安全总线在自动化控制的应用

安全总线在自动化控制的应用

摘要：随着社会经济的发展，汽车逐渐走进千家万户，成为人们主要的出行交通工具。为进一步降低汽车焊装焊接成本，提升汽车焊接的质量与安全性，越来越多的汽车厂商开始采用焊装自动化控制系统。本文现分析了汽车焊装焊接生产线及自动化控制的构成，然后，重点探讨了安全总线在汽车焊装自动化控制中的应用，以供参考。

关键词：汽车焊装；自动化控制；安全总线

现场总线是一种比较成熟的控制系统技术，安全总线是在“标准现场总线”基础上发展而来，从本质上来说，其是属于一种安全控制系统技术，这种技术使用的是安全总线协议。在具体的应用实践过程中，可以说安全总线的完整性比较高，能使安全信息在预定时间内，完整、可靠地在设备间进行传输。目前，安全总线在汽车、机械、船舶、机床、石化等行业的应用越来越广泛。随着汽车保有量的日益增加，汽车行业也获得了快速的发展。在汽车焊接工作中，安全总线是非常重要的一个环节，对汽车生产与质量都具有重要的影响。

1安全总线的特点分析

安全总线系统包含安全控制器、现场分散安全模块两部分，二者通过安全总线（Cable）来连接，连接必须符合安全相关要求并经过认证。其中，安全控制器是核心，主要负责安全系统的逻辑运算处理、运作管理等；现场分散安全模块主要是进行安全输入、输出信号处理。汽车安全总线包括A、B、C、D四类总线，A类总线按照uart通用异步收发器标准进行设备通信；B类总线的通信标准是依据can标准来进行的，其位速度一般为47.6-125，达到了欧洲标准；C类总线为动力传动控制系统；D类总线为多媒体总线、信息娱乐系统，可细分为高、低、无线三种速度，sae类型的传输频率为250kb/s-100md/s。在对当前汽车焊装实际进行研究的基础上，Rockwell、Siemens等几家世界大规模自动化系统公司与传感器生产公司通过深度合作，通过技术合作，研发出了安全总线控制系统，这种系统具有良好的兼容性与开放性，实验结果显示其应用效果是非常显著的。与标准总线相比，安全总线系统与其之间的差异点，主要集中在通信协议标准方面。安全总线能够使安全PLC与标准PLC系统进行集成，使其共同统一到PLC中，再借助一条物理总线的支持，实现标准的I/O通信与故障安全I/O通信。作为一个开放性的总线系统，汽车生产线上的安全总线，主要用来传输安全相关数据及完成安全相关的功能，使控制分散化、现场化和便捷化，具有安全、可靠、低成本、控制网络结构简化等优点并能提高系统结构灵活化，从而进一步扩大安全系统控制范围，为安全、稳定生产提供保障。

2汽车焊装自动化系统

2.1汽车生产线构成

汽车焊装生产线包括车身完成线的构造装调线、车身主焊线、下车身总成线、地板总成线、机舱总成线、侧围总成线和四门两盖总成线等。主焊线是所有汽车生产线的基础，也是汽车生产线上的核心，是汽车车身上最为最重要的一条生产线，其生产质量会直接决定着汽车的质量。地板下车身总成线主要是机舱总成与地板总成焊接，需要较高的机械自动化，对机械设备和焊接技术的要求都比较高。侧围总成线就是指汽车侧围的结合，由两条对称的焊接生产线构成。出于外观和安全考量，侧围总成线需要较高的自动化技术才能实现其功能作用。装调线是在完成焊接等工作后，对汽车四门两盖进行相应的装配和优化调整，使整车间隙及面差达到公差允许的范围。

