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安全总线协议PROFIsafe在汽车厂总装车间的应用

作者:杨洪波 西门子自动化与驱动集团 北京 1001022007.12.21阅读 5527

  1. 项目介绍
  北京奔驰-戴姆勒柯莱斯勒有限公司是北京北汽集团与奔驰-戴姆勒柯莱斯勒的合资企业,于05年10月开始在北京亦庄新建汽车生产厂,本地化生产奔驰E200、E280系列和戴姆勒柯莱斯勒300C系列车型。新建厂由两个厂区组成,一边是生产奔驰车的焊装和总装车间,另一边是生产300C的焊装和总装车间。两个车间共用一个喷涂车间,这次建厂并没有新建冲压车间。整个项目控制系统的实施完全依照IntegraBBDC V1.02标准(奔驰和Siemens合订汽车厂控制系统标准)和北京奔驰-戴姆勒柯莱斯勒汽车有限公司企业标准。
  根据300C整车生产工艺,控制系统机构如图1。设备层面控制系统采用总线方式,集中控制各生产车间生产线,各生产控制系统上层通过TCP/IP通讯协议和厂级计算机系统相接入的接口。现场总线采用SIEMENS公司PROFIBUS总线,相关总线I/O扩展元件以此为基础搭建。通常情况下工厂的控制系统可以分为五层:传感器/执行器层、现场总线层、控制层、 区域管理层、生产管理层。

  图1生产车间控制系统简图  
  图1. 生产车间控制系统简图  

  在控制层采用了Siemens控制系统 CPU416F-

2作系统主站,采用WinCC开发了中控室人机界面;而现场总线层采用了如下PROFIBUS从站:ET200S和ET200ECO作分布式I/O,MasterDrive作工艺线和升降机的驱动装置,ET200FC变频器作滚床、推车机等设备的驱动设备,PP17作操作面板,TP270作现场HMI;传感器层采用了Siemens大量接近开关。安全系统方面采用了Siemens的PROFIsafe安全总线协议、分布式安全模块4/8F-DI和4F-DO、光幕、急停按钮和门开关等产品。
  本文针对PROFIsafe在300C总装车间的应用www.cechina.cn,描述了PROFIsafe实现安全机制的机理,结合PROFIsafe的实际工程应用,探讨了应用方法和使用效果。
  在汽车生产厂,尤其是在自动化程度较高的焊装车间和总装车间,大量的焊接机器人和装配机械手的出现CONTROL ENGINEERING China版权所有,造成了许多需要安全保护的危险区域,所以安全传感器,如区域保护扫描器、安全光幕、安全锁、安全地毯、急停开关等的使用已经非常普遍,但现在连接这些安全设备的控制系统仍停留在“安全继电器”或“安全PLC”的非总线控制系统的低级控制状态,大大限制了生产过程控制系统的发展。但如果将这些安全设备连接到非安全的现场总线系统(如标准的Profibus)上去,就会存在比较大的安全隐患,是一种非安全的控制状态。北京奔驰-戴克有限公司300C项目的总装车间采用PROFIBUS作为现场控制网络,同时采用PROFIsafe为安全通信协议,实现了控制网络和安全网络的完美集成,简化了控制网络结构,节省了安装成本和工程施工时间,使系统具有了可靠的安全保护装置,为安全、稳定生产提供保障。
  2. PROFIsafe原理介绍:
  随着现场总线技术的发展和广泛应用,故障安全通信技术近年也得到了飞速发展CONTROL ENGINEERING China版权所有,安全总线系统的应用使得工业控制系统更具安全性和可用性,同时提高了系统灵活性,有效节约了布线和工程施工的成本。
  与SafetyBus p这种独立的安全网络和独立的安全PLC想比控制工程网版权所有,Siemens推出的安全通信协议PROFIsafe将安全设备和标准设备的数据流完全整合在以PROFIBUS为平台的总线系统中,使标准设备和安全设备能同时共用一条通信链路。从1999年PROFIsafe引入以来,TUV已经认证了其在PROFIBUS上运用的安全性,达到了IEC61508中SIL3的等级,最近它还获得了PROFInet上使用安全性的认证。开放架构的PROFIsafe使得选择其他厂商的产品成为可能。目前有大量的厂商都提供支持PROFIsafe的设备,如Banner,Beckhoff,Sick,Turck和Wago等。
  与传统安全系统相比PROFIsafe具有如下优点:
  (1)安全通信和标准通信在同一根电缆上共存;
  (2)PROFIsafe-故障安全性建立在单信道通信系统之上,安全通信不通过冗余电缆来达到目的;
  (3)标准通信部件,如电缆、专用芯片、DP-栈软件等等,无任何变化;
  (4)故障安全措施封闭在终端模块中(F-Master,F-Slave) ,采用专利SIL监视器获得极高的安全性;
  (5)最高故障安全完整性等级为SIL3(IEC61508);
  (6)既可用于低能耗(Ex-i)的过程自动化,又可用于反应迅速的制造业自动化;
  PROFIsafe使标准现场总线技术和故障安全技术合为一个系统,即故障安全通信和标准通信在同一根电缆上共存www.cechina.cn,安全通信不通过冗余电缆来实现。这不仅在布线上和品种多样性方面可以节约成本,而且也方便日后系统的改造。图2所示,标准控制器、I/O和安

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