欧姆龙DeviceNet现场总线在汽车焊装生产线的应用

1  引言
        随着PLC技术的发展和大量智能设备的涌现，机架式的集中控制和总线模式的离散式控制系统成为实时现场控制系统两大模式。而总线模式的离散式控制系统凭借其配置灵活、工作稳定、线路简单等特点得到越来越广泛的应用。devicenet现场总线是欧姆龙工业控制网络技术——netlinx的底层网络，具有开放、低价、可靠、高效的优点，特别适合于高实时性要求的工业现场底层控制，得到广泛应用。
2  应用优势
        与传统的控制系统相比较，devicenet现场总线具有以下优势：利用信息技术及数字信号通信技术，有效提高了系统的测量和控制精度；应用网络技术数据传输可靠、信息响应快速、抗干扰能力增强；具有自动诊断、故障显示功能；更好地满足控制系统信息集成的要求；总线节点具有良好的防护等级，可以直接安装于工业现场；系统设计调试更加灵活方便、控制性能大幅度提高；系统综合成本大幅度减少。
3  应用方案简介
        以omron公司的自动化产品基于devicenet总线在我公司某车型生产线焊装夹具中的改善实例，对devicenet总线的网络组态和调试过程做一下介绍。
3.1 改善的原因和需要达到的目的
        该生产线是一条以往复杆为主要传输工具的白车身手动焊接主线，是几年前的设计产品，采用 是传统的plc集中控制(一个主机架和两个扩展机架)，对主线所有的夹具实现手动和自动运行。所有的数字量i/o点均从plc柜内接线，导线用量大、布线复杂、故障率高，给现场维护带来了诸多不便，严重影响生产。特别是二号工位上的左右侧围，夹具气缸非常多，i/o线路比较庞大，不但给反复运动的坦克链带来很大的负荷，而且大量的线路因为这样频繁的往复运动很容易造成线路的损坏，给故障的处理带来不便，甚至影响生产。
在分析、比较了各种不同的控制方案后，我们决定采用以devicenet为底层网络的现场总线控制系统从根本上去解决这个问题。
        经过改造升级后，系统的自动化控制性能要得到很大的提高，而且系统可靠、故障率低、维护方便，能有效降低停台时间、提高生产效率。
3.2 方案的规划
        在保证原系统能正常运行的前提下，只对二号位的左右侧围夹具进行控制模式的改善，构建一个集散式的控制系统，并且添加以态网通信卡用来和上位机的监控系统进行实时的数据交换，上位机采用组态王软件进行画面组态模拟和现场生产状态的监控。针对二号位上的被控元件，总线上连接的输入设备有按钮、接近开关，输出设备有电磁阀。二号位夹具的工作状态、故障信息等均通过devicenet网络传送至上位机和控制器。
3.3 系统的构建及调试
        (1) 进行总体规划，根据现场的实际情况进行合理的线路的布局。以二号位的左右侧围夹具来说，两侧的气缸呈对称式分布，输出电磁阀也基本对称，总线从主plc出来先接入左侧邻近主控制柜的离散控制盒内再经坦克链接到右侧的控制盒结束。图1是总线部分的拓扑图。

图1  devicenet总线架构
        (2) 将现场的离散模块(小控制盒内的防护等级ip20的输入和输出模块以及防护等级ip67的输入模块)连接到devicenet总线的节点。omron的总线模块分为端子排连接和标准插接头的连接两种方式，devicenet总线标准电缆是一根4芯的同轴电缆加上屏蔽层，芯线的颜色分别是红(24v+)、黑(24v零线)、蓝(信号正)、白(信号负)四种颜色，在端子排连接的模块上标明了四种颜色，在接线时要保证一致；标准插接头的插头连接要根据具体模块图纸上的要求进行连接。无论是端子排连接还是插接头连接，最终的检测标准是任何一种颜色的线要一通到底，所以在连接好总线后必须要用三用表的电阻档来检测所有链路是否通畅。网络总线两端应安装正确的终端电阻(120ω，可选配omron公司随系统提供的标准终端电阻)，在系统不上电时测得的网络can-h和can-l之间的电阻值应在50ω～70ω。
