西门子低压电器-授权总代理商

:面对快速发展的中国轿车工业，国内轿车制造设备工业的发展明显不足，针对轿车涂装流水线核心制造技术之一的高速旋杯自动静电喷涂机（esta）的技术明显落后于国际同行水平。本文作者通过采用目前先进的西门子simatic有关计算机控制、网络和信息处理技术，成功开发了esta监控系统并在现场投入使用，投入少、工期短，。从2004年安装在现场运行至今，系统稳定、可靠。同时厂家也拥有了自主知识产权。

关键字: plc profibus wincc 静电喷涂

一.高速旋杯自动静电喷涂机（esta）系统应用现状

近十五年，中国汽车工业迅速发展，自1992年汽车产量突破一百万辆之后，一直保持着较高的增长速度，并重点发展轿车生产，大规模引进国际先进技术，兴建了包括上海大众在内的一批现代化轿车生产基地。2005年轿车产量达到295.8万辆。中国汽车工业中以涂装技术为主的表面工程技术已接近或达到当前国际先进水平。需特别指出的是，中涂和面漆的涂装是车身涂装中为重要的环节，它将直接影响汽车的装饰性、耐候性和外观，其涂料品种和涂装技术也是汽车涂装工艺中发展快的，历来受汽车厂家的重视。中涂和面漆涂装普遍采用高速旋杯自动静电喷涂机（esta），以提高漆膜外观质量和油漆利用率。自1994年上海大众引进条采用高速旋杯自动静电喷涂机生产线以来，目前一汽大众、上海通用、东风神龙、广州本田、北京现代等公司都采用了高速旋杯自动静电喷涂机，据不完全统计，目前共有60多套高速旋杯自动静电喷涂机服役于汽车涂装线。

目前国内轿车涂装线高速旋杯式自动静电喷涂机成套设备技术主要由duerr、abb、sames、essenmann、大气社等国际设备提供商提供。从1994年国内从美国abb引进套高速旋杯式自动静电喷涂机使用至今也已12年，系统采用的是80年代末技术，特别是系统监控用硬件及软件，随着电气设备的老化，无论从使用寿命、维修费用、备件供应等方面都对使用厂家无疑是新的挑战。今后一段时期内，国内较早引进esta生产线的厂家都将面临这些问题。如采用全新投入，一方面投资费用高，另一方面更新改造周期长，都是不能接受的。因此，我们采用西门子simatic先进的控制技术,对静电喷涂机的控制系统、网络系统和人机界面监控系统进行更新改造。这样投入少、工期短，。

二.高速旋杯自动静电喷涂机控制系统原理与网络结构

高速旋杯式自动静电喷涂机，其工作原理是将油漆通过在高速(高每分钟6万转)下转动的旋杯，使其得到充分的雾化，并在高压(直流10万伏)静电场的作用下，使带电荷的油漆微粒被均匀地吸附到工件表面，形成光亮、平滑牢固的漆面。高速旋杯式自动静电喷涂机主要包括：自动喷涂设备中的核心部件高速旋杯雾化单元、高压单元、换色单元、成形空气单元、仿型运动单元、流量单元、保护单元及其相应的自动控制与管理单元。我们以西门子plc为基础的控制系统，根据静电喷涂原理，有机地控制各个单元动作，形成自动的静电喷涂工艺过程。

esta的网络系统一般可分为2层，即设备控制层和监控管理层。以下两种实现方案：

1、设备控制层--现场总线

设备控制层由主控制plc（如西门子s5、s7系列）、操作控制台、所有控制单元（如雾化、高压、换色、成形空气、仿型运动、流量）及其现场执行器件、传感器件（如电磁阀、气动单元、光电传感器、流量计等）组成，并通过现场总线profibus使之组成有机的设备控制层。所有分布式i/o产品都按一定的控制范围安装于分布式i/o控制箱内，尽可能减少硬件布线及故障点，提高整个系统的稳定性，同时也方便了今后系统的维护。

2、监控管理层现--工业以太网

监控管理层采用工业以太网的方式实现，连接着主控制plc与上层hmi设备，编程设备以及相关设备。工业以太网卡在plc上为cp1430接口模板,hmi设备上为cp1613接口模板。wincc工业组态软件通过工业以太网与主控plc交换数据。工业以太网在自动化行业中的应用是工厂自动化技术与it技术、互连internet技术结合的产物，成为未来可能的制造业电子商务技术、网络制造技术雏形。本方案中采用工业以太网充分考虑到了其具有的协议通用性、数据传输速率高等特点以及开发应用程序周期短优点。采用工业以太网方式实现的监控管理层主要由主控制plc、hmi及其编程设备组成，通过tcp/ip方式实现与监控计算机进行数据交换。同时可更方便地向上组成工厂生产控制系统（fis），顺应了当前汽车行业订单制造的发展趋势。

