研究汽車自動(dòng)化安全控制技術(shù)

邱爽+于心波

摘 要：汽車自動(dòng)化安全生產(chǎn)控制水平不僅關(guān)系到汽車的制造質(zhì)量，同時(shí)還關(guān)系到生產(chǎn)車間的技術(shù)人員的人身安全，同時(shí)還關(guān)系到企業(yè)運(yùn)行的物資安全，因此，加大汽車自動(dòng)化安全控制技術(shù)的投入勢在必行。本文主要論述了汽車生產(chǎn)企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的安全控制技術(shù)，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)的實(shí)踐提供些許理論參考。

關(guān)鍵詞：汽車自動(dòng)化 安全控制 硬件 軟件

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0006-02

汽車自動(dòng)化生產(chǎn)中的安全控制技術(shù)的運(yùn)用主要體現(xiàn)在軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施上，尤其是在汽車生產(chǎn)組裝的焊裝車間中，自動(dòng)化控制體系的安全技術(shù)對汽車的生產(chǎn)質(zhì)量起著重要的影響，提高自動(dòng)化安全控制水平也是增大企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的前提。

1 汽車自動(dòng)化安全控制硬件系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

汽車的生產(chǎn)線具有較高的連貫性，因此，自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，而提高自動(dòng)化作業(yè)的安全控制水平則是確保企業(yè)安全長久生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。汽車焊裝車間承擔(dān)著汽車各個(gè)零部件的組合與安裝任務(wù)，焊接的質(zhì)量也直接關(guān)系到汽車的使用壽命和汽車生產(chǎn)企業(yè)運(yùn)營的成本與利益，因此，汽車自動(dòng)化安全控制技術(shù)在焊接組裝車間的應(yīng)用就顯得格外重要。集中監(jiān)控和分散控制的管理模式在一定程度上可以增強(qiáng)生產(chǎn)過程的網(wǎng)絡(luò)化和智能化水平，有效提高安全控制系統(tǒng)的整體作業(yè)水平，并且操作的過程非常簡便，企業(yè)為此支付的成本比較低，間接提高了經(jīng)濟(jì)利潤。該自動(dòng)化安全控制系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)車間的情況將汽車焊接組裝的過程分成幾個(gè)部分來管理，而這幾個(gè)部分之間是有機(jī)聯(lián)系在一起的，缺一不可。在生產(chǎn)車間內(nèi)主要分為車間監(jiān)控層、生產(chǎn)過程控制層和設(shè)備管理層。每一層次中都有相應(yīng)的管理網(wǎng)絡(luò)與硬、軟件設(shè)施聯(lián)合控制，并發(fā)揮各自的功效，共同為汽車自動(dòng)化生產(chǎn)提供安全控制保障。

汽車自動(dòng)化焊接組裝車間控制層的硬件設(shè)備主要包括以下三個(gè)方面：

一是車間的監(jiān)控層，在該層中的自動(dòng)化安全控制管理服務(wù)器、ANDON服務(wù)器以及生產(chǎn)管理服務(wù)器主要設(shè)置在汽車焊接組裝車間的控制室中，發(fā)揮著監(jiān)督管理的作用。在生產(chǎn)運(yùn)行的過程中，這一層的監(jiān)控服務(wù)器能夠直接接收到廠級MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃和操作命令，對每一生產(chǎn)線進(jìn)行嚴(yán)格的要求，并督促其完成相應(yīng)的焊接組裝任務(wù)，車間的實(shí)際作業(yè)情況也會(huì)通過監(jiān)控管理服務(wù)系統(tǒng)直接反饋給廠級的管理系統(tǒng)，廠級的管理系統(tǒng)再對這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和總結(jié)，將評估的結(jié)果運(yùn)用于實(shí)踐的管理中，以此來提高全廠每一生產(chǎn)組成部分的工作效率。同時(shí)，該車間的生產(chǎn)管理監(jiān)控服務(wù)器還能夠?qū)ιa(chǎn)線實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，對各個(gè)生產(chǎn)步驟都可以進(jìn)行隨時(shí)的檢查與控制，如此不僅保證了生產(chǎn)線的順利作業(yè)，還為汽車焊接組裝車間的生產(chǎn)質(zhì)量提供了保證。

