图1  面漆车身储存线

本文主要描述了西门子SIMATIC S7在涂装车间的实际应用，包括如何实现涂装自动化的功能，如何控制设备间的联锁以及现场设备网络系统的功能等。

涂装输送系统

在流水线生产的工业涂装领域中，输送系统是涂装生产的命脉，尤其在现代化的汽车车身涂装车间内，它是最重要的关键设备，贯穿于涂装生产的全过程。输送系统不仅能完成输送车身、转挂和储存任务，同时还能实现涂装工艺要求，如前处理、电泳、烘干、涂胶、自动喷涂、中涂和面漆、返修补漆以及喷蜡等各工序的工艺要求（如按程序动作、升降、变节距和变速等），还可装设可移动数据存储器来识别油漆车身的车型、颜色等，同时还可以自动计数（特别是在储存线上，如图1所示），根据给定的指令来进行生产等，从而实现涂装线自动化的功能。

图2  输送系统S7硬件配置

涂装工艺流程如下：前处理－电泳－电泳烘干－强冷－粗密封－底板防护－细密封－PVC烘干－强冷－电泳打磨－中涂人工擦净－鸵鸟毛自动擦净机擦净－自动喷涂机喷中涂－晾干－中涂烘干－中涂强冷－中涂打磨－面漆擦净－鸵鸟毛自动擦净机擦净－自动喷涂机喷色漆－空气站自动喷金属漆－晾干－自动喷涂机喷罩光漆－检查补漆－面漆烘干－面漆强冷－修饰－检查－装饰－喷蜡－总装。

我公司涂装二车间整条生产线由德国杜尔公司承担设计、制造、安装和调试等，此条生产线采用了目前国际上最先进的涂装工艺、技术和设备。

涂装输送系统主要用于输送车身和滑橇存储，其先进性主要表现在：前处理和电泳线机械化运输采用目前国际上最先进的RoDip-3运输系统；中涂、面漆采用杜尔公司的高压静电自动喷涂机，为国内先进水平；整个车间电控系统和公司ERP系统相连，真正实现数字化车间。

图3  自动润滑装置的控制系统

控制对象

涂装输送系统包括滚床、升降机、横移机、转床和工艺链等输送设备，根据工作温度分为常温设备和高温设备，现场所用到的设备主要采用变频调速，其具体速度根据需要进行设定：如常温升降机的速度，当升降行程在6m以下时为4m/min，升降行程在6m以上时为6m/min，高温升降机选用4m/min速度。同时在实际设计的过程中，对现场设备预留了一定的余量，以便将来扩充产能及进行设备改造。

输送系统主要控制现场设备的开、关、停和运转；变频器控制电动机的起动、变速和停止；关键设备之间的联锁；部分顺序控制来实现现场设备运行，保证输送系统过程的生产自动化。由于涂装工艺复杂、多样，输送系统对现场设备的控制更是显得繁锁。

图4  MOBY-I

系统配置

涂装二车间是一个能够实现高度自动化生产的新型车间，车身在车间内的运输都是自动实现的，只有在有其他特殊要求的情况下，才需要人为干预。整个输送系统采用西门子公司最先进的 SIMATIC S7过程控制系统作为全厂的自动化系统硬件平台。整个系统由10套S7-400现场控制器（见图2）、13台现场操作员站和EMOS人机界面组成。PLC和上位机的通信为100Mbps以太网。

生产线中工艺链、高温升降机均设有自动润滑装置，其控制系统（见图3）采用了SIEMENS LOGO控制模块。每套完整的润滑装置包括8个喷嘴、2台24V支流磁力油泵、放大器、编码器、现场电控装置及管道。其控制有其独立性，主要是控制高温设备自动润滑，同时也有其联锁性，与输送系统是否工作有联锁信号，以利于更好地控制和保障高温设备的润滑效果。

