西门子TIA及安装技术带给汽车制造业的变革 - 文章

西门子TIA及安装技术带给汽车制造业的变革

作者：西门子（中国）有限公司

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全集成自动化（TIA）技术成功地实现了整个自动化系统在生产过程的水平和垂直方向上的集成，它基于网络化的“平台”理念，解决方案涵盖了生产制造的全过程。全集成自动化平台能够确保减少工程成本、提高生产效率、降低生命周期成本——这些都是当今世界对汽车制造成本合理化不可或缺的要求。因此，全集成自动化是当前汽车制造领域内最好的工业自动化解决平台。

宝马5系列车身车间中的全集成自动化

在宝马丁果耳芬汽车厂的白车身生产中，通过使用软、硬件垂直集成自动化解决方案，确保了生产工艺和很高的产品质量。西门子为此提供了软件和硬件部分，并与汽车厂商合作共同开发了解决方案。

在宝马丁果耳芬汽车厂的生产车间里

1、质量是关键

1998年，宝马丁果耳芬汽车厂荣获了J.D. Power的白金奖，这个奖项是专门为在质量方面表现突出的汽车厂商而设立的。在宝马优异的产品质量中，凝聚着西门子做出的一份贡献。在过去的30年里，西门子一直是该工厂生产自动化方面的一个合作伙伴。
除提供控制硬件之外，西门子还为该项目提供了技术支持。通过与工厂车身车间人员的合作，共同制定出设备的使用标准。在项目书中确定推荐使用于车身生产线的统一元件。基于宝马7系列汽车生产的成功经验，新的宝马 5 系列汽车的车身制造也使用了该项技术。

2、高度的灵活性

宝马汽车的生产对控制硬件和软件的灵活性要求很高。这个解决方案的价值体现在垂直系统的集成上，从传感器均匀地一直延伸到 Sicalis 主控制系统，如：维护任务可通过一个寻呼系统获得专门通知。与此同时，对车身制造过程的生产计划也保持了时时的更新，并可做出快速响应。操作站还为操作者提供了直观且简单的控制方法。

3、硬件和软件的集成

在宝马 5 系列汽车车身的生产中，大约250个具有CPU 416-2DP和Simatic CP 443-1通讯处理器的Simatic S7-400控制器被用作整个车身生产线的控制系统。人们将基于TCP/IP 协议的工业以太网用于控制层、人机界面、工业 PC 和 PLC 之间的通讯。另外，程序被归档，并通过以太网载入 PLC 和机器人（固件和运行程序）。同时，以太网还可用于将状态信息传送到主车身制造信息系统 (Sicalis/KISS-L/T-Q)，并用于若干工厂PLC之间的数据交换。

Simatic PCFI45以及Simatic Panel PC870将用于车间中的显示，并通过新开发的西门子终端技术进行连接。在这种技术中使用了具有很高抗电磁干扰性能的平行光纤电缆，所使用的程序有Step 7、S7-Graph、S7-PLCSIM、S7-Pdiag、WinCC、WinCC/Web Navigator、Pro-Agent 和用于工业以太网的Softnet（包括 OPC）。过程诊断通过S7-Pdiag和ProAgent软件进行编程，来自RobCad的CAD图形数据可被直接传输到WinCC 中的操作屏幕中。因此，快速组态和调试得到了保证，与现实的密切程度使得操作和监视 (HMI) 更加容易，过程偏差通常可直接由生产人员快速消除，生产、信息和工厂监视系统 Sicalis PMC为车身生产线提供了必要的透明度。无论是在生产调试阶段还是在连续生产过程中，偏差和瓶颈问题也会立即得到识别。这些问题可被迅速消除，大大提高了工厂可用性。

丰田汽车生产的安全技术

丰田汽车（加拿大）公司在其新的 Lexus 工厂和设备改造中选择了包含有西门子AS-i接口和Simatic S7-300F的安全解决方案。在增强安全性能的同时，这个安全解决方案还让丰田汽车从生产利用率中获益，并因此提高了工厂的生产效率。

丰田汽车(加拿大)Lexus工厂的安全解决方案

位于南安大略省的丰田汽车工厂不仅连续被由J.D. Power 及其成员评级的前10 名之列，还在其成为日本之外的第一个 Lexus 工厂时受到了母公司的嘉奖。丰田汽车公司剑桥制造厂 (TMMC) 同其合作伙伴西门子（加拿大）公司和咨询公司 Stantec工程师通过安装顶级的安全可靠的解决方案进一步展示了西门子的专业知识。这些经济有效的安全解决方案已经用于新的Lexus RX330制造厂，以及对现有的Corolla制造厂的改造当中。除了极高的安全性能之外，新的系统还通过改进的诊断能力进一步提高了生产效率。

西门子的设备安全计划经理 Ondrej Benjik 先生回忆在与 TMMC 项目经理 Scott Bartlett先生一起对改造策略进行规划时，Bartlett 先生提出了多个用于改造的必要标准，包括将新的安全解决方案与现有控制平台进行集成，更换现有的现场设备和接线，在不停产或有限计划停产的情况下进行改造，以及有效地使用现有系统，如从故障状况下快速恢复。

1、符合所有安全规定

“经证明，西门子的执行器-传感器接口产品可以很好地解决这方面的问题，并完全满足职业健康和安全法案 (OHSA) 的要求。”Bartlett先生回忆道，“最容易的转变已毫无阻力地完成，并得到丰田汽车公司团队成员的一致认可，他们已理解了这一装置的原理和价值。”