三.esta监控系统的自主开发与应用

各家设备供应商为了各自的专利技术与技术保密，监控系统都采用各自开发的人机界面软件或scada系统。如早期的abb直接用c语言开发dos环境下的界面软件，duerr的ecorc2(keba)系统。本文作者通过现场使用，结合在轿车涂装行业应用的特殊性，应用目前较流行的人机界面组态软件自主开发，如：intouch、wincc、组态王等，实现hmi监控功能。本次就采用了西门子wincc工业组态软件，根据我们对esta生产线的工艺和设备多年使用经验和理解，成功开发了esta监控系统，并顺利地投入在生产中使用，至今一直稳定运行。同时通过项目开发，我们厂家也拥有了有关esta方面自主知识产权。

1.监控系统的硬件及软件配置

系统硬件主要由西门子面板式ipc pc 670（500 mhz inbbb pentiumcpu、15"tft显示器、薄膜键盘、集成鼠标）、plc（s5-155u948）和工业现场总线profibus（cp1430、cp1613、im308/318）三大部分组成。

系统软件主要由操作系统microsoft bbbbbbs 2000 professional、simatic wincc v5.1工业组态软件、step 5编程软件及com5431通讯设置软件组成。

2.监控系统网络拓扑结构

监控系统采用profibus－dp和工业以太网方案。

设备技术规格及适用环境
1、人机操作接口—hmi操作站：
主机：采用工业控制机；
显示器：等离子或液晶显示器;
键盘：工业薄膜操作键盘；
鼠标：工业鼠标；
操作系统软件：采用bbbbbbs2000；
操作平台软件：采用联锁平台软件组的显示软件；
操作站型式：控制台是金属台式结构台面为木制，主机安装在控制台内；
外部供电额定电压：220vacu±5%，50hz±0.2hz；
外壳防护等级：ip43；
海拔：<1000m；
环境温度： 25℃
2、plc应用软件编程器：
机型：采用商用笔记本；
鼠标：光电鼠标；
操作系统软件：采用bbbbbbs2000；
编程平台软件：plc公司的配套产品；
外部供电额定电压：220vacu±15%，50hz
3、联锁机（plc）控制柜装置：
机型：德国siemens s7 系列；
电源模板：ps 407系列，输出5vdc,10a ；24vdc, 1a;
cpu：siemens 400系列；每个cpu模块有独立开关控制。
模拟量输入模块（ai）：8点/块，0～5v/0～10v（可设定），二线单回路隔离；
开关量输出模块（do）： 32点/块，24vdc，0.5a，加中间继电器，接点容量≥2a（at 24vdc）;
中间继电器：j，ry2s-ul，ry4s-ul；
型式：金属自立式；
外型尺寸（mm）：2200 x800 x600（高x宽x深）；
外部供电额定电压：220vacu±15%，50hz，6a；24vdc，3a；
控制柜的防护等级：ip43；
海拔：<1000m；
环境温度： 25℃
4、接口柜装置：
轨道柜装置：反映室外轨道电路的工作状态；
1） et 200m从站
电源模板：ps 307系列，输出24vdc，5a
接口模板：带profibus dp 接口，12mbit/s
开关量输入模板（di）：16点/块，24vdc，光偶隔离
2） 继电器：jzxc-480
3） 小型继电器：ry4s-ul
4） 压敏电阻： myl-68v/3ka
5） 空开：c45n-2p
6） 外部供电电源
轨道电路电源：220vac，6a
微机工作电源：220vacu，6a
微机驱动采集电源：24vdc，3a
7） 轨道柜为金属自立式
8） 外型尺寸（mm）：2200 x1000 x600（高x宽x深）
9） 外壳防护等级：ip43
10） 海拔：<1000m
11） 环境温度： 25℃
道岔柜装置：反映室外道岔电动转辙机的工作状态；
1） et 200m从站
电源模板：ps 307系列，输出24vdc，5a
接口模板：带profibus dp 接口，12mbit/s
开关量输入模板（di）：16点/块，24vdc，光偶隔离
开关量输出模板（do）：16点/块，24vdc，0.5a，加中间继电器，接点容量≥2a（at 24vdc）
2） 一启动继电器：jwjxc-h125/0.44
3） 二启动继电器：jyjxc-135/220
4） 锁闭继电器：ry2s-ul
5） 阻容板：zrb
6） 定操板：dcb
7） 反操板：fcb
8） 表示板：bsb
9） 道岔表示变压器：bd1-7
10） 空开：c45n-1p/2p
11） 外部供电电源
