)扇和供風(fēng)扇的控制與檢測；
    (2)用于保證濕度的加濕泵和廢水槽循環(huán)泵的開(kāi)停；
    (3)用于清除廢碴的刮碴機的控制與檢測；
    (4)用于保證噴房?jì)纫欢L(fēng)速的風(fēng)壓保護裝置的檢測；
    (5)用于油漆輸送管路上防凍的保護裝置的檢測；
    (6)預防火災的消防報警；
c)電泳烘房、底漆烘房、面漆烘房和密封膠烘房

    (1)用于加熱循環(huán)空氣的熱交換器風(fēng)扇的控制；
    (2)在電泳、底漆、面漆烘房出口處強冷風(fēng)道的排風(fēng)扇、供風(fēng)扇和空氣檔扳控制；
    (3)烘房?jì)雀鞴ぷ鲄^的溫度檢測；
    (4)烘房?jì)雀鞴ぷ鲄^的燃燒點(diǎn)火控制；
    (5)烘房?jì)雀鞴ぷ鲄^的熱空氣循環(huán)風(fēng)扇的控制；
    (6)用于廢氣燃燒的焚燒爐燃燒點(diǎn)火控制；
    (7)焚燒爐內溫度檢測和循環(huán)風(fēng)扇的控制；
    (8)供烘房?jì)群头贌隣t內燃燒的煤氣壓力檢測；
    (9)用于向大氣排放前有毒氣體燃燒的尾氣燃燒器的控制；
    (10)密封調膠房進(jìn)口和出口熱風(fēng)幕的控制；
    (11)表冷器狀態(tài)檢測；

2.溫度和溫度自動(dòng)調節系統的監控

    為了保證汽車(chē)油漆涂裝質(zhì)量，其中一個(gè)重要的條件是各個(gè)工藝過(guò)程的環(huán)境溫度和濕度要穩定在規定的范圍內。為此在各個(gè)工藝設備上都安裝有單回路調節DR20，以構成閉環(huán)的溫度和濕度控制回路，按照PID調節原理，使該處的溫度和濕度自動(dòng)地穩定在符合工藝要求的設定值上。由于這些單回路調節DR20通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接現場(chǎng)PLC上，在中控室里的工控機上，通過(guò)WinCC可采集和設置這些單回路調節DR20的參數。所以，WinCC可以監視各個(gè)工藝過(guò)程的實(shí)際環(huán)境溫度和濕度，也可以根據工藝要求，通過(guò)改變設定值來(lái)控制這些環(huán)境溫度和濕度。請參見(jiàn)附錄九。下面是參與自動(dòng)調節的各個(gè)溫度點(diǎn)和濕度點(diǎn)在工藝設備上分布：

a)預處理系統 

    (1)一、二、三和七區的熱交換器溫度；
    (2)六區冷凍水溫度和七區預熱溫度；

b)電泳系統 

    冷凍水熱交換器溫度；

c)電泳烘房、底漆烘房、面漆烘房和密封膠烘房

    (1)一、二、三和四區的溫度；
    (2) 1#和2#焚燒爐的溫度； 
    (3)熱交換器溫度；
    (4)強冷風(fēng)道的供風(fēng)溫度；
    (5)尾氣燃燒溫度；

d)電泳打磨房和底漆打磨房

    加溫/冷卻管溫度；

e)底漆噴漆房、面漆噴漆房、粗密封房、細密封房和報交/整理

    (1)加溫/冷卻管溫度；
    (2)加濕槽的濕度；

3.輸送系統運行狀態(tài)的控制與監測

    該油漆車(chē)間輸送系統采用的是積放式懸掛輸送鏈，共有26條輸送鏈，6臺升降機。在中控室中央控制系統的統一控制和協(xié)調下，輸送系統的PLC按照油漆車(chē)間各部分涂裝工藝要求，控制各個(gè)輸送鏈的相應運動(dòng)，使系統完成被加工轎車(chē)的輸送任務(wù)。在中控室WinCC工業(yè)組態(tài)軟件的界面上，設有按照整個(gè)車(chē)間的實(shí)際位置繪制的輸送控制系統的全局畫(huà)面(詳見(jiàn)圖5)，和按照區域的實(shí)際位置繪制的各個(gè)局部畫(huà)面(參見(jiàn)圖6)。在這些畫(huà)面上可以比較詳細地觀(guān)察到這些輸送鏈和升降機的具體位置和工作狀態(tài)。WinCC可監控的內容可歸納成以下幾個(gè)方面: 

                         圖5 輸送控制系統的全局畫(huà)面

                            圖6 輸送控制系統的局部畫(huà)面

a)輸送鏈運行的狀態(tài)

    (1)鏈條過(guò)緊；
    (2)鏈條過(guò)松；
    (3)壓縮空氣故障；
    (4)驅動(dòng)器運行狀態(tài)；
    (5)馬達隔離開(kāi)關(guān)打開(kāi)；
    (6)馬達超溫；
    (7)轉矩過(guò)載；
    (8)變頻器中斷；
    (9)變頻器故障；

b) 升降機運行的狀態(tài)（水平驅動(dòng)和垂直驅動(dòng)） 

    (1)馬達隔離開(kāi)關(guān)打開(kāi)；
    (2)馬達超溫；
    (3)水平驅動(dòng)：向前或向后超程；
    (4)垂直驅動(dòng)：向上或向下超程；
    (5)水平驅動(dòng)；轉矩向前或向后過(guò)載；
    (6)垂直驅動(dòng)：轉矩向上或向下過(guò)載；
    (7)變頻器中斷；
    (8)變頻器故障；

c) 輸送鏈控制裝置的狀態(tài) 