        (3) 安装devicenet网络组态工具软件configurator v2.2，该工具是用来对总线上的设备进行网络节点分配和离散模块的i/o地址配置。在安装好该软件后有必要对其中的eds配置文件进行更新和升级，否则可能会在总线扫描时出现模块无法识别的情况。
         (4) 给将要添加到devicenet网络上的每个设备分配节点 址并设置正确的通信波特率，devicenet网络上每个网段所有节点的通信波特率必须一致，且不允许有节点地址重复的设备。在网络配置界面右键点击总线上的节点设备图标可以对每个节点的地址进行更改，节点设备都配置好后在总线分配器上的输入/输出选项卡上可以对已经配置了节点号的设备进行输入/输出通道地址的分配。当然也可以方便地取消或添加模块的默认i/o地址通过点击全局选项卡上的“register/unregistered”按钮，这样就很方便地将出错或暂时不需要的模块从总线上屏蔽掉，给调试工作带来很灵活的处理。
        (5) 通过编程设备将plc的机架插槽模块配置下载到plc。在连接总线分配器之前，我们需要通过plc模块上的rs232接口连接plc模块至编程设备，通过在线功能将主机架上的功能模块和i/o模块以及扩展机架上的i/o模块，按照实际的插槽号一一对应地配置到plc的i/o配置中去并下载到plc，plc将通过该配置来对机架上的模块进行扫描检查，如果发现配置信息和实际的不一致将会在诊断信息里面给出具体的出错提示，可以很直观地通过提示找到问题点。在c200h中的插槽号是固定了的，但是在cs1h-h的处理器中的插擦好是连续分配的，如果我们要跳过一个插槽不进行配置时需要将该插槽配置为“16点虚”这样的话它只占用插槽号但不分配实际地址。在以太网插槽点击鼠标右键可以对以太网进行相关的通信设置如ip地址等，设置好后下载到plc以便后面通过网线与plc进行通信连接。
        (6) 通过编程设备将devicenet网络配置的节点设备参数全部下载到总线分配器。这个过程分两步进行：首先是将配置的节点设备组态数据下载到总线分配器模块，通过文件选项里面的下载选项；然后是双击打开总线分配器，将里面配置好的i/o通道配置下载到总线分配器，通过点击下载按钮进行下载。这个过程都必须是在编程设备和plc在线的情况下进行的(rs232接口或者是以太网卡接口)，而且需要注意的是这些数据一旦下载到总线分配器后就会保存在总线分配器里面，就算掉电也不会丢失，所以有时候在使用旧的模块对总线进行扫描时会有冲突信息提示，表明当前扫描的总线设备与总线分配器里面的存储内容不符(包括节点地址不符、型号不符、i/o地址不符等)，同时总线分配器的led显示屏也会给出相应的冲突的设备的节点号。当出现这样的情况时，需要手动地将实际的总线配置和i/o配置编辑正确后下载到总线分配器再次扫描就不会出现上面的情况。
         (7) 原始程序的修改。在修改程序之前先将升级的主机架和plc替换掉原来的旧机架和plc，其他的模块保持不变，然后将离线的程序里面的cpu进行升级处理，其程序内部的变量地址也跟着会相应的变化(因为针对不同的plc模块其内部地址的编址方式可能会有所不同)，外部i/o保持不变。将自动转换后的程序通过rs232接口下载到plc进行在线试运行，看是否和原始的模块运行时有所不同，最后得到的结论是：内部点的自动转换不会影响到原始程序的正常运行。运行无误后就可以将二号位的i/o地址根据总线分配器里面的i/o配置进行相应的修改，然后保存到新的plc里面。
        (8) 将所有的程序和总线节点配置文件做好备份，以便日后进行数据恢复和维护。
5  结束语
        系统运行实践表明：该系统功能强大、安全可靠、操作灵活，为生产线白车身的生产创造了明显的经济效益，并大大提高了生产效率、自动化生产水平和管理水平。
作者简介
        龚前江  供职于奇瑞汽车股份有限公司设备部。
参考文献(略)