Profibus现场总线系统技术应用在汽车制造业中
文章介绍了长安汽车制造厂总装车间自控系统的配置和功能，阐述了其系统网络结构特点——由计算机、PLC、现场IO模块组成多级的、开放的、模块化的、实时多任务的、集散型的、可扩展的数据采集和监控系统。
一、项目概况
长安汽车制造厂原来可以生产6种型号汽车，年产量在8万辆左右。他的总装生产线是在80年代末引进美国50年代技术制造的，由于在设计、制造上存在许多缺陷，导致系统有故障率高，生产效率低等诸多问题。长安公司为适应中国加入WTO后对汽车行业的冲击，保持中国微型汽车生产企业的龙头位置，在不断推出新车型的同时，生产线的制造能力成为了企业发展的瓶颈。通过我们对总装生产线的改造，大大提高了生产效率，将产量提高到20万辆/年，并且具备了多种车型混装能力，可以满足不断推出新车型的生产需求。
二、改造方案的确定
总装车间的原生产线控制系统采用的是三菱PLC系统，传统的控制模式。所有分布在车间的信号靠IO电缆连接至PLC柜，设备的故障报警信息全部通过BCD码来显示，工人对生产线的干预仅限于启动、停止和急停操作。根据现场生产的实际情况，该控制系统已经无法满足生产需求:
1、无法提供故障的准确检测和判断。时间对于总装车间来讲是分秒必争，尤其是在产量达到一定规模以后。故障产生时，维修人员需要以最快的速度发现和解决问题，老系统必须由工人根据报警代码寻找故障地点，再根据经验分析原因，故障停线时间因此比较长。尤其是在PLC本身发生故障时，往往会浪费更多的时间。
2、检修困难。总装车间的信号多，而且分布面积很广，桥架里的电缆敷设很拥挤，加之时间比较长，线号已经模糊不清，维修工人需要更换电缆、电气元件等需要耗费很大的工作量。
3、无法为工厂资源管理信息系统（MRPII）提供快速、准确的生产信息。车间的零部件物流无法根据实际的生产进度进行合理的调度。
西门子公司的PROFIBUS现场总线网络技术，为这个系统提供了一个完整的解决方案。在过去的十多年里，随着生产车间自动化和过程自动化中分散化结构的迅速增长，现场总线系统的应用日益普遍。其原因之一是：现场总线系统实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与可编程逻辑控制器（PLC）和PC之间的数据传输，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近，使安装和布线的费用开销减少到最小，从而使成本费用大大地节省。其原因之二是：标准化的现场总线具有“开放”的通信接口，允许用户选用不同制造商生产的分散I/O装置和现场设备。
PROFIBUS现场总线系统的结构是透明和开放的。只有这样，工程师们才可能从市场上大量可供应的现场设备和部件中选择最佳的产品组成他们自己的系统。现场总线PROFIBUS满足了生产过程现场级数据可存取性的重要要求。一方面它覆盖了传感器/执行器领域的通信需求，另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。特别在“分散I/O”领域，由于有大量的、种类齐全的、可连接的现场设备可供选用。同时该总线系统又提供了丰富的设备诊断信息，操作员可以直接通过监控计算机了解整个车间系统设备的健壮性，为故障的判断提供直截了当的辅助手段，大大减少了故障的排除时间。
Profibus利用了现有的国家标准和国际标准。其协议以国际ISO（国际标准组织）标准OSI（开放系统互连）参考模型为基础。ISO/OSI通信标准模型由7层组织，并分成两类。一类是面向用户的第5层到第7层，另一类是面向网络的第1层到第4层。第1层到第4层描述数据从一个地方传输到另一个地方，而第5层到第7层给用户提供适当的方式去访问网络系统。
三、系统结构
我们根据国内外类似系统的运行管理情况以及在该行业中的实际经验，依照国际自动控制领域的发展趋势，本着安全可靠、简单实用、先进（十年不落后）的原则，充分发挥西门子自动化产品的技术优势，以S7控制平台和开放的现场总线网络ProfibusTM体系为核心，采用最新的控制器、驱动、网络架构及工控软件产品为用户提供了一个由计算机、PLC、现场分布式I/O组成的多级的、开放的、模块化的、实时多任务的集散型可扩展数据采集和控制系统。
该系统采用集成工业现场总线、控制总线和100/1000M高速以太网组成的混合三层体系结构，既支持基于浏览器的B/S结构体系，也支持C/S结构体系。
整个总装车间的输入/输出信息形式多样（包括图像、图形、文字、语音、数字等多媒体形式），信息量大，对系统功能要求高。控制监视任务不仅仅限于单机的检测和控制问题，而且还实现了对整个车间的监控、故障诊断、物流优化、生产预报和调度。以PLC和计算机为核心的信息处理机制完成对综合信息的管理、生产过程的计划、调度、监视与自动化控制，系统具有以下三个主要方面的功能：
1、现场生产数据的采集、分析、处理、动态追踪、工艺控制等前台生产现场检测与控制；
