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摘 要: 本文介紹了發動機裝配線的自動控制系統，簡述了分布式I/0在控制系統中的發揮的作用，并利用PB-B-RS232485總線橋模塊完成串口協議與PROFIBUS協議的轉換完成掃碼以及系統的網絡配置和硬件組成。
關鍵詞:發動機裝配線 分布式I/O profibus-dp網絡，RS232/485總線橋
1．項目簡介
EA111發動機裝配線是北京機械工業自動化研究所和德國CPT公司合作設計、制作、安裝、調試的一條發動機裝配線（發動機裝配線局部圖見圖1、圖2、圖3），這條發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。經安裝調試，該裝配線已正常運行1年多，并為用戶創造了重大效益。
2．系統構成
線體的控制系統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。(,系統硬件配置圖見 圖4)
3．控制系統形式的確定
汽車發動機裝配線是一個對發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。對于控制系統而言，一條發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，,在傳統的控制系統中都是由主控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 系統通過網絡連接,采用PROFIBUS - DP 現場總線協議通信。可以方便的實現就近配線、就近控制、就近診斷，從而使得系統的可靠性、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據處理可就地解決，從而大大降低網絡傳輸的數據量，降低主控PLC的負擔，使整個系統控制更加簡潔有效。但隨之而來的問題是協議的轉換問題，為適應市場的需要，現在的發動機裝配線大多數均為為柔性裝配線，因而需要有相應的信息識別系統，例如掃描槍、隨機信息載體等以便發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議與PROFIBUS協議的轉換。
本項目配置有西門子MOBY－I信息識別系統，該信息識別系統防護等級為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（現場I/O子站照片見圖5）。同時西門子MOBY-I系統的RF170C系列也可直接掛接在ET200PRO后面，這樣，既完成了系統信息處理，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議轉換成PROFIBUS協議，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定性不高，這就使工程師想到了通過協議轉換的方式完成數據傳輸，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讀取串口數據，FB3寫入串口數據，只需要在硬件配置完后設置接受字節數，并將控制字第6位置1即可完成連續接受，配置簡單，調試方便。
4結束語
現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系統以及協議轉換的控制理念具有一定的代表性。本控制系統現已在用戶進行安裝調試后正常運行1年左右，實踐表明， 該系統的這種控制思想是實用的、可靠的，運行平穩, 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、軟硬件的穩定性以及基于PROFIBUS 通信協議的特點必定使其具有廣闊的應用前景。
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