对Corolla汽车涂装厂机器人单元的改造是利用周末和节假日进行的，生产没有停顿。“防破裂”喷漆间（为汽车的车门槛板喷涂保护漆层）和“遮光漆”喷漆间（为车身底部喷漆）使用新的可靠控制安全系统进行了升级，仅对现有 PLC 控制系统做了非常小的改动。

西门子开放的AS-i安全网络是一种便利的接口，几乎可以将其轻松地集成进任何 PLC之中。通过一条电缆进行连接，AS-i网络就很容易集成进光栅、激光扫描器、安全互锁装置和急停按钮，符合4类安全等级。同时，AS-i系统的独特安全设备快速连接技术和/或安全输入模块满足了对分布式 I/O 站的需要，从而将硬接线几乎降低为零。这种易于安装的接口极大地降低了运行调试成本和改造所需的现场时间，使得人们可以在调试之前进行全功能测试。

2、用于Lexus的Simatic S7-300F

新的RX330工厂拥有符合EN954-1和IEC 61508标准的西门子安全解决方案。新的涂装车间将使用AS-i安全网络，而车身和焊装车间将通过西门子基于Profibus的S7“F”安全PLC而得到加强。西门子的Benjik先生总结说：“丰田汽车的经验已经证明，最高级别的安全解决方案不仅能够确保操作人员更高的安全，而且还会实现很高的使用率和平均快速恢复时间等目标。”

3、故障安全技术

经过长期的大量评估，丰田汽车公司决定使用基于西门子S7 PLC和ProfiSafe的新故障安全技术，将其用于新的“Sienna”牌小型箱式汽车车身车间的安全装置中。由于生产线因车型改变而不断变化，通过使用具有分布式系统的安全PLC就可以进行快速、简单而经济有效的改装。

丰田汽车公司认为，与其他几个安全 PLC 供应商的产品相比，西门子的安全 PLC 在功能和可靠性方面最为合理。目前，在世界范围内的丰田汽车公司制造厂中，有3个安全 PLC 项目正在进行中，分别是Tahara（日本）、印第安纳（美国）和剑桥（加拿大）。在这3个工厂中使用的安全PLC 总数大约为170个，共使用了大约2000个I/O模块。

来自PROFINET的最新消息

德国几家主要汽车生产制造商同意使用通行的工业以太网平台PROFINET。

●Profibus 国际组织主席Kuester先生提供

在2004年11月24日于纽伦堡举办的SPS/IPC/Drives展览会上，四家来自德国的知名汽车公司宣布，同意支持工业以太网标准PROFINET。该标准是由负责PROFIBUS和PROFINET自动化的PROFIBUS国际组织制订的，现已被列入国际标准IEC 61158之中。

在PI共同举行的新闻发布会上，奥迪、宝马、克莱斯勒和大众四家公司的代表表示，此举的目的在于鼓励了有关供应商快速引进PROFINET系统，以满足未来汽车制造业对提高自动化程度的需求。目标不仅是为获取一个固定、统一的行规，对于制造商和使用者来讲还集成了安全技术的行规，同时也为满足用于现场总线的机械设备实现了标准化的需求。

由这四家公司形成的AIDA（即，“德国国内汽车制造商自动化创始”的简称）起源于这样一个事实，即现今的自动化系统种类各不相同，只能在有限的范围内实行兼容。而且，现场总线系统只趋向于相对有限的宽带网，限制了自动化装备的销售，使得为此所需的额外资源和集成增加了成本。AIDA相信，一个通用的工业以太网平台可以在未来自动化系统中迎接并战胜这些挑战，因此，他们选择了PROFIBUS国际组织的PROFINET来承担这项任务。

PROFIBUS国际组织副主席、北美PROFIBUS贸易组织执行主席Mike Bryant先生补充到：“这个由欧洲汽车市场主要角色扮演者所做出的决定，向全世界发出了一个强劲的信号。根据10年前PROFIBUS的市场经验，以及PROFINET技术的应用对工业以太网的重大意义，我预测，AIDA的率先主导将促使包括北美在内的世界汽车制造商随之而跟上。”

PROFINET是PROFIBUS国际组织为分散自动化和基于部件自动化应用领域发展而来的。PROFINET也同时得到了INTERBUS俱乐部的支持，该组织成员现正在发展与PROFINET兼容的产品。到目前为止，PROFIBUS和INTERBUS总共安装了两千万台设备，约占世界现场总线市场的75％。PROFIBUS国际组织在SPS/IPC/Drives展会上宣布，目前在北美、欧洲和日本有20多家的厂商的70多种PROFINET产品可供使用。PI相信在2005年的汉诺威展会上PROFINET产品将有大幅度的增加。

PROFINET能同时以单条工业以太网缆线的解决方案满足3个自动化领域的需求，包括IT集成化领域、实时自动化领域和同步实时运动控制领域。PROFINET解决方案完全符合IEEE802.3标准。在运动控制应用中，PROFINET可以在其他自动化或IT功能运行的同时，以同步实时模式（IRT）在1ms内控制150个轴。现已有11个国际工作小组的140多名工程师致力于PROFINET技术的开发、强化和标准化的工作，其中包括数据安全性及将PROFINET集成到MES系统中的一些主要功能。以PROFINET采用PROFIBUS现场总线为基础的保障机械设备和人身安全的PROFIsafe安全技术解决方案也在规划与发展之中。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/1/2005)


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