2.2汽车焊装自动化控制系统

从实际来看，汽车焊装车间依据生产线，可以分成不同的独立控制部分，这些部分分别通过控制层、设备层、监控层等来控制，各层的功能需要相应的软硬件实施来辅助实现。汽车焊装车间自动化系统包括硬件系统与软件系统，二者具有相辅相成的关系。2.2.1汽车焊装自动化控制硬件系统第一，汽车焊装内的控制层。控制层利用PLC系统进行控制，该控制系统安装在焊装车间自动化生产线中，包括左/右侧围PLC控制系统、ANDON系统信息采集PLC控制系统、地板线PLC控制系统等。根据我国汽车焊装发展实际来判断，可以发现，汽车焊装生产线是推动汽车行业创新发展的基础和前提。在汽车生产企业，汽车车间的控制层都是由车间的自动化控制系统构成的，各系统都是采用自动化控制技术来进行控制，每个控制系统的内容都不同。各个控制系统之间需要互相依赖和协调，这样才能确保车间控制有序、高效。第二，汽车焊装内的设备层。设备层指的是PLC控制系统中的现场电气设施，在信息科技日新月异发展推动下，汽车行业的自动化水平越来越高，汽车焊装设备也实现了自动化控制，扫描枪、无线射频读写设施、焊装机器人、光幕、远程模块以及变频器等都属于设备层，它们在汽车焊装中得到了广泛的应用。如果汽车焊装设备出现问题，就会对汽车生产系统的创新化及未来发展产生较大的影响。随着现代化工业的不断发展，目前，汽车焊装自动化控制中的热点技术是基于总线技术的网络集成自动化技术。第三，汽车焊装内的监控层。在功能实现上，监控层通过ANDON系统服务器、监控管理系统服务器等进行工作，这些服务器都位于车间控制室中，可以对车间生产进行监控。监控层在汽车生产的任何环节都是非常重要的，其在生产车间中起到了管理和上位监控两大功能作用。来自厂级MEC制定的计划通过生产车间监控管理系统服务器被车间接收，各生产线按照计划开展生产。现实的生产情况通过生产车间监控管理系统服务器，可以及时反馈到厂级MES系统，由其进行信息汇总处理，从而提高汽车生产效率与质量。2.2.2汽车焊装自动化控制软件系统第一，结构化编程模式。汽车焊装生产线尽管各不相同，不同的汽车厂家对于PLC程序的树状结构要求也存在差异，但其自身功能结构单元都是相对统一的，结构化编程模式基于此特点，可以提高程序结构的可读性与统一性，方便、快捷地维护、修改汽车焊装自动化控制系统。第二，模块化编程模式。汽车生产企业的焊装车间内，焊装线有多种，每种的功能与内部构成都存在很大的区别，但在设备构成和运行方式方面，却具有很多相似之处。模块化编程方式实际上就是在将相同的设备和运行方式变量进行集中管理，这样可以简化程序编辑工作量，达到程度优化和统一。在模块化编程过程中，根据用户自定义的各类数据来编辑变量，重新定义变量，之后，再将PLC程序制成功能模块，并在具体应用中依据I/O变量的不同，调用各个模块来完成编程。

3汽车焊装自动化控制中安全总线的应用

随着生产规模的不断扩大以及生产技术的提升，控制系统的自动化水平也得到了不断加强。在自动化系统中，与其他系统相比，安全设备控制系统发展是比较迟滞的。安全总线技术属于比较先进的技术，具有安全总线协议，从协议上来看，其扩展了对标准协议，这样就可以实现在安全总线下，标准及安全装置都能实现在同网络上运行。安全总线的安全通信不需要网关、网桥等价格较高的硬件设备，既能独立进行应用，也能与标准总线进行联合应用，而且，在应用过程中，不需要另外增加辅助设备。作为一种性能卓越的传输介质，安全总线系统抗噪抗干扰能力强，能自动检查重合“节点地址”，重审“数据链层”，并能结合其他配置创建系统“优先权”功能，在此过程中，误码发生率也极低。PROFIsafe和SafetyBUSp两种安全总线在世界上的应用比较广泛，其中，德国PROFIBUS用户组织（PNO）颁布的PROFIsafe，其基础是标准PROFIBUS，可以实现主、从站之间故障安全通信。PILZ公司颁布的SafetyBUSp，其应用的是以CAN协议为基础的通信方式，这种协议下的传输是通过双线差动进行通信的，抗噪声能力非常显著，SafetyBUSp只作为安全总线系统使用，其协议负责数据安全安全性。安全总线在汽车焊装自动化控制中的应用日渐广泛，提高了汽车焊装的效率和车身的焊接质量，推动着汽车焊装向着智能化以及网络化发展。在汽车电气控制系统中，一共存在五条空中运输线，所有的工艺流程都通过其到达最终目的地。这些生产线都比较先进，有效避免了传统生产线的弊端。点焊机器人在汽车自动化生产线焊装系统中起到了主要的作用，其能识别汽车车厢以及内部设备，并自带修磨的装备。安全总线功能强大、安全可靠、操作灵活，为汽车生产企业创造了极大的效益，对我国汽车行业创新也有着很大的启发作用。

4结语

综上所述，安全总线在汽车焊装自动化控制中的应用，其效果是非常显著的，既能提升汽车焊装效率，也能提高汽车车身焊接质量，并能促进程序的重用性与移植性，从而真正推动我国汽车焊装自动化控制实现现代化、智能化发展。

参考文献：

[1]周喆.安全总线在汽车焊装自动化控制中的应用研究[J].山东工业技术，2018（24）：64.

[2]张巧巧.汽车焊装车间自动化控制技术[J].中国战略新兴产业，2018（04）：107.

[3]刘靖.安全总线在汽车焊装自动化控制中的应用分析[J].科技风，2016（11）：154.

[4]黄初敏.安全总线在汽车焊装自动化控制中的应用分析[J].山东工业技术，2016（02）：8.

作者：叶雷 王刚 单位：湖南猎豹汽车股份有限公司