IP67标准DeviceNet现场总线在汽车零部件装配线上应用

在塔奥汽车制品有限公司T11前、T11后模块装配线工程中，电气控制系统安全可靠，维护简便，整体成本低于传统PLC控制系统，统计数据完整，深得现场维护人员和管理人员的好评。

塔奥汽车制品有限公司是一家汽车结构件、组装件和模具的设计及生产商。2003年6月，我们承接了该公司T11前、T11后模块装配线工程，2004年6月，工程圆满完成并投入生产。在装配线的电气控制系统中,我们采用了OMRON公司的SYSMAC  CJ1系列PLC作为控制主站，向下采用了欧姆龙符合IP67标准的DeviceNet现场总线产品，将现场I/O站与控制站连接起来，并且运用了OMRON公司的RFID数据存贮及跟踪产品，向上采用（100M/10M）工业以太网技术，充分利用IFIX的组态监控能力将上位监控机、服务器与控制站的数据、控制、管理等信息紧密相连。HMI系统采用OMRON公司的NT31C系列可编程终端，既能满足现场操作的需要，同时又能作为服务器供现场人员查询现场生产和运行状况。

装配线结构

塔奥汽车制品有限公司T11前、T11后模块装配线是为某汽车公司配套生产T11零部件而设计的装配线，该系统分为T11前和T11后两条装配线，设计目标是能满足T11前、T11后零部件的装配任务，装配线控制系统运行可靠、维护方便并能满足多种产品的生产要求。装配线机械结构采用托盘垂直返回的双层输送结构，系统采用内置摩擦式驱动滚道，分为上下两层，上层用于装配，下层用于空托盘返回，两个端部设计为液压升降滚道，中间部分为长度2m/工位的模块化驱动滚道。装配线的输送系统为长期运行方式，装配线的每个工位有气动停止器、占位开关，占位开关为接近开关，停止器气缸装有停止器打开到位和关闭到位开关，为磁性开关。在装配线的每个工位都有操作按钮盒，每个工位只能停止一台托盘，每个工位的上方有3层柱状指示灯，用于本工位的状态指示。T11前装配线有12个工位，包括两个液压升降工位，共有滚道驱动电机10台、升降驱动电机2台。T11后装配线有17个工位，共有滚道驱动电机12台、升降驱动电机2台。

装配线控制系统

本设计方案将整个控制系统分成两部分，T11前装配线和T11后装配线各自构成独立的控制系统。在网络结构上，整个系统分为两层。第一层为ETHERNET网，包括1台上位监控计算机、2台大屏幕显示器；第二层为2台OMRON PLC控制系统；第三层为DEVICENET控制网络。其中，上位计算机主机选用台湾研华工控机，其配置为PIIII  2.4G/256M/80G、17寸PHILIPS纯屏彩显、D-Link 10M/100M网卡、山特UPS。上位机安装Windows 2000 简体中文版（SP2），IFix 3.5简体中文版组态软件和微软SQL Server数据库。主控站为OMRON  SYSMAC  CJ1系列PLC，DEVICENET从站包括 IP67现场输入模块DRT2-HD16C、IP67现场输出模块DRT2-OD08C、DEVICENET智能从站DRT1-232C2、RFID系统（由数据载体DEVICENET单元V600-HAM42-DRT、数据载体读写头V600-HS63和数据载体V600-D8KR12组成）。整个控制系统配置图如下图所示，由于实际中DEVICENET从站很多，图1中只是列出了每种类型的从站。

主控制器选用OMRON公司的CJI系列可编程控制器，该控制器具有体积小、处理速度高、不需要底板安装、联网能力强等特点，它是OMRON最近推出的新型PLC系列，极大地满足了装配线的控制任务。本系统选用CJ1G-CPU45H  CPU该CPU集成外设端口和RS232C端口，同时在主机架上配有32点高密度I/O单元、DEVICENET主控单元和ETHERNET单元。PLC的配置如图2所示。

现场总线模块连接的输入设备有各工位的按钮，停止器磁性开关等，连接的输出设备有各工位的起动停止器和指示灯等。本系统选用了OMRON公司的IP67等级的DRT2-HD16C现场输入模块和DRT2-OD08C现场输出模块。通过实际应用，该IP67现场模块最突出的优点具有以下几个方面：

·很高的防护等级。该模块本身具有防水防尘的功能，可以直接将现场I/O模块通过金属板直接挂靠在装配线两侧，同时该IP67模块不需要安装在控制箱内。

·DRT2-OD08C现场输出模块每个输出点的输出额定电流可以达到1.5A，这样，该模块可以直接连接一些功率稍大些的输出设备。

·现场输入/输出模块具有输入/输出短路检测能力。当输入模块输入点电流大于100mA时，模块自动切断该点电源；当输出模块输出点电流大于1.5A时，模块自动切断该点电源，同时相应I/O点指示灯会变为红色，发出短路报警。

