以計(jì)算機(jī)在工業(yè)控制和管理中的應(yīng)用為主要標(biāo)志的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)在過(guò)去20年間有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái),作為工業(yè)控制數(shù)字化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化典型代表的現(xiàn)場(chǎng)總線(FieldBus-FB)技術(shù)發(fā)展迅速、影響巨大,引起了工程技術(shù)界的普遍興趣與重視,被譽(yù)為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域具有革命性的新技術(shù)。
隨著物流管理的迅猛發(fā)展,物流管理理念很快進(jìn)入汽車制造行業(yè),而企業(yè)生產(chǎn)物流的管理又是現(xiàn)代物流管理環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)。對(duì)于一個(gè)汽車制造企業(yè)如何高效而有序組織各個(gè)生產(chǎn)車間各工位材料并及時(shí)送到指定地點(diǎn)是十分重要的。近年來(lái)國(guó)際上流行的汽車生產(chǎn)物流系統(tǒng)就是專門用于現(xiàn)代化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的對(duì)流量、物料、質(zhì)量、設(shè)備測(cè)量和監(jiān)控的信息系統(tǒng),是一個(gè)柔性的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以使物流通暢及時(shí),實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)最小庫(kù)存,而且可以使管理者及時(shí)了解整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)和物流狀況,從而為企業(yè)管理層決策提供依據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)具有高可靠性和強(qiáng)大的診斷功能,非常適合于物流的控制和信息傳輸,為汽車企業(yè)各生產(chǎn)車間之間生產(chǎn)物料的管理開(kāi)辟了一種新的思路。
汽車生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
汽車生產(chǎn)物流系統(tǒng)要求信息傳輸和控制系統(tǒng)具有反應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、可擴(kuò)充性強(qiáng)、可維護(hù)性好等功能,采用硬接信號(hào)線的方法不但煩瑣、昂貴,而且穩(wěn)定性、診斷性、可維護(hù)性、可擴(kuò)充性差,因此,采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)能很好地解決上述問(wèn)題。
按照國(guó)際電工委員會(huì)IEC61158的標(biāo)準(zhǔn)定義:“安裝在制造和過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場(chǎng)總線。”一般認(rèn)為“現(xiàn)場(chǎng)總線是一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng),是用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工業(yè)總線。”現(xiàn)場(chǎng)總線向人們展示了一種全新系統(tǒng)集成的思想,它在自動(dòng)化系統(tǒng)中,如制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇等方面的應(yīng)用前景十分廣闊。作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系,現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的突出特點(diǎn)在于:系統(tǒng)的開(kāi)放性、可互操作性與互用性、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與自診斷功能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性等。
現(xiàn)場(chǎng)總線具有節(jié)省硬件數(shù)量與投資、安裝費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn),用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán),提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。此外,由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化,因而還具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。
CANBUS最初是由德國(guó)的BOSCH公司為汽車檢測(cè)、控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。CANBUS為多主方式工作,網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)的向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,它采用非破壞性總線仲裁技術(shù),當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí),按優(yōu)先級(jí)高低接收。CANBUS的傳輸速率最高可達(dá)1Mbs/40m。
INTERBUS(InterbusFieldbus)由德國(guó)PhoenixContact公司1990年推出,應(yīng)用于汽車行業(yè)、煙草行業(yè)、過(guò)程自動(dòng)化等行業(yè)。INTERBUS采用集總幀型的數(shù)據(jù)環(huán)通訊,這種通訊保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐叫院椭芷谛?全雙工的通訊方式和2M的一致速率保證了數(shù)據(jù)通訊的實(shí)時(shí)性,差分信號(hào)傳輸和專門的總線環(huán)路檢查保證了強(qiáng)大的抗干擾性和設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控。
INTERBUS總線的各種I/O模塊、功能模塊可根據(jù)生產(chǎn)線的工藝結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分布式安裝,從而實(shí)現(xiàn)分散控制。控制器與現(xiàn)場(chǎng)傳感器/執(zhí)行器之間通過(guò)一根總線電纜相連,替代了PLC系統(tǒng)的并行布線,大量降低電纜的使用。總線控制板是INTERBUS總線上的主設(shè)備,用于實(shí)現(xiàn)協(xié)議的控制、錯(cuò)誤診斷、組態(tài)存儲(chǔ)等功能。
INTERBUS是面向I/O的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)總線,其恒定的2M傳輸速率,集總幀的數(shù)據(jù)傳輸方式,保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?使得控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換具有很高的實(shí)時(shí)性,是國(guó)際上公認(rèn)的高速總線。INTERBUS具有強(qiáng)大的總線組態(tài)、監(jiān)控、故障診斷功能,在總線控制板、現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備以及CMD軟件上都能對(duì)每一個(gè)總線設(shè)備的狀況進(jìn)行監(jiān)控,對(duì)故障的診斷快,從而極大地提高了控制系統(tǒng)的易維護(hù)性和可靠性。INTERBUS是一種簡(jiǎn)單器件級(jí)簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò),是一種開(kāi)放的串行總線系統(tǒng),可將不同廠家的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備產(chǎn)品統(tǒng)一組態(tài),構(gòu)成所需的網(wǎng)絡(luò)。因此,INTERBUS總線在汽車生產(chǎn)物流系統(tǒng)中有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和吸引力。
