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汽车总装线监控及报警系统设计方案
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2017-11-27
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1 引言
汽车总装生产线是整个汽车生产线的重要组成环节，其运行状况直接影响到汽车厂生产的数量和质量。为此，本项目设计基于step7的plc控制系统，项目软件平台由西门子wincc6.2实现汽车总装线监控系统以及相关报警系统。
西门子公司的wincc组态软件具有监控生产过程的强大功能，是基于个人计算机的数据采集与监视控制系统。它可以对现场的运行设备进行监视控制，实现数据采集、设备运行、参数调节以及各类信号报警等各种功能。wincc具有广泛的应用和较强的兼容性，能提供成熟可靠的操作和高效的组态功能，同时具有灵活的配置能力。
2 系统整体设计
华晨金杯a1车总装车间监控系统由中控室和现场7个plc控制站组成。整个控制系统采用“集中监视、分散控制”的模式，依据这一原则，将整个系统分为三个层次，即监控层、控制层和设备层。每个层次中使用不同的网络结构及软硬件配置，以实现各自不同的功能。系统组成形式如图1所示。
图1 a1车总装车间监控系统整体组成
2.1 监控层主要功能
中控室采用计算机监视系统通过以太网（ethernet）对车间内各个受控设备的运行信息（指能够通过以太网向计算机监视系统传送的数据）进行实时采集和集中监控。中控室设置数据采集服务器一台（工程师站），作为scada服务器（监视控制和数据采集）系统以windows 2003 server为操作平台，运行控制软件（step 7）完成生产线各控制软件编制及上下载、故障诊断，运行组态监控软件（wincc6.2），完成设备控制信息和生产数据的采集工作，经过程序处理，生成各种文件，显示各生产区域的动态画面及图形，对该区域的生产设备状态、生产状况、物流状态进行动态模拟、实时监控，并实现实时反映生产环节中各部接口和设备的情况。
监视计算机2台（操作员站），看板系统控制计算机1台，从scada服务器读取数据库内的信息，建立显示界面并对设备的运行状况进行实时监视，并能自动记录工艺参数、打印故障报表。中控室及plc网络采用以太网交换机（switch）进行网络联接，以太网交换机（switch）之间的联接采用光缆。
2.2 控制层主要功能
控制层采用plc及profibus现场总线接受现场发来的数据信息，经过cpu运算与处理后，发出相应的指令（输出信号）对现场设备进行控制。同时，各个主要单台设备的控制系统具备以下功能：
（1） 能够实现对该设备本身的独立控制，并满足工艺要求；
（2） 凡是需要在中控室内集中监视的数据（如运行状况、故障信息等），各个单台设备的控制系统均能够独立地进行实时采集；
（3） 必须具有中控室计算机监视系统所需的网络接口（以太网）。
2.3 设备层主要功能
设备层主要包括现场操作站、现场传感器（接近开关、光电开关等）、现场其它输入设备（如控制按钮等）、显示设备（如指示灯等）等，直接或通过现场总线与控制层中的plc相联系，将输入信号发送给plc，将plc输出指令发送到现场设备。
在生产线上需要人工参与或手动控制的环节设置，原则上在现场相关区域和主要专机及单线（体）设备旁均应设置本地操作站，如生产线上的升降机、移行机、转台、链式输送机等等。
由于同为西门子产品，wincc和s7- 300 plc下位机之间可实现无缝、高可靠性的通讯连接，最大限度地满足了总装车间实时监控和网络扩展的需要。
3 汽车总装线plc控制程序设计
汽车总装生产线控制系统比较复杂，因此将整个总装线分为7条分线来分别控制，即：bdc存储线、内饰线、门线、底盘线、发动机线、仪表线、终装终检线。各线的plc程序可独立运行互相之间有联锁信号。
采用西门子step7作为编程工具，为了满足上位机wincc监控系统的需要和报表系统的设计要求，在开发plc控制程序的同时，设计了相关的动态数据文件，既为上位机监视和控制提供相应的变量和数据，也为报表系统提供了相关原始数据［2］。
4 wincc监控程序开发
4.1 上位机监控系统功能
根据整个总装车间的工艺流程、工艺参数和监控要求，设计开发了上位机监控系统，并将画面分为主画面、bdc车身存储区、内饰装配线、车门线、底盘线、发动机前桥装配线、仪表板装配线和终装终检线。在监控系统主画面上可以显示整个车间宏观运行情况，通过屏幕下方的切换按键可以随时切换到其他分线的监控画面中。
除用于存储区和装配线的运行状态显示、故障显示、设定外，还能够对存储区和装配区的内饰线、车门线、底盘线、终装终检线进行运行控制，包括全线的启动停止、单线的启动停止、存储区的放车程序选择、手动选择放车、运行速度的调整等。
