汽车涂装车间的全集成自动化系统(TIA)

汽车涂装车间的全集成自动化系统(TIA)

汽车涂装车间的目标在于让市场上销售的每辆车让消费者看起来都更加完美，因而，车间的各个工艺环节都必须具备非常高的自动化水平，完善的全方位自动化输送系统和质量监控系统必不可少。 在汽车工业，优化的生产解决方案必不可少，欧宝公司位于德国Ruesselsheim的汽车厂也不例外。

Ruesselsheim汽车厂是欧宝公司在德国的几个主要生产基地之一，主要进行全新威达（Vectra）系列车型的外部涂装工作和组装工作。在欧洲，欧宝的品牌是家庭轿车市场的守护者，威达是欧宝品牌里的一款中坚车系，它以扎实的德系车体工艺质量、组装品质以及良好的操控性能在市场中广受认可。

良好的制造品质来自于先进的自动化控制技术和工艺设备。20多年来，欧宝公司的Ruesselsheim汽车厂一直高度重视自动化控制技术，无论是涂装线还是总装线。该厂采用了各种先进的控制技术——自继电器控制、远程机械控制和第一代 S5 与 S7 系统，直到现场总线技术与最现代化的Ecofast 系统。

通过感应式接近开关和地板安装型信号发生器（右）控制横向输送线的运输板的速度、制动以及定位，输送机单元的 Ecofast 电机启动器（左）的结构符合 IP 67规定，故可以直接安装在驱动电机上

TIA

该厂的涂装车间拥有完备的涂装设备，这些设施占有100多万m3的封闭式空间，规模相当于一个足球运动场。涂装车间拥有 3500m长的输送线，其中1200m连接白车身总装线到涂装线，约 800m用于送走涂装完毕的汽车，这两条输送线之间，还有一条最多可存放 426 辆汽车的缓冲线。该设施的设计日生产能力为 1495 辆汽车，如果两班制运行的话，每小时可以完成108 辆汽车涂装的工作。 在如此规模的多层立体涂装车间底层，有三个返修台的工位专门负责对有涂装缺陷的车体进行非常精细的修补，消除诸如微小气泡等非常细小的缺陷。返修台在车间的底层，这也是该车间在常规的滚筒输送线、水平输送线和链式输送线以外，另设自动化提升装置的原因。

在严格的质量体系下，车间的各个工艺环节都必须具备非常高的自动化水平，所以，完善的全方位自动化输送系统和质量监控系统必不可少。这也正是Ruesselsheim 汽车厂的情形，它的涂装设施采用了传感器业的最新技术以实现全自动输送控制。

输送控制系统专门监控车体前往三个返修台以及随后返回喷涂车间的输送工作。车体从上层输送系统被送上运输托板后，将在两层输送带之间全自动地进行传输。系统的控制器采用一台 Sicalis PMC7_CS，以确保安全运转，并在统一的用户界面下，透明地监控所有过程。Sicalis平台统一的运作与诊断方案支持集成化的、快速的安全故障检测功能，这一点尤为有利。故障安全型 Simatic

S7-416F 以远程主控制站的形式协调安全保护系统的工作。

总体上，该系统的可用性能提高到了 99.85%，而且特别值得一提的是，西门子系列自动化设备及传感器模块的智能互联确保了整个涂装生产流程之间的信息交互以及整个系统的顺畅工作与操作安全性，实现了整个自动化系统在生产过程中水平和垂直方向上的集成，能够减少工程成本，提高生产率，降低生命周期成本——这些都是当今世界对生产成本合理化不可或缺的要求。涂装车间自动化系统在整体层面上的安全性、可靠性和可用性等体现了“全集成自动化系统（TIA）”的最高水平，堪称典范。

通过 Profisafe，激光扫描器直接连接至故障安全型 Simatic S7-416F控制器，对卷闸门与横向输送机之间的区域进行 190° 的监控

由于传感器技术的巨大进步，现代化工厂出现了许多重大的革新。比如在欧宝公司，在提升装置卷闸门前部安装有一台 LS4 激光扫描器，使它在现场总线级通过 Profisafe（故障安全通信总线）直接与 Profibus DP 系统的PLC通信，因而能同时利用 PLC 内集成的防护技术，确保生产安全。

LS4激光扫描器是全球第一个在Profisafe总线系统下安装的装置，其工作范围为190°，能监控该

范围内精确划定的防护区域，这样，即使在4m以外，也能识别出穿黑衣服的人员，并将警报信息发送至 15m以外的人员或目标。

在LS4激光扫描器的旁边，设有三光束类别4光栅以及4个 IQ-Sense 光传感器，以实现最好的传输线旁操作人员的安全性以及高度的应用灵活性。这里，IQ-Sense光传感器意味着组合传感器与控制器以构成系统仅需少量工作。单根双芯电缆便可同时传输动力与数据，实现传感器/控制器模块一侧的最佳通信。

通过 IntelliTeach 功能检测新目标便可校准 IQ-Sense光传感器，因此，该传感器技术的突出优点就是调试工作快捷、方便，且设置参数后就可传送给其它任何一个传感器，能更进一步节省时间。此外，IQ-Sense光传感器还支持按通道对系统进行诊断，因而它也更加安全——它能自动报告断线、短路、传感器/模块失调或故障，有助于避免故障，并将停机时间降至最少。IQ-Sense光传感器的另一个特点是其提升装置旁直接设置有两个 C40 封装形式的IQ-Sense 光式接近开关，以控制安装于该处的卷闸门。一旦检测到车体，传感器便开始定位并起动系统的电机启动器。与感应式接近开关不同，这些光电接近开关可以检测出不同材质的物体，无论是金属材料还是其他材质。

在横向输送带到返修站之间，运输板上的感应式接近开关必须确保运输板的准确定位以及必要的加速与制动，为此，输送带旁还设置有金属材质的信号发送器，当运输板路过时，供接近开关的感应式交变磁场检测，并触发相应的 PLC 发出通知信息。

为了分布式地连接现场各处的传感器，该厂配置了Simatic ET 200SF站，它还能通过 Profisafe与故障安全型 Simatic 控制器直接通信。Ecofast 程序的智能电机启动器或变频器控制着输送带单元的驱动电机。该厂采用供电母线对驱动单元供电，而通信用电源则通过Profibus DP系统提供。故障或工作切换时，可通过电机启动器安全地切断各个组和一次回路。目前，欧宝公司还完成了该项功能针对其它应用的标准化工作。

通往横向传输机提升装置的卷闸门处安装的 IQ-Sense 光感式接近开关能直接通过控制器方便地进行参数化设置

传感技术与高层过程控制系统的集成由西门子非接触式 Moby I运行识别系统来实现。Moby I系统长期以来就是欧宝公司涂装设施的标准配置。借助 Moby I 的数据媒体，监控系统能清晰地识别车身。所用组件防护等级均高达 IP 67，它带来的优点极为明显，能适应非常恶劣的工业环境，因而，电机启动器无需再安装在控制柜内，而是可以就近驱动电机直接安装。

欧宝公司相关负责人在描述该项目的成功经验时说：我们从上到下各个层面上的自动化系统应用都非常成功。现在，这些被采用 Profisafe 组件（S7-416F、417F 和 ET 200SF）已加入了欧宝公司标准许可组件表，为欧宝公司其它欧洲生产基地的工厂，如 Gliwice 和 Antwerp等工厂使用这些组件建立了基础。