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1  引言

    在近100多年的歷史中，機械制造工業從未有過如此激烈的競爭和變動。全世界都在尋找符合未來發展的先進的自動化制造技術的概念。信息技術、計算機技術和控制網絡技術的發展給制造工業的發展提供了巨大的機遇。要在制造工業市場上占有領先的地位，這個企業必須具有提高生產率、降低制造成本的能力。這種能力的提高的關鍵是如何將新型的自動控制系統應用在生產制造業中。眾所周知，計算機技術、通訊技術、IT技術的發展不斷地滲透到工業控制領域，引起了工業自動化控制的不斷變革，其主要特征就是現場總線技術、PC-based技術以及工業以太網技術。這些技術的出現使得工業自動化技術的水平達到了一個新的高峰，面向21世紀的現代工業控制系統正在逐漸形成。十多年來，Phoenix Contact公司堅持不斷創新，不斷變革，在工業自動化控制領域提出自己獨特的解決方案，特別針對如何提高生產率這一制造工業關鍵的問題。一種具有開放性通訊平臺的模塊化自動控制系統―AUTOMATIONWORX（AX）已在生產實際中得到廣泛的應用，其先進性、經濟性和可靠性得到了實踐的證明。事實表明將這種技術用于汽車制造業上可減少 25%的廠房面積、70%系統部件的庫存量和90%的安裝調試時間，使生產率和經濟效益得到了最大的提高。

2  生產率的提高取決于生產過程的信息化以及制造系統的集成能力

    在當今科學技術迅猛發展的時代，生產率的提高是增強競爭能力的關鍵。機器和工業設備經濟使用的必要性越來越得到人們的重視。這不僅僅是指機械生產廠，同時也是對產品制造廠的要求。充分的利用生產的潛力，盡可能地縮短定單到發貨的時間，這需要工業制造廠家的高度的靈活性和產品生產廠生產新的產品的機動性。這就是說，機器和工業設備的制造必須在一定的程度上與技術流程的信息流相結合， 即通訊技術必須與生產制造技術緊密的結合起來。為了滿足生產設備的高度適應性以及產品快速地改朝換代，制造廠家在制造設備時必須考慮設計、制造、安裝和現場調試時所使用的自動控制方案的一致性，即它的集成化程度。在一個開放性的通訊平臺上，高度的集成化必須包含生產過程的信息交換，工業網絡系統的組態、參數化以及企業網絡和Internet的聯接。這兩者之間的關系如圖1所示。

（1 信息流 2 生產率 3 集成程度）

圖1  提高生產率的關鍵

    生產過程的信息化以及制造系統的集成能力提高了生產率。而實現生產過程的信息化和制造系統的集成能力的工業自動化控制系統由以下的因素決定：

?  開放型的系統；

?  模塊化的結構；

?  快速和方便的安裝技術；

?  高度的標準化；

?  成本核算的整體性。

這5大要點構成了提高生產率的基礎。

3  AX 的特點和構成

3.1  特點

    為了滿足以上要求，必須實現一個功能強、靈活可靠、模塊化的自動化技術的解決方案。這個解決方案的關鍵是具有一個通訊網絡，通過這個網絡實現從現場設備、傳送器、執行器、智能儀器儀表、控制器、制造設備，一直到生產管理部門之間的信息傳輸，同時所有的自動化模塊可以方便地連接在這個開放式的信息平臺上。AX 系統恰恰為這個目的而開發，完全滿足了這樣的要求。

    模塊式自動控制系統AX將現代通訊技術和計算機技術有機地與工業控制技術結合起來，是實現了開放型、模塊化和具有國際標準的全控制系統。它包含了具有IEC61158國際標準的現場總線技術―INTERBUS，基于 PC技術的 PLC控制器，其編程語言采用IEC61131-3國際標準，PLC控制器之間的通訊采用IEC61158-5的通訊協議。控制系統與工業以太網聯成一體，通過開放的 OPC 技術實現了控制系統與企業管理之間的數據傳輸接口。它提供了一個開放式的通訊平臺，可滿足自動控制系統所需要的所有通訊要求。同時模塊式自動控制系統―AX具有強大的集成能力，生產制造系統通過INTERBUS、其它的總線系統和以太網進行數據交換，各種不同生產廠生產的模塊也可以通過開放的接口，智能式的軟件工具集成成一個AX系統。其特點如下：

(1)  開放型的自動化控制軟件解決方法

    基于Microsoft 的軟件開發操作系統。采用開放性的 ACTIVEX，DCOM and OPC的軟件技術。

(2)  開放型的通用的工業網絡技術

    開發工業以太網模塊以及具有強大診斷功能的軟件包。

(3)  靈活性高，適應性強的人機界面（IPC，HMI）。

(4)  基于PC或嵌入式控制器解決方法，實現分散式控制網絡。編程語言采用IEC61131國際標準。

(5)  連接方便、安裝簡單的IP20 和 IP67 的現場模塊。具有開放型的現場總線接口（INTERBUS，PROFIBUS，DEVICENET，CANOPEN，ETHERNET）。