    (1)斜坡安全保護故障；
    (2)道岔故障；
    (3)停止器故障；
    (4)生產(chǎn)急停；
    (5)鏈與鏈的轉換故障；

d)輸送鏈的交通控制

    (1)停止器之間在同一時(shí)間只準許一輛車(chē)；
    (2)從停止器到雙重空區開(kāi)關(guān)；
    (3)從停止器到空位開(kāi)關(guān)和帶計數器的停止器；
    (4)從停止器到尾部計數儲存區；
    (4)岔道的控制；
    (5)從一條軌道通過(guò)岔道進(jìn)入兩條軌道；

四.系統中幾個(gè)特殊問(wèn)題的處理

下面是在該工程項目進(jìn)行中遇到的幾個(gè)比較特殊問(wèn)題的解決方法：

1.系統命令的執行順序

    在油漆車(chē)間中控室的WinCC的界面上，可以操作整個(gè)系統的停止與啟動(dòng)，系統可自動(dòng)地按時(shí)間序續完成一系列動(dòng)作：

    a)自動(dòng)啟動(dòng)(Auto Start)是指系統完全停止后在系統的控 制下按照順序自動(dòng)啟動(dòng)各種工藝設備，啟動(dòng)順序的原則為先烘房點(diǎn)火升溫，再預處理系統和電泳系統各種液槽加熱升溫，最后開(kāi)起供排風(fēng)扇，啟動(dòng)過(guò)程約 3小時(shí)。

    b)自動(dòng)停止(Auto Stop)是用于節假日長(cháng)時(shí)間停機，它是在系統的控制下，首先把所有液槽、噴房和烘房里小車(chē)排放干凈，然后把小車(chē)輸送到儲存區，最后關(guān)閉所有設備。

    c)待機(Stand-By)是用于平時(shí)的短時(shí)間停機，它的操作過(guò)程除了焚燒爐以外，其它操作與自動(dòng)停止都是相同的。在這里焚燒爐被控制在熱備狀態(tài)，即保持低溫燃燒狀態(tài)。

2.輸送鏈和升降機故障診斷

    輸送系統由26條輸送鏈和6臺升降機組成，設備較多，分別進(jìn)行故障診斷工作量大。為此，根據設備分類(lèi)特點(diǎn)，編制了幾個(gè)用于故障診斷的通用標準功能塊FB，可以涵蓋所有輸送鏈和升降機設備。由于這些標準功能塊FB可在程序中重復調用，不僅提高了工作效率，也提高了故障診斷的準確性。具體功能塊FB說(shuō)明如下：

    a) FB30 HISPDCNV 快速輸送鏈故障診斷
    b) FB31 LOSPDCNV 低速輸送鏈故障診斷
    c) FB35 VFHZ 升降機水平驅動(dòng)故障診斷
    d) FB36 VFVR 升降機垂直驅動(dòng)故障診斷

3.WinCC運行速度的提高

    用于該系統的WinCC工業(yè)組態(tài)軟件，其用戶(hù)程序編制的比較龐大，使WinCC運行速度的降低，影響了系統功能。為此，我們采用下列方法提高WinCC運行速度，產(chǎn)生了較好的效果。

    a)對于較復雜的邏輯運算和數學(xué)運算，盡量少使用WinCC的C腳本，最好由PLC去作，WinCC只取最后運算結果。

    b)合理的設置WinCC變量的刷新時(shí)間，對于占大多數的變化緩慢的變量設置較長(cháng)的刷新時(shí)間，大約為5秒；對于占少數的、變化迅速的和對系統影響重要的變量設置較短的刷新時(shí)間，大約為0.5秒。

    c)對于WinCC的圖形中對象的屬性動(dòng)態(tài)特性盡量采用動(dòng)態(tài)值范圍的方法去定義，對象的事件觸發(fā)的動(dòng)作盡量采用直接連接的方法，少使用C動(dòng)作方法。

五.結論和意義

    上海大眾汽車(chē)二廠(chǎng)油漆車(chē)間中控室中央控制系統的工程項目，我們成功應用西門(mén)子公司工業(yè)自動(dòng)化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)技術(shù)，經(jīng)過(guò)設計、施工和調試，該工程項目現已完成，通過(guò)了驗收并且投入正常生產(chǎn)運行。該系統把涂裝過(guò)程中的工藝控制設備和輸送設備，構成一個(gè)統一的、有著(zhù)相互有機聯(lián)系、動(dòng)作相互協(xié)調和可控制的系統，以完成各種工藝過(guò)程的控制并按一定的生產(chǎn)節拍進(jìn)行，從而保證優(yōu)質(zhì)的汽車(chē)涂裝產(chǎn)品質(zhì)量，保證油漆車(chē)間連續地、可靠地、正常地自動(dòng)化大批量生產(chǎn)，使產(chǎn)品具有優(yōu)良的耐蝕性和高裝飾性外觀(guān)，以延期其使用壽命，提高其商品的市場(chǎng)價(jià)格。

    該系統的使用，提高了油漆車(chē)間的自動(dòng)化生產(chǎn)水平，也促進(jìn)了油漆車(chē)間的生產(chǎn)管理、工藝管理、質(zhì)量管理和設備管理。另外，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，所以該系統具有推廣的價(jià)值。