另外，系统还包括完善的报警和报表系统，能对生产线的故障进行统计、保存和打印。
监控系统主画面如图2所示。
图2 a1车总装车间监控系统主画面
汽车总装生产线是整个汽车生产线的重要组成环节，其运行状况直接影响到汽车厂生产的数量和质量。为此，本项目设计基于step7的plc控制系统，项目软件平台由西门子wincc6.2实现汽车总装线监控系统以及相关报警系统。
西门子公司的wincc组态软件具有监控生产过程的强大功能，是基于个人计算机的数据采集与监视控制系统。它可以对现场的运行设备进行监视控制，实现数据采集、设备运行、参数调节以及各类信号报警等各种功能。wincc具有广泛的应用和较强的兼容性，能提供成熟可靠的操作和高效的组态功能，同时具有灵活的配置能力。
2 系统整体设计
华晨金杯a1车总装车间监控系统由中控室和现场7个plc控制站组成。整个控制系统采用“集中监视、分散控制”的模式，依据这一原则，将整个系统分为三个层次，即监控层、控制层和设备层。每个层次中使用不同的网络结构及软硬件配置，以实现各自不同的功能。系统组成形式如图1所示。
图1 a1车总装车间监控系统整体组成
2.1 监控层主要功能
中控室采用计算机监视系统通过以太网（ethernet）对车间内各个受控设备的运行信息（指能够通过以太网向计算机监视系统传送的数据）进行实时采集和集中监控。中控室设置数据采集服务器一台（工程师站），作为scada服务器（监视控制和数据采集）系统以windows 2003 server为操作平台，运行控制软件（step 7）完成生产线各控制软件编制及上下载、故障诊断，运行组态监控软件（wincc6.2），完成设备控制信息和生产数据的采集工作，经过程序处理，生成各种文件，显示各生产区域的动态画面及图形，对该区域的生产设备状态、生产状况、物流状态进行动态模拟、实时监控，并实现实时反映生产环节中各部接口和设备的情况。
监视计算机2台（操作员站），看板系统控制计算机1台，从scada服务器读取数据库内的信息，建立显示界面并对设备的运行状况进行实时监视，并能自动记录工艺参数、打印故障报表。中控室及plc网络采用以太网交换机（switch）进行网络联接，以太网交换机（switch）之间的联接采用光缆。
2.2 控制层主要功能
控制层采用plc及profibus现场总线接受现场发来的数据信息，经过cpu运算与处理后，发出相应的指令（输出信号）对现场设备进行控制。同时，各个主要单台设备的控制系统具备以下功能：
（1） 能够实现对该设备本身的独立控制，并满足工艺要求；
（2） 凡是需要在中控室内集中监视的数据（如运行状况、故障信息等），各个单台设备的控制系统均能够独立地进行实时采集；
（3） 必须具有中控室计算机监视系统所需的网络接口（以太网）。
2.3 设备层主要功能
设备层主要包括现场操作站、现场传感器（接近开关、光电开关等）、现场其它输入设备（如控制按钮等）、显示设备（如指示灯等）等，直接或通过现场总线与控制层中的plc相联系，将输入信号发送给plc，将plc输出指令发送到现场设备。
在生产线上需要人工参与或手动控制的环节设置，原则上在现场相关区域和主要专机及单线（体）设备旁均应设置本地操作站，如生产线上的升降机、移行机、转台、链式输送机等等。
由于同为西门子产品，wincc和s7- 300 plc下位机之间可实现无缝、高可靠性的通讯连接，最大限度地满足了总装车间实时监控和网络扩展的需要。
3 汽车总装线plc控制程序设计
汽车总装生产线控制系统比较复杂，因此将整个总装线分为7条分线来分别控制，即：bdc存储线、内饰线、门线、底盘线、发动机线、仪表线、终装终检线。各线的plc程序可独立运行互相之间有联锁信号。
采用西门子step7作为编程工具，为了满足上位机wincc监控系统的需要和报表系统的设计要求，在开发plc控制程序的同时，设计了相关的动态数据文件，既为上位机监视和控制提供相应的变量和数据，也为报表系统提供了相关原始数据［2］。
4 wincc监控程序开发
4.1 上位机监控系统功能
根据整个总装车间的工艺流程、工艺参数和监控要求，设计开发了上位机监控系统，并将画面分为主画面、bdc车身存储区、内饰装配线、车门线、底盘线、发动机前桥装配线、仪表板装配线和终装终检线。在监控系统主画面上可以显示整个车间宏观运行情况，通过屏幕下方的切换按键可以随时切换到其他分线的监控画面中。
除用于存储区和装配线的运行状态显示、故障显示、设定外，还能够对存储区和装配区的内饰线、车门线、底盘线、终装终检线进行运行控制，包括全线的启动停止、单线的启动停止、存储区的放车程序选择、手动选择放车、运行速度的调整等。
另外，系统还包括完善的报警和报表系统，能对生产线的故障进行统计、保存和打印。
监控系统主画面如图2所示。
图2 a1车总装车间监控系统主画面
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