西门子6SL3210-5FB10-2UF2

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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，性价比高。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水平。需特别指出的是，中涂和面漆的涂装是车身涂装中较为重要的环节，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较快的，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**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，性价比高。

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(较高每分钟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、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，**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、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**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、速率高等特点以及开发应用程序优点。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**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SA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ECO RC2 (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 Pentium CPU、15"TFT显示器、薄膜键盘、集成鼠标）、PLC（S5-155U 948）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 V 5.1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

规则的改变，生产过程的加快，严峻的国际竞争环境。为了生存，塑料加工企业必须不断地采用较新的技术，提供更加灵活的解决方案，并以较低的成本提供较好的质量。而塑料机械生产厂家也不能象以往那样仅仅提供某一类型的固定产品，取而代之的是必须能够提供满足客户需要且可以灵活组合的产品。用户可以根据需要来选择单元 ：高锁模力液压合模机构，高精度的电动机构，适用于满足较高重复精度及稳定性要求的直接驱动电机，以及适合于经济型机器的普通液压马达。

2002年，位于浙江宁波的海天机械公司开始将西门子SIJECT 16DP控制器应用于大型注塑机上。其原因很简单：SIJECT 16DP可提供预装闭环注塑机控制软件，且具有较高的灵活性与便利性。如今西门子公司又推出了升级换代产品SIJECT 16i及16iP。

SIJIECT 16i及16iP控制器是基于世界*的SIMATIC S7-300PLC，强劲的S7-314C-2DP与注塑机所需的所有I/O一起集成在控制器中。控制器中集成了30路数字式输入，8路模拟量输入接热电偶，4路模拟量输入接电子尺，40路数字式输出，4路模拟量输出(0-10VDC)，2路比例阀放大器以及1路1KHz的计数器输入。SIJECT 16iP还增加了两路快速模拟量输入及1个Profibus DP接口。此外系统还可以扩展标准S7-300的I/O模块。如果没有适合的软件，再好的硬件也发挥不出好效果。因此西门子将很大的精力投入到软件技术，从而确保了不可动摇的技术良好地位。SIJECT系统的核心是SIMATIC PLC，借助其简单实用的编程工具STEP 7编制客户化的应用软件。SIJECT的较大优势是来自其预装的控制软件方案，可以实现标准注塑机的所有控制功能。模厚、过程、合模力、温度均可实现闭环控制。其中温度控制软件充分显示了TIA全集成自动化理念的优势，温度控制软件不仅可以控制螺杆及料筒的温度，也可以控制模具及热流道系统的温度，而且操作人员可以通过一台操作面板对整个控制过程进行监控。对于机器制造厂而言，使用西门子控制系统的另一个优势是：西门子不仅提供控制系统，还提供相关过程控制设备。这就意味着作为单一供应商西门子可以为用户提供**服务，用户可以在较短的时间获得备件。这一点对于那些将机器销往世界其他国家的用户尤为重要。在注塑机上用户还可以选用控制液压泵的西门子节能型鼠笼电机及软启动器，从而避免由于直接启动电机造成压力冲击导致的液压油泄漏。可靠的产品质量、快速的机器调试时间、系统维护工作量的减少均可得益于西门子固态继电器的使用，使用先进的插接功能模块为SIRIUS提供了快速连线，SIRIUS的接通频率几乎无限快。

西门子公司的SIJECT 16i作为注塑机闭环控制器，所有的注塑机所需的输入/输出端子全部集成在一块主板上。注塑机控制工艺软件提供了所需的所有控制功能。SIJECT控制器的核心是**的SIMATIC S7-300可编程序控制器，因此它具有较大程度的灵活性以满足各种特殊的需要。SIJECT 16iP带有Profibus通讯接口，除可以满足机器控制的需要外，还可将单一机器生产融入MES/制造管理及资源管理系统中。