二是車間的控制層，硬件的組成部分主要是PLC控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際的需求安裝的位置也各不相同，通常包括地板線PLC控制系統(tǒng)、主拼線PLC控制系統(tǒng)、ANDON系統(tǒng)的PLC信息采集與控制系統(tǒng)等，每一區(qū)域間發(fā)揮的功能也略有差異，不過每一PLC控制系統(tǒng)最終都直接進(jìn)入到對應(yīng)區(qū)域中的以太網(wǎng)交換機(jī)中，然后再入車間的監(jiān)控系統(tǒng)中，為監(jiān)控技術(shù)的運(yùn)行提供必要的結(jié)構(gòu)支持。

三是車間的設(shè)備層，主要的硬件系統(tǒng)包括變頻器、閥島、遠(yuǎn)程控制模塊、光幕、激光掃描區(qū)域、自動(dòng)化控制系統(tǒng)等，這些都屬于汽車生產(chǎn)車間的電氣設(shè)備，也是PLC控制系統(tǒng)中的重要組成部分。隨著工業(yè)化和自動(dòng)化技術(shù)水平的不斷發(fā)展與完善，生產(chǎn)設(shè)備層的集中控制系統(tǒng)已全部實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)集成化管理，自動(dòng)化操作水平也已經(jīng)達(dá)到了較高的層次，在現(xiàn)場總線的布局中通常采用Profibus，DeviceNet等類型的總線，并且能夠顯著提高自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用實(shí)效。但是總體來看我國的應(yīng)用技術(shù)水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上發(fā)達(dá)國家，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常配合使用安全繼電器或者是安全PLC非總線的控制技術(shù)來彌補(bǔ)控制技術(shù)中的不足之處，也在一定程度上限制了自動(dòng)化安全控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，因此提高硬件適用的效果是未來汽車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該重視的問題。

汽車焊接組裝車間的安全總線控制系統(tǒng)采用的是技術(shù)水平較好的SICK、OMRON等的合作開發(fā)產(chǎn)品，并且具有良好的技術(shù)兼容性，應(yīng)用起來開放性程度較高，可以應(yīng)用在多種類型的監(jiān)控系統(tǒng)中。在生產(chǎn)自動(dòng)化安全控制系統(tǒng)中采用安全總線的優(yōu)勢在于能將PLC標(biāo)準(zhǔn)類型和安全類型兩種集成在一個(gè)PLC中，利用一條物理總線就可以達(dá)到預(yù)期的控制目的，并且可以在相同級別的安全條件下節(jié)省成本的投入，也簡化的系統(tǒng)的安裝和操作過程，因此，具有很廣泛的使用范圍。安全總線控制系統(tǒng)的使用可以最大限度地提高汽車生產(chǎn)焊接組裝車間的自動(dòng)化控制水平，保證車間操作的安全高效化進(jìn)行。

2 汽車自動(dòng)化安全控制軟件系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用對汽車自動(dòng)化生產(chǎn)效率和質(zhì)量都有著重要的影響，為了進(jìn)一步提高PLC操作程序的一致性和時(shí)效性，采用結(jié)構(gòu)化和模塊化的編程方法是優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。

結(jié)構(gòu)化的編程技術(shù)是在汽車焊接組裝生產(chǎn)線的不同結(jié)構(gòu)功能基礎(chǔ)上提出來的，是對以往編程方式的一種優(yōu)化形式，這樣也可以達(dá)到操作程序的一致性，最大限度提高了PLC程度的可讀性，也可以降低系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)成本，操作的過程也不復(fù)雜，這樣汽車生產(chǎn)企業(yè)可以依據(jù)自身的發(fā)展需求來設(shè)置內(nèi)部的控制程序，以便獲得企業(yè)內(nèi)部管理與控制的一致性，更好地協(xié)調(diào)各個(gè)監(jiān)控管理部門之間的工作，提高汽車自動(dòng)化生產(chǎn)的效率。