图5  输送系统监控画面

系统功能

电气控制系统是涂装车间的神经中枢，通过分层的网络式结构，将各个单体设备有序地连接，实现了整个生产过程的高度自动化、集成化和智能化。整个输送系统全部采用S7-400的高性能卡件，使组态、集成更为方便。SIMATIC STEP7拥有良好的用户界面及强大而丰富的编程工具，能大大节省系统编程组态的时间和费用。系统的所有硬件都须基于统一的硬件平台，所有软件也全部集成在SIMATIC程序管理器下，具有同样统一的软件平台。当硬件基于不同平台的时候，就需要对其安装相应的GSD文件，如SEW系列变频器、REDIS 22C人机界面等，而且还需满足SIMATIC程序管理器统一协议。电气控制系统大量采用新技术，如MOBY-I自动识别系统（见图4）等，在网络配置上使用标准的工业以太网和Profibus现场总线网络。

同样，设备的分布问题也是涂装车间中的关键：输送系统的过程控制和应用，设计领域中高度专业化的应用需要集成而灵活的网络连接；同时可以节约大量的成本，针对现场所使用的Profibus现场总线来讲，单单在布线成本上就可节约20%。

图6  输送系统自动锁紧、检测装置

整个车间的设备通过和10Mbps工业以太网相连接，分别将信号传送至中央控制室，全厂主要输送设备的开、停和故障信号都在中央控制室的上位机上显示，全部实现自动控制，无需人工干预。

上位机采用WonderWare的专用InTouch系统WindowViewer作为人机接口，显示画面和操作方式均以原系统的模拟屏为蓝本，以使操作人员可立即进行操作。其显示画面（见图5）直观、简单和易懂，而且容易让人接受，对其进行简单的操作和查找故障，无需额外的培训即可完成。

在输送电气控制系统中，现场传感器（包括各种接近开关、光电器件和电磁器件）将设备的状态和运行参数通过AS-I接口传送到单体智能控制部件，再经由现场总线汇总至PLC进行综合控制。各PLC之间通过工业以太网相连，交换信号并握手，实现信息共享并协调各设备统一行动。整个电气控制系统自动采集信号、识别车型（如自动锁紧、检测和解锁装置，如图6所示）、调整参数、识别颜色并实现自动喷涂。此外，通过神经中枢的大脑——中控室的SQL数据库，还可以自动进行生产统计、能耗统计，并对设备故障进行分组分析、诊断和指示。操作简单、维护方便且界面人性化。

图7  颜色分组系统监控

我们针对生产需要以及生产组的要求，在涂装二车间中涂打磨线设置了颜色自动分组功能（见图7），这需要在原有的设计基础上，保障不影响原有设备运行的基本功能而提出设备改造：根据入口横移机上的MOBY-I自动识别系统来采取相关的信号，在EMOS人机界面上进行现场调整、设置，使其能够达到自动分组功能。这需要有一定权限的人员进行操作，当他们操作时，可以输入自己的用户名和密码，然后可以根据需要对其进行设置操作，达到所预期的效果和要求。由于原来此组设备没有安装MOBY-I系统，现在只需要增加一组硬件，而不需再增加CPU，同时在SIMATIC S7硬件配置的时候将其进行配置，再对系统软件进行编辑。这样大大节省了项目造价和工作量，缩短了现场调试时间。

SIMATIC S7和MOBY-I系统的自如且方便的组合满足了现场输送系统设备自动控制领域的各种需求。同时，现场设备之间信号，网络通信的联锁、互锁信号更是值得关注，如输送系统与自动喷涂机设备、工艺设备以及涂装环境（温度、湿度）之间的联锁，相互之间的信号都是互锁的，只要有一个信号没有达到要求，输送系统就不能正常运行。其中相互之间的联锁信号是直接通过DP/DP COUPLER耦合器经Profibus现场总线来进行通信的，不需要过多的继电器等电器元件来进行一对一的信号交换。在实际的应用中，由于Profibus现场总线的传输距离是有限的，达到一定长度后需要经过RS 485 REPEATER中继器来进行信号放大，从而来保障现场设备之间的通信正常。

结语

制造企业中的设备是企业生产活动的基础，也是最基本的保证，随着工业生产的不断发展，设备在现代化的自动化生产中的作用和影响日益扩大，自动化程度的高低也显得尤为重要。涂装输送系统自动化程度高不仅能保证涂装车间生产的顺利完成，还能保证涂装车间的效率和质量。