2、车型数据、设备故障信息、安装工位管理等后台信息管理；
一、项目概况
长安汽车制造厂原来可以生产6种型号汽车，年产量在8万辆左右。他的总装生产线是在80年代末引进美国50年代技术制造的，由于在设计、制造上存在许多缺陷，导致系统有故障率高，生产效率低等诸多问题。长安公司为适应中国加入WTO后对汽车行业的冲击，保持中国微型汽车生产企业的龙头位置，在不断推出新车型的同时，生产线的制造能力成为了企业发展的瓶颈。通过我们对总装生产线的改造，大大提高了生产效率，将产量提高到20万辆/年，并且具备了多种车型混装能力，可以满足不断推出新车型的生产需求。
二、改造方案的确定
总装车间的原生产线控制系统采用的是三菱PLC系统，传统的控制模式。所有分布在车间的信号靠IO电缆连接至PLC柜，设备的故障报警信息全部通过BCD码来显示，工人对生产线的干预仅限于启动、停止和急停操作。根据现场生产的实际情况，该控制系统已经无法满足生产需求:
1、无法提供故障的准确检测和判断。时间对于总装车间来讲是分秒必争，尤其是在产量达到一定规模以后。故障产生时，维修人员需要以最快的速度发现和解决问题，老系统必须由工人根据报警代码寻找故障地点，再根据经验分析原因，故障停线时间因此比较长。尤其是在PLC本身发生故障时，往往会浪费更多的时间。
2、检修困难。总装车间的信号多，而且分布面积很广，桥架里的电缆敷设很拥挤，加之时间比较长，线号已经模糊不清，维修工人需要更换电缆、电气元件等需要耗费很大的工作量。
3、无法为工厂资源管理信息系统（MRPII）提供快速、准确的生产信息。车间的零部件物流无法根据实际的生产进度进行合理的调度。
西门子公司的PROFIBUS现场总线网络技术，为这个系统提供了一个完整的解决方案。在过去的十多年里，随着生产车间自动化和过程自动化中分散化结构的迅速增长，现场总线系统的应用日益普遍。其原因之一是：现场总线系统实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与可编程逻辑控制器（PLC）和PC之间的数据传输，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近，使安装和布线的费用开销减少到最小，从而使成本费用大大地节省。其原因之二是：标准化的现场总线具有“开放”的通信接口，允许用户选用不同制造商生产的分散I/O装置和现场设备。
PROFIBUS现场总线系统的结构是透明和开放的。只有这样，工程师们才可能从市场上大量可供应的现场设备和部件中选择最佳的产品组成他们自己的系统。现场总线PROFIBUS满足了生产过程现场级数据可存取性的重要要求。一方面它覆盖了传感器/执行器领域的通信需求，另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。特别在“分散I/O”领域，由于有大量的、种类齐全的、可连接的现场设备可供选用。同时该总线系统又提供了丰富的设备诊断信息，操作员可以直接通过监控计算机了解整个车间系统设备的健壮性，为故障的判断提供直截了当的辅助手段，大大减少了故障的排除时间。
Profibus利用了现有的国家标准和国际标准。其协议以国际ISO（国际标准组织）标准OSI（开放系统互连）参考模型为基础。ISO/OSI通信标准模型由7层组织，并分成两类。一类是面向用户的第5层到第7层，另一类是面向网络的第1层到第4层。第1层到第4层描述数据从一个地方传输到另一个地方，而第5层到第7层给用户提供适当的方式去访问网络系统。
三、系统结构
我们根据国内外类似系统的运行管理情况以及在该行业中的实际经验，依照国际自动控制领域的发展趋势，本着安全可靠、简单实用、先进（十年不落后）的原则，充分发挥西门子自动化产品的技术优势，以S7控制平台和开放的现场总线网络ProfibusTM体系为核心，采用最新的控制器、驱动、网络架构及工控软件产品为用户提供了一个由计算机、PLC、现场分布式I/O组成的多级的、开放的、模块化的、实时多任务的集散型可扩展数据采集和控制系统。
该系统采用集成工业现场总线、控制总线和100/1000M高速以太网组成的混合三层体系结构，既支持基于浏览器的B/S结构体系，也支持C/S结构体系。
整个总装车间的输入/输出信息形式多样（包括图像、图形、文字、语音、数字等多媒体形式），信息量大，对系统功能要求高。控制监视任务不仅仅限于单机的检测和控制问题，而且还实现了对整个车间的监控、故障诊断、物流优化、生产预报和调度。以PLC和计算机为核心的信息处理机制完成对综合信息的管理、生产过程的计划、调度、监视与自动化控制，系统具有以下三个主要方面的功能：
1、现场生产数据的采集、分析、处理、动态追踪、工艺控制等前台生产现场检测与控制；
2、车型数据、设备故障信息、安装工位管理等后台信息管理；
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