模塊化的編程方式是根據(jù)汽車自動(dòng)化生產(chǎn)焊裝線的實(shí)施情況差異而設(shè)計(jì)的，在一些焊接組裝的設(shè)備運(yùn)行中，運(yùn)行的方式各有差異，且選擇的焊接組裝方式的不同也會(huì)采用不同的方式對氣缸、安全門、機(jī)器人等加以管理和控制，因此，在每一個(gè)工作環(huán)節(jié)都會(huì)設(shè)置自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式，在汽車生產(chǎn)車間相同或者相似的設(shè)備運(yùn)行時(shí)，PLC處理程序會(huì)給與相應(yīng)的控制，其中需要對中間變量進(jìn)行選擇和分析，為了減少對中間變量的選擇數(shù)量，縮短工作量的編輯過程，就需要通過提高程序的一致性來實(shí)現(xiàn)，模塊化的編輯方式恰好可以滿足汽車生產(chǎn)廠家的實(shí)際需求。一般情況下，模塊化的編程方案主要體現(xiàn)在兩方面：一是變量編輯促使各個(gè)用戶采用自定義的編輯方式給變量定義；二是程序運(yùn)行相同的部分由PLC程序進(jìn)行統(tǒng)一的編制，再依據(jù)不同的變量采用功能相同的模塊來實(shí)現(xiàn)整體的編程步驟。

不同用戶對信息數(shù)據(jù)的自定義可以解決對象變量的差異所帶來的問題。程序中的中間變量過多，會(huì)降低程序運(yùn)行的效率，且給變量的編程工作帶來很多不必要的處理環(huán)節(jié)，既浪費(fèi)時(shí)間又增加了運(yùn)行成本，因此，根據(jù)實(shí)際工作量的需求讓用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行自定義處理，能夠提高作業(yè)的自動(dòng)化水平，也簡化了操作的步驟。例如在汽車自動(dòng)化生產(chǎn)過程中采用PLC控制系統(tǒng)，每一控制系統(tǒng)又分別控制30個(gè)機(jī)器人，每一個(gè)機(jī)器人中又存在100個(gè)中間變量，對每一個(gè)中間變量都進(jìn)行單獨(dú)的定義，則需要定義3000次的變量，非常的麻煩，若是讓用戶自己定義，就可以利用事先建立的用戶定義數(shù)據(jù)類型來加以選擇，先定義30個(gè)變量的類型，再對100個(gè)自變量進(jìn)行定義，使用的時(shí)候加以組合，這樣就只需定義130次，節(jié)約了時(shí)間成本，也有利于達(dá)到變量之間相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一的目的。對系統(tǒng)內(nèi)部功能的實(shí)現(xiàn)也可以采用內(nèi)部模塊化編程的方式，盡量減少程序之間的中間量編輯，也可以提高系統(tǒng)的操作正確率，在應(yīng)用中的調(diào)整速度也得到了充分的提高，不需要對程序進(jìn)行重復(fù)的編程工作，增強(qiáng)了控制系統(tǒng)操作的一致性和靈活性，便于日后運(yùn)行中的管理、調(diào)試與維護(hù)。

3 結(jié)語

綜上所述，汽車生產(chǎn)車間的自動(dòng)化安全控制水平的提高主要依賴于系統(tǒng)硬件設(shè)施和軟件技術(shù)的應(yīng)用上，現(xiàn)階段普遍采用的集中監(jiān)控和分散控制管理方式可以有效提高安全生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，同時(shí)也可以對整個(gè)焊接裝配過程進(jìn)行全程管理，為達(dá)到集成控制的目標(biāo)奠定了良好的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 米燕，于正永.基于嵌入式微控制器的汽車自動(dòng)化安全控制[J].電腦知識與技術(shù)，2011（25）.

[2] 彭曉燕.汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)安全控制技術(shù)研究[D].湖南大學(xué)，2013.

[3] 張德虎.長安福特馬自達(dá)汽車沖壓生產(chǎn)線安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究[D].重慶大學(xué)，2012.

[4] 白文亭.汽車自動(dòng)化迎來集成化時(shí)代西門子Transline解決方案為長城發(fā)動(dòng)機(jī)加速[J].電氣時(shí)代，2009（10）.