电动转辙机动作电源：220vdc，10a
道岔表示电源：220vac，3a
道岔控制电源: 50vac，3a
微机工作电源：220vacu，6a
微机驱动采集电源：24vdc，3a
12） 道岔柜为金属自立式
13） 外型尺寸（mm）：2200 x1000 x600（高x宽x深）
14） 外壳防护等级：ip43
15） 海拔：<1000m
16） 环境温度： 25℃
信号柜装置：反映室外信号机的工作状态；
1） et 200m从站
电源模板：ps 307系列，输出24vdc，5a
接口模板：带profibus dp 接口，12mbit/s
开关量输入模板（di）：16点/块，24vdc，光偶隔离
开关量输出模板（do）：16点/块，24vdc，0.5a，加中间继电器，接点容量≥2a（at 24vdc）
2） 信号继电器：j
3） 灯丝继电器：jzxc-h18
4） 动态板：dtb
5） 空开：c45n-1p/2p
6） 外部供电电源
信号点灯电源： 220vac，6a
信号控制电源: 24vac，3a
微机工作电源： 220vacu，6a
微机驱动采集电源：24vdc，3a
7） 信号柜为金属自立式
8） 外型尺寸（mm）：2200 x1000 x600（高x宽x深）
9） 外壳防护等级：ip43
10） 海拔：<1000m
11） 环境温度： 25℃
综合柜装置：反映室外道口、场联、机务同意、64d等工作状态；
1） et 200m从站
电源模板：ps 307系列，输出24vdc，5a
接口模板：带profibus dp 接口，12mbit/s
开关量输入模板（di）：16点/块，24vdc，光偶隔离
开关量输出模板（do）：16点/块，24vdc，0.5a，加中间继电器，接点容量≥2a（at 24vdc）
2） 设备继电器：j，jpxc-1000
3） 硅整流器：zg1-42/0.5
4） 空开：c45n-1p/2p
5） 外部供电电源
设备工作电源：220vac，6a
微机工作电源：220vacu，6a
微机驱动采集电源：24vdc，3a
6） 综合柜为金属自立式
7） 外型尺寸（mm）：2200 x1000 x600（高x宽x深）
8） 外壳防护等级：ip43
9） 海拔：<1000m
10） 环境温度： 25℃
防雷柜装置：防止因雷击而引起的感应雷对轨道电路的影响；
1） 铁道部定型防雷组合：zfg-z/m（b）
2） 18柱端子板：sx24-75-00
3） 空开：c45n-1p/2p
4） 外部供电电源
设备工作电源：220vac，6a
5） 防雷柜为金属自立式
外型尺寸（mm）：2200 x800 x600（高x宽x深）
外壳防护等级：ip43
海拔：<1000m
环境温度： 25℃
5、系统供电设备（智能微机电源屏以20kva为例）：
主备输出电源屏；
1） 型号：pwmz3-20
2）输入为两路独立三相交流380v（+15～-20%）、50hz±0.5hz
电压波形失真度≤5%、三相电压不平衡度≤5%
3） 输出电源种类:
轨道电路电源（25周）：2kva
电动转辙机i/ii动作电源： 220/260vdc，总30a
道岔表示电源： 220vac，5a
道岔控制电源： 50vac，6a
信号点灯电源： 220vac，4x5a
信号控制电源： 24vac，6a
微机工作电源： 220vac，10a
输入表示电源： 24vdc，20a
交流电源： 220vac，10a
4） 外型尺寸（mm）：2000 x800 x600（高x宽x深）
5） 外壳防护等级：ip43
6） 海拔：<2000m
7） 环境温度： -5～+40℃在24小时内平均值不超过+35℃
8） 湿度：空气相对湿度在高温度为+40℃时不超过50%，约平均低温度不超过+20℃，月平均大相对湿度不超过90%
9） 污染等级：3级
网络通讯控制设备：
通讯网络：采用100mbps工业以太网，tcp/ip协议；
l1级各站点之间的网络接点：采用工业型交换机；
l1级与l2级之间的接点：可以采用路由器；
主干网络线路的物理介质：采用光缆连接。
9、打印设备：
机型：采用宽行打印机，可以进行连续打印文件和故障报表；
外部供电额定电压：220vacu±15%，50hz

系统遵循的标准及规范
信号微机联锁系统是按照《计算机联锁技术条件》tb/t3027-2002、《信号微机监测系统技术条件》tb/t2496-2000的规定和要求利用计算机设备实现6502电气集中技术条件的要求和功能,并根据自身的特点增强了其他功能，改善了使用的方便性，提高了系统的安全性，大大改善了运输效率。因此可以满足国家及相关部门标准和规范。