·该现场输入模块具有断线检测功能，当传感器输入线路发生断线时，现场总线模块会向PLC发出信息。

现在，汽车零部件装配线上装配的产品品种越来越多样化，同时，对装配产品质量控制要求也不断增强，这些都要求装配线的智能化程度越来越高。另外，汽车零部件装配线几乎都需要记录每个产品的装配信息供以后查询，因此条码枪和RFID系统已经普遍应用在装配线上。工件在上件工位会被粘贴上一个条码，然后通过条形码阅读器将该工件条码传送给PLC，PLC再将该工件条码等信息储存在托盘数据载体里面。在其它装配工位各放置一套数据载体读写系统RFID，以便通过托盘数据载体读写该工件的装配信息。本系统选用了OMRON V520-RH21-10手持式条形码阅读器，它通过RS232C口连接在OMRON  DEVICENET智能从站DRT1-232C2上。在每个装配工位各放置一个OMRON RFID系统读写单元，该RFID系统由数据载体DEVICENET单元V600-HAM42-DRT、数据载体读写头V600-HS63和数据载体V600-D8KR12组成。数据载体放置在托盘上，以便将工件的装配信息储存在数据载体中，这样当工件进入其它工位进行装配时，可以通过数据载体读写器读写该工件的装配信息。

本系统选用OMRON  NT31C系列人机界面，将人机界面通过人机界面DEVICENET单元NT-DRT-21连接到现场总线上。人机界面用于反应现场生产设备的工作状态、工作参数，同时用于装配线的调整、故障报警和故障查询等。故障信息包括故障点、故障类型、故障原因、更正措施和维修步骤等。

上位计算机和PLC间通过以太网连接进行通信。上位计算机应用组态软件IFIX3.5，以丰富的文字、形象的图形显示生产线的运行状态以及一些故障信息，同时记录装配线的每个工件的装配信息，并保存进SQL数据库。我们还通过VB开发工具开发出了可视化产品信息查询系统软件，方便了用户查询产品的装配信息。

软硬件配置

整个DEVICENET控制系统根据现场实际情况进行合理布线，将所有DeviceNet网络接点连接起来，并且根据实际DEVICENET总线长度合理选择DEVICENET网络波特率。本系统网路长度小于100M，网络波特率设置为500Kbps。连接到DeviceNet网络的每个设备必须分配节点地址并设置正确的通信波特率，但要注意联网的每个设备必须分配不同的节点地址和相同的通信波特率。在DeviceNet网络干线两端必须连接终端电阻以减少信号反射并使通信稳定。

1、 进行正确地网络连接和设置后，通过CJ1 CPU的串口应用计算机对PLC进行硬件配置，根据实际情况对以太网模块进行网络配置。然后通过CJ1 CPU内置外设接口应用OMRON DeviceNet CONFIGURATOR软件对整个DEVICENET网络进行配置。以达到网络的最优化。

2、 关于RFID数据载体读写系统需要根据说明书和实际对数据载体的读写要求进行必要的设置。OMRON 数据载体读写单元V600-HAM42-DRT能独立完成数据载体读写头V600-HS63与数据载体的通信，因此用软件编程对数据载体进行读写工作变得很简单。注意在数据载体读写单元读写完成后必须关闭它和数据载体的通信以减少数据载体电池的消耗。

3、 本系统选用OMRON  DeviceNet智能从站DRT1-232C2通过串口和条码枪连接，该智能从站有两个RS232C口。它能够独立完成接受条码枪的数据，并将数据放在该智能从站的缓存里面或者将缓存数据通过串口输出。我们需要做的工作就是通过PLC指令读取智能从站通过串口放在缓存中的数据，或者将输出数据放置在智能从站缓存中，通过PLC命令要求智能从站把数据通过串口输出。但需要注意PLC和智能从站之间的数据传输是通过OMRON  EXPLICIT信息进行通信的，因此，PLC必须用FINS指令进行读写智能从站的数据，同时必须在PLC中建立智能从站的路由表。

4、 现场大屏幕显示器显示装配线的生产信息。该信息显示是利用大屏幕控制机与上位工控机通过以太网交换数据实现的。

5、 在装配线装配工位安装有德国BOSCH电动扳手，电动扳手扭拧数据通过扳手控制器经过RS422电缆传送给工控机，工控机将工件的扭拧数据保存进SQL数据库方便以后查询。

结束语

此项目已于2004年6月交付验收，通过近半年的生产情况来看，整个控制系统极大地满足了塔奥汽车制品有限公司装配线的生产要求。事实证明，采用OMRON IP67标准 DeviceNet 总线产品, 该装配线控制系统安全可靠，维护简便，整体成本低于传统PLC控制系统，统计数据完整，深得塔奥汽车制品有限公司现场维护人员和管理人员的好评。