汽車生產(chǎn)物流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
汽車生產(chǎn)物流系統(tǒng)用于支持同步化物流的需求,系統(tǒng)能使物料供應(yīng)及時(shí)、高效,同時(shí)節(jié)省線邊占用空間,減少線邊庫(kù)存,并自動(dòng)統(tǒng)計(jì)缺料次數(shù)的時(shí)間與頻次、原因,可有效防止不必要的延誤、等待時(shí)間甚至由于物料短缺產(chǎn)生停線的問(wèn)題。整個(gè)系統(tǒng)由監(jiān)控管理部分、主控部分、呼叫部分和應(yīng)答部分組成,如圖1所示。監(jiān)控管理部分采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī),負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控管理、人機(jī)交流、數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)保存。主控部分IBSRFC430控制器采用586CPU,提供了一個(gè)基于嵌入式技術(shù)的硬件平臺(tái)。集成了總線控制板、程序控制器和Ethernet的標(biāo)準(zhǔn)接口,實(shí)現(xiàn)了設(shè)備層的數(shù)據(jù)采集,控制層的邏輯控制,直到與管理層的信息交換的三位一體的體系結(jié)構(gòu)。通過(guò)Ethernet可以直接對(duì)總線系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)和監(jiān)控。呼叫部分通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線I/O模塊(SAB模塊),SAB模塊具有IP67的防護(hù)等級(jí),可直接安裝于車間現(xiàn)場(chǎng),采集檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)工位呼叫情況,再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線送到主控部分(遠(yuǎn)程總線控制器(RFC430))處理,處理信息再送到應(yīng)答部分(帶現(xiàn)場(chǎng)IOINLINEBK中繼器模塊和串口RS232通訊模塊),通過(guò)串口RS232通訊模塊送到LED顯示屏顯示所需要的工位材料。
工業(yè)監(jiān)控軟件組態(tài)王與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的無(wú)縫聯(lián)接
為了實(shí)現(xiàn)上位機(jī)工業(yè)監(jiān)控軟件和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)連接問(wèn)題,我們利用OPC(OLEforProcessControl,過(guò)程控制中的對(duì)象連接嵌入技術(shù))技術(shù)。OPC是一項(xiàng)技術(shù)規(guī)范和開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口,它采用微軟公司的OLE、COM(componentobjectmodel)和DCOM(distributecomponentobiectmodel)等技術(shù),并受到眾多自動(dòng)控制設(shè)備制造商的支持。OPC作為自動(dòng)化系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備和辦公管理應(yīng)用程序之間的有效連接方式,使辦公室和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換簡(jiǎn)捷化、標(biāo)準(zhǔn)化。
汽車生產(chǎn)物流系統(tǒng)中往往需要使用各種不同的供應(yīng)商的自動(dòng)化設(shè)備,以前為了與各設(shè)備通訊,必須設(shè)計(jì)一個(gè)專用的通訊接口,而且各工業(yè)監(jiān)控軟件必須與每一設(shè)備建立單獨(dú)聯(lián)接(圖2)。而采用OPC技術(shù)后,由于各自動(dòng)化設(shè)備對(duì)OPC的支持和OPC基于OLE、COM、DCOM技術(shù)的特點(diǎn),就能將所有自動(dòng)化設(shè)備都與同一OPCServer連接,而各工業(yè)監(jiān)控軟件都使用COM和DCOM技術(shù)與OPCServer連接,通過(guò)OPCServer與各個(gè)自動(dòng)化設(shè)備通訊(圖3)。通過(guò)采用OPC技術(shù),極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),使原來(lái)錯(cuò)綜復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單清晰,各工業(yè)監(jiān)控軟件只需注意與OPCServer之間的數(shù)據(jù)交換,而不必?fù)?dān)心具體設(shè)備的連接問(wèn)題。INTERBUSOPCServer是Phoenix公司為INTERBUS總線系統(tǒng)專門開(kāi)發(fā)的OPCServer,工業(yè)監(jiān)控軟件通過(guò)它可以很方便的與INTERBUS總線的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通訊。
結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)場(chǎng)總線具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)和強(qiáng)大的系統(tǒng)診斷能力,它提高了系統(tǒng)的可靠性與可維護(hù)性,由于其設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化,因而設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易于重構(gòu)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不僅是工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì),同時(shí)也是控制理論研究方向。它開(kāi)辟了工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域新時(shí)代,被稱為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。
本文在分析了PROFIBUS及INTERBUS特性的基礎(chǔ)上,著重闡述了INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線在汽車生產(chǎn)物流監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。并通過(guò)OPC服務(wù)器使得上層組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)與底層遠(yuǎn)程控制器之間實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫銜接,使得整個(gè)系統(tǒng)處于一種開(kāi)放的狀態(tài),具有良好的可擴(kuò)展性。
