PROFINET与PROFIsafe在汽车厂车身车间的一体化应用

[摘要]随着汽车产业的发展，对设备的性能也提出了更高的要求，如快速响应、实时通信等。同时，车间内的人身安全也是必须关注的焦点，并且要求简化设计，安装调试节约项目成本。本文以某汽车厂车身车间的下车身线为例，介绍了PROFINET和PROFIsafe的综合应用。

[关键词]PROFINET PROFIsafe

一、项目简介

某汽车厂为国际知名汽车厂的合资企业，于2003年在沈阳建厂。本地生产其旗下的两款高端豪华轿车。2009年在原有厂区外扩建一个车身车间。整个项目控制系统的实施完全依照该公司制定的最新的控制系统企业标准。

汽车车身的性能在整车性能中占有非常重要的比重，其依赖于汽车车身的制造设备和工艺。车身生产的工艺流程大同小异，主要将白车身零部件包括底板总成、侧围、顶盖、前围和后围组装焊接成一个完整的白车身。车身生产线上需要用到的设备有焊枪及机器人、输送设备、涂胶设备和工装夹具等，通过现场总线连接，使用PLC控制系统控制这些设备自动柔性运行。该车间还是一个可以生产多种车型的柔性的系统。公司管理层的生产信息系统和质量系统通过网络将车型和物流质量等信息直接发送到现场设备。

如上所述，此生产线是典型的多工种、多工艺、多物料的大规模生产过程。要求设备快速响应和实时通信，同时随着汽车行业之间竞争的日益激烈，各生产厂商都普遍面临着提高生产效率、降低生产成本、提高生产管理水平等种种压力。汽车项目规划和设计控制系统的基本指导原则是采用最先进的自动化技术和产品，从而最大程度地减小系统集成和调试时间、降低投资成本，方便生产运行阶段的维护与工艺调整，提高各工艺设备系统的稳定性，减少故障停机时间，保证计划产量的实现。该厂的控制系统企业标准体现了上述宗旨，并把柔性制造和系统的安全保障予以重视。因此，根据该标准，该项目采用PROFINET总线系统。

本文以下车身线为例介绍其控制系统结构及应用。该生产线由10、15、20工位组成，共有16台机器人和3个工装夹具台。主要工艺过程为依次经过3个工位完成下车身总成的拼装和焊接。期间机器人要完成抓取工件、涂胶和焊接等工作。大量的机器人及工装夹具等造成了许多需要保护的危险区域，所以必须使用故障安全系统PROFIsafe。生产线简图如图1所示。

图1下车身生产线简图

二、控制系统的构成

依据该厂控制系统企业标准，此项目使用西门子高性能故障安全型PLC作为中央控制单元，采用集中一分散的控制方式。整个生产线建立在PROFINET基础上集成PROFIsafe。由CPU416F-2作为主站和ErI200S分布式I/O组成，本地标准I/O模块和安全模块混合安装。E，I200S标准模块读取和控制本地普通的I/O信号。PROFIsafe安全模块处理与安全有关的信号。与其他CPU之间采用PN-PN COUPOER交接信号。安全设备和标准设备的数据流完全整合在以PROFINET为平台的总线系统中，使标准设备和安全设备同时使用同一条通信链路，并且安全系统的编程也与标准系统使用相同的标准STEP7软件，真正体现了软件和硬件的一体化。

此前该厂使用过以另一种总线为平台的标准部分和安全部分完全分离的系统，即标准PLC I/O和安全PLC完全分离，需使用不同的总线系统和编程软件。而现在使用的是同一个PLC、同一条总线和混合I/O，在该系统中共享控制器、共享总线和I/O用于标准部分和安全部分。图2和图3所示为新旧两方案的对比。

图2PLC L／0和总线分离

图3一个PLC、一条总线、混合I/o

现在的方案为在同一条总线( PROFINET)上实现标准通信和安全通信。这不仅节省电缆敷设和零件多样化费用，而且方便调试。该项目现控制系统结构如图4所示。

图4控制系统结构