随着电子技术特别是网络控制技术日新月异的发展，现场总线（Fieldbus）技术已成为当今自动化领域发展的热点课题，并受到了广泛的关注。
一汽集团解放公司卡车厂采用西门子公司的S7系列PLC和菲尼克斯公司的Interbus现场总线系统，作为换代卡车驾驶室焊接装配线的控制核心，并配合举升与往复机构的两个变频器，组成换代卡车驾驶室焊接装配线的基本系统。
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现场总线是在生产现场用于连接智能现场设备的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络；现场总线控制系统（FCS）则是基于现场总线的自动控制系统，即以现场总线作为工厂底层网络，通过网络集成而形成的自动控制系统网络。在总线控制系统中，按照公开、规范的通信协议在智能设备之间、智能设备与远程计算机之间实现数据传输和信息交换，从而实现控制与管理一体化的综合自动化。与传统控制系统相比，现场总线控制系统的适应性、可扩展性、可维护性以及抗故障能力都很出色，在减少系统线缆，简化系统安装、维护和管理，降低系统的投资和运行成本，增强系统性能等方面有较强的优越性。目前被广泛应用的主要有Interbus、Profibus、ControlNet、DeviceNet、CAN控制局域网等。
由于现场总线技术在工控领域具有多方面优势，近年来得到了极其迅速的推广和应用，尤其是在汽车行业。
项目介绍
随着我国汽车工业的飞速发展，卡车市场的竞争也变得越来越激烈，呈现出多家产品分争市场的新格局，而国内重型卡车的研发和制造始终是空白。在这种严峻的形式下，一汽集团解放公司率先开发了自主设计的国产重型卡车J6系列产品，并成功投放市场。
换代重卡驾驶室主焊线就是专门为J6系列重型卡车的生产而设计制造的全自动生产线。该生产线是一条多品种混流生产的柔性生产线，全线共12个工位，可分别完成驾驶室各分总成在主焊线上的焊接、涂胶及装配等任务，并自动实现与其他各生产线同步的车型转换，是一条能够完成J6系列几十种车型驾驶室焊接及装配任务的全自动流水生产线。
本项目实施的目的，是将自动控制技术、现场总线技术及机器人等技术应用到换代卡车驾驶室焊接装配线电气控制系统中，实现对换代卡车驾驶室主焊线整个控制系统的设计和制造，通过建造一条国内汽车行业水平领先的全自动生产线，来确保新型重卡J6系列产品的装配质量，以满足日益扩大的市场需求。同时为推动先进的控制理论及新技术在企业生产中的应用，提高企业的经济效益和社会效益起到积极的促进作用。
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图1 Interbus现场总线模块的安装
总体方案设计
整个焊接装配线工艺设计先进，在目前亚洲汽车行业居领先水平。机械传输方式采用升降式托杆往复传输线，其运动轨迹是上升-传送-下降-返回，该往复线应满足驾驶室焊接总成6大系列车型的生产。各工位配备设计先进、结构合理的夹具夹紧定位装置，整个机械部分设计制造由日本富士装备公司总承包。采用西门子PC870人机界面实现对控制系统的操作和监控。采用德国SWAC公司的远程操作面板代替以往的按钮站来实现各工位手动动作及自动操作的功能。全线共选用26台焊接、搬运及涂胶机器人，全部选用瑞典ABB公司的产品。所有机器人分布在3～10工位，担负着J6系列驾驶室底板总成、前围总成、左侧围总成、右侧围总成及后围总成等五大总成的合装、焊接等任务。1、2工位为车身下部总成、左右侧后围总成的人工上料工位，11工位为补焊工位，12工位为激光在线检测工位，经主焊线焊接装配完成的驾驶室总成经激光在线检测确认质量合格后，由空中输送系统传输至驾驶室总成调整线。
现场总线系统选型
由于该控制系统配置复杂，自动化程序要求较高，生产线距离长、跨度大，且线上设备及元件数量非常多，根据系统的实际工况，考虑使用西门子S7系列PLC作为控制系统的核心，配以目前在工业控制领域技术领先的现场总线技术作为与现场设备的连接。
菲尼克斯公司的Interbus是最早进入汽车工业的现场总线，其很多产品也是专为汽车行业而设计的：如专为汽车行业焊装车间使用的Ruggled Line IP67系列产品，能够抵抗电火花的直接冲击；为焊装机器人的机械手配套的CDIO产品，性价比极高的聚脂光缆（IBS独有）做总线传输媒介（光信号不受电磁干扰），在线故障诊断等，极大满足了汽车用户的需求。另外Interbus总线为环形网络，单个系统最多512个模块，在采用双绞线的情况下最长达12km，无终端电阻，无需模块设址，使用方便灵活。而且在发生故障时，Interbus能在线准确地告诉操作人员错误位置、类型、解决方法等，诊断功能极其强大，可最大程度降低维修人员的工作量，减少停机时间。
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图2 换代卡车驾驶室主焊线
综合Interbus现场总线的优点以及焊装现场的实际工况，证明这种具有较强的抗电磁干扰能力、方便维修与调试、使用方便、性能可靠的现场总线正是该系统改造需要的。而且Interbus与西门子公司的S7系列PLC接口简便，实际应用案例非常多，具有成熟的使用经验，系统配置合理。因此一汽集团解放公司卡车厂决定采用西门子公司的S7系列PLC和菲尼克斯公司的Interbus现场总线系统，作为换代卡车驾驶室焊接装配线的控制核心，并配合举升与往复机构的两个变频器，组成换代卡车驾驶室焊接装配线的基本系统。
控制系统方案设计
该系统改造的重点是如何实现机器人系统与装配线的合理衔接和控制，以确保全线的全自动运行。全线共配置26台机器人，分别完成涂胶、点焊、搬运等任务。
根据主焊线的工艺要求，配置电气控制系统硬件结构如图3所示。
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图3 电气控制系统硬件结构图
该系统改造选用西门子S7-400系列CPU416-2DP作为控制系统的核心。通过以太网通讯模块CP443-1将主焊线控制系统与车型管理系统相连接，接收车型管理系统传递的车型数据来实现各工位夹具随车型的全自动变换。由于机器人出厂时已配置了Profibus适配卡，因此将26台机器人连接到Profibus现场总线上。其他各工位夹具及现场I/O、SWAC操作面板等均连接到Interbus现场总线系统上，并通过IBS S7 400 DSC/I-T Interbus适配卡与西门子CPU进行数据通讯，整个Interbus现场总线系统上共有86个现场安装的Ruggled Line IP67I/O模块、37个InLine IP20 I/O模块、7个192Bit SWAC操作面板，来实现对所有夹具手动、半自动操作及全自动的操作，以及对往复杆、机器人等设备的控制等。通过人机界面PC870来建立控制系统与外界的联系，实现对设备运行状态的监控及故障信息的显示和存储，以便于更迅速快捷地查找故障，维修设备。至此，整个控制系统的硬件设计就基本完成，根据工艺要求及机械动作时序，设计系统的程序流程如图4所示。
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图4 程序流程图
结语
系统安装调试后，可以根据工艺要求精确地完成驾驶室总成的焊接及装配任务，且焊接质量和装配精度均达到产品的设计标准。另外，现场总线、以太网、人机界面、SWAC操作面板、机器人、变频器等目前先进技术的应用，使换代卡车驾驶室主焊线的整体控制水平跃上了一个新台阶，整个系统稳定性、准确性大大增强，具有一定的推广和应用价值。