3.2  構成

圖2  AX的特點

    AX實現了兩維（垂直和橫向）的數據通訊，提供了具有國際標準的高效率開放式模塊化自動控制解決方案。AX由圖2所示的可聯網的模塊組成。

(1)  安裝在控制柜中的IP20 現場總線模塊

    IP20 INLINE控制柜模塊代表了自動控制技術發展的方向，它具有體積小、快速安裝、擴展性強的特點。INLINE模塊化的輸入輸出系統采用快速的連接方法，同時將嵌入控制技術引入了現場模塊中，提供了智能式現場控制模塊。 INLINE模塊可通過各種現場總線終端模塊與各種現場總線相連接。

(2)  安裝在工業設備現場的IP67現場總線模塊

    Fieldline 是按照 IP65/67 安裝要求開發的現場總線輸入輸出模塊。它被直接安裝在極其惡劣工況環境下，如焊接機器人。這種模塊可與現場變送器/執行器直接連接。模塊上具有集成的診斷LCD顯示功能，能夠直接對故障進行現場診斷，大大減少了停機時間，提高了機器的使用時間。

(3)  基于PC和嵌入式PLC 控制器模塊

    Phoenix Contact公司提供了不同功能等級的基于PC或嵌入式PLC 控制器系列。它滿足了現場實踐的要求，直接地使用在現場層、控制層或（和）管理層。PC-WORX 基于IEC61131 國際標準的自動控制軟件提供了全方位的工業自動控制系統的解決方案。它包含了下列軟件功能：

?  IEC 61131 編程語言；

?  現場總線組態軟件；

?  診斷軟件工具；

?  工業以太網網絡管理軟件；

?  SCADA的接口；

?  項目設計。

(4)  工業以太網模塊

    Factory Line―用于工業環境的以太網模塊，包括了INLINE的以太網網關，用于構成工業控制柜以太網網絡的集線器和交換器以及相應的電纜、光導和連接器。Phoenix 公司為Factory Line 專門開發的以太網管理軟件使以太網網絡的安裝調試更為方便和簡單。同時以太網診斷軟件Netzwerk Management 大大提高了網絡運行的可靠性和安全性。

(5)  人機操作和監視界面模塊

    帶有CE 操作系統的觸摸屏可分散的安裝在現場的機器上，進行現場操作和監控。Phoenix 提供的工控器、Thin-Clients和服務器滿足了監控、編程和控制的一切要求。其系統的構成如圖3所示。

圖3  AX 的構成

4  模塊化自動控制系統在上海大眾汽車的應用

    上海大眾經過多年的發展，已形成了包括3個汽車生產廠和2個發動機廠區在內的5大生產區域，年生產能力達到 40萬輛各類轎車和發動機，截至2003年底，上海大眾已累計產銷量25 787萬輛。2003年一年整車銷售達到396萬輛。

    Phoenix公司通過與大眾公司十多年的長期合作，共同開發了應用于汽車工業的現代制造控制系統，這種控制系統采用了INTERBUS、現場總線專用單元―馬達啟動器、魯棒式輸入輸出模塊、光纖通訊技術和現場診斷技術。這種技術的應用大大減少了初期的投資費用和中期的安裝調試時間，保證了生產運行的可靠性以及極短的維修時間，生產設備的使用率大大提高，生產效率也隨之提高。自1992年開始，就在上海大眾得到了應用，包括生產Santana的汽車二廠，Santana 2000的車身車間，生產 PASSAT的汽車三廠的車身車間、油漆車間、總裝車間，還是生產 POLO的汽車一廠的工藝車間都采用了Phoenix公司的自動控制技術和自動控制產品。

    上海大眾汽車三廠車身車間共有61臺焊接機器人，采用了先進的車頂激光熔焊和后蓋激光釬焊的新技術。 這61臺焊接機器人都通過INTERBUS 聯成總線網絡，互相之間通過INTERBUS進行數據通訊和交換，以保證車身的尺寸穩定和整體焊接質量。三廠油漆車間和總裝車間的生產線全部采用INTERBUS的總線技術，運用了Phoenix的分布式現場總線安裝技術，采用了大量的IP67的現場功能模塊―馬達啟動器和具有強大抗電磁場能力的魯棒性的IP67模塊以及光纖傳輸技術。由于INTERBUS的簡單的連接技術、可靠的抗干擾能力以及強大的故障診斷功能，保證了PASSAT的生產線滿負荷的三班運行，生產效率大大提高。

    上海大眾汽車一廠從2000年中停產改造轉為生產高品質的小型車POLO，其中的車身、油漆和總裝車間都采用了Phoenix的控制技術和INTERBUS 技術。采用的 INTERBUS總線控制系統包括有 56個 S7400 系列的總線控制器，大量IP20的控制柜輸入輸出模塊、IP67 馬達啟動器以及具有INTERBUS接口的SIEMENS 變頻器和SEW的電機控制器。各個子控制系統之間現場數據的通訊通過INTERBUS的網關來實現。油漆線與焊接線、總裝線相連，構成了一個完整的工廠自動化系統，該系統經過短短一年多的安裝調試，于2001年12月正式投產。

    Phoenix 控制系統還在一汽集團的Audi A6、東風集團的Citron 畢加索、沈陽中華等有廣泛應用。