以計算機在工業(yè)控制和管理中的應(yīng)用為主要標(biāo)志的工業(yè)自動化技術(shù)在過去20年間有了長足的進步。進入20世紀(jì)90年代以來,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,被譽為工業(yè)自動化領(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)。對于一個汽車制造企業(yè)如何高效而有序組織各個生產(chǎn)車間各工位材料并及時送到指定地點是十分重要的。近年來國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)場的對流量、物料、質(zhì)量、設(shè)備測量和監(jiān)控的信息系統(tǒng),是一個柔性的自動化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以使物流通暢及時,實現(xiàn)倉庫最小庫存,而且可以使管理者及時了解整個企業(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)場總線技術(shù)具有高可靠性和強大的診斷功能,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)物料的管理開辟了一種新的思路。
汽車生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的現(xiàn)場總線技術(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、可擴充性強、可維護性好等功能,采用硬接信號線的方法不但煩瑣、昂貴,而且穩(wěn)定性、診斷性、可維護性、可擴充性差,因此,采用現(xiàn)場總線技術(shù)能很好地解決上述問題。
按照國際電工委員會IEC61158的標(biāo)準(zhǔn)定義:“安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。”一般認(rèn)為“現(xiàn)場總線是一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng),是用于工業(yè)控制的計算機系統(tǒng)的工業(yè)總線。”現(xiàn)場總線向人們展示了一種全新系統(tǒng)集成的思想,它在自動化系統(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)場總線系統(tǒng)的突出特點在于:系統(tǒng)的開放性、可互操作性與互用性、現(xiàn)場設(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、對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性等。
現(xiàn)場總線具有節(jié)省硬件數(shù)量與投資、安裝費用、維護費用等優(yōu)點,用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(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)計簡單,易于重構(gòu)等優(yōu)點。
CANBUS最初是由德國的BOSCH公司為汽車檢測、控制系統(tǒng)而設(shè)計的。CANBUS為多主方式工作,網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點可在任意時刻主動的向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息,它采用非破壞性總線仲裁技術(shù),當(dāng)多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時,按優(yōu)先級高低接收。CANBUS的傳輸速率最高可達(dá)1Mbs/40m。
INTERBUS(InterbusFieldbus)由德國PhoenixContact公司1990年推出,應(yīng)用于汽車行業(yè)、煙草行業(yè)、過程自動化等行業(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)通訊的實時性,差分信號傳輸和專門的總線環(huán)路檢查保證了強大的抗干擾性和設(shè)備實時監(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)實現(xiàn)分布式安裝,從而實現(xiàn)分散控制。控制器與現(xiàn)場傳感器/執(zhí)行器之間通過一根總線電纜相連,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,用于實現(xiàn)協(xié)議的控制、錯誤診斷、組態(tài)存儲等功能。
INTERBUS是面向I/O的國際標(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I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換具有很高的實時性,是國際上公認(rèn)的高速總線。INTERBUS具有強大的總線組態(tài)、監(jiān)控、故障診斷功能,在總線控制板、現(xiàn)場I/O設(shè)備以及CMD軟件上都能對每一個總線設(shè)備的狀況進行監(jiān)控,對故障的診斷快,從而極大地提高了控制系統(tǒng)的易維護性和可靠性。INTERBUS是一種簡單器件級簡單網(wǎng)絡(luò),是一種開放的串行總線系統(tǒng),可將不同廠家的現(xiàn)場設(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)中有獨特的優(yōu)勢和吸引力。
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、高效,同時節(jié)省線邊占用空間,減少線邊庫存,并自動統(tǒng)計缺料次數(shù)的時間與頻次、原因,可有效防止不必要的延誤、等待時間甚至由于物料短缺產(chǎn)生停線的問題。整個系統(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)控制計算機,負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理、人機交流、數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)保存。主控部分IBSRFC430控制器采用586CPU,提供了一個基于嵌入式技術(shù)的硬件平臺。集成了總線控制板、程序控制器和Ethernet的標(biāo)準(zhǔn)接口,實現(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Ethernet可以直接對總線系統(tǒng)進行組態(tài)和監(jiān)控。呼叫部分通過現(xiàn)場總線I/O模塊(SAB模塊),SAB模塊具有IP67的防護等級,可直接安裝于車間現(xiàn)場,采集檢測現(xiàn)場工位呼叫情況,再通過現(xiàn)場總線送到主控部分(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IOINLINEBK中繼器模塊和串口RS232通訊模塊),通過串口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)場設(shè)備的無縫聯(lián)接
為了實現(xiàn)上位機工業(yè)監(jiān)控軟件和現(xiàn)場設(shè)備信號連接問題,我們利用OPC(OLEforProcessControl,過程控制中的對象連接嵌入技術(shù))技術(shù)。OPC是一項技術(shù)規(guī)范和開放的工業(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),并受到眾多自動控制設(shè)備制造商的支持。OPC作為自動化系統(tǒng)、現(xiàn)場總線、現(xiàn)場總線設(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)場設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換簡捷化、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)商的自動化設(shè)備,以前為了與各設(shè)備通訊,必須設(shè)計一個專用的通訊接口,而且各工業(yè)監(jiān)控軟件必須與每一設(shè)備建立單獨聯(lián)接(圖2)。而采用OPC技術(shù)后,由于各自動化設(shè)備對OPC的支持和OPC基于OLE、COM、DCOM技術(shù)的特點,就能將所有自動化設(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OPCServer與各個自動化設(shè)備通訊(圖3)。通過采用OPC技術(shù),極大地簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),使原來錯綜復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu)變得簡單清晰,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)備的連接問題。INTERBUSOPCServer是Phoenix公司為INTERBUS總線系統(tǒng)專門開發(fā)的OPCServer,工業(yè)監(jiān)控軟件通過它可以很方便的與INTERBUS總線的現(xiàn)場設(shè)備通訊。
結(jié)束語
現(xiàn)場總線具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)和強大的系統(tǒng)診斷能力,它提高了系統(tǒng)的可靠性與可維護性,由于其設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化,因而設(shè)計簡單、易于重構(gòu)。現(xiàn)場總線技術(shù)不僅是工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢,同時也是控制理論研究方向。它開辟了工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域新時代,被稱為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(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)場總線在汽車生產(chǎn)物流監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。并通過OPC服務(wù)器使得上層組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)與底層遠(yuǎn)程控制器之間實現(xiàn)了無縫銜接,使得整個系統(tǒng)處于一種開放的狀態(tài),具有良好的可擴展性。
