西门子6ES7513-1AL02-0AB0性能参数

越来越多的发动机厂希望实现生产设备的联网并建立生产监控系统，与此同时，在生产监控系统的基础上建立生产管理系统，记录发动机生产过程中的各种数据和事件、为每台发动机建立完整的产品谱系也成为了发动机厂新的目标，这将为今后产品质量问题的追溯和产品召回制度的实施提供了可靠依据。

系统概述
目前，国内许多整车厂在自动化生产线之上建立了“生产监控系统(PMC)”，该系统以网络通讯的方式连接了生产线上的可编程控制器(PLC)，实现了生产设备的状态监视和生产数据的采集。与整车厂相比，发动机厂的生产线控制系统有其明显的不同之处：除了可编程控制器之外，发动机生产线还包含了大量的数控(CNC)和运动控制器(Motion Controller)。
按工艺划分，发动机厂的生产设备基本可分为两大类：装配部分和机加工部分，其中，装配线上大量使用着PLC。整条装配线按工艺分成了3～4个区域，每个区域包含一台监控计算机，该计算机通过以太网与区域内所有PLC联网，并采集生产数据，低成本地监控子系统。运行在监控计算机上的软件可以是ProficyTM HMI/SCADA – CIMPLICITY® 监控软件包。
机加工部分通常包括缸体线、缸盖线、框架线、曲轴线、连杆线和凸轮轴线。每条机加工线的控制系统包含若干台CNC和PLC，为了建立机加工部分的生产监控系统，每台机床的CNC和PLC必须具有网络接口，每条机加工线的线端应该安装一台监控计算机，该计算机通过网络连接整条机加工线上的CNC和PLC，并采集机床设备的报警信息、刀具数据和零件程序，构成每条机加工线的监控子系统。运行在线端监控计算机上的软件可以是Proficy HMI/SCADA - CIMPLICITY监控软件包。
各装配区域和机加工线的监控计算机可以通过厂级以太网互联，建立厂级生产监控系统，向生产操作和管理人员提供动态的生产过程监控画面和生产线的柔性化设置界面。
现代化的发动机厂除了需要建立生产监控系统以使生产操作和管理人员更方便地监视生产过程和柔性化地控制生产过程之外，还应该在生产监控系统之上建立生产管理层。这一层应从生产过程采集大量的产品加工和装配数据，如：每台发动机的序列号、安装在发动机上的零部件的批次编号、发动机装配过程中的测试数据等。这些数据应该被存储在一个面向生产过程的数据库中，如Proficy Historian过程数据库。生产管理层还应该采集发动机生产过程中的事件，如：机床换刀、缸体上线、进入返修区等生产事件，这些事件应该被存储在一个SQL 2000关系型数据库中。终，这些数据和事件被生产管理服务器归纳、整理成每台发动机的生产过程档案和一个完整的发动机产品谱系（产品谱系指的是该产品包含何种零部件及每种零部件的批次编号等信息）。这些信息还通过Web方式发布到全厂的客户端计算机，使得发动机厂的生产管理人员在客户端计算机上利用因特网浏览器就可以查询、检索发动机的生产过程档案和产品谱系。生产管理服务器上运行的软件可以是Proficy Production和Proficy Real-Time Inbbbbation Portal软件包。
包含以上“生产监控”和“生产管理”两个层次的发动机厂网络架构如图1所示。

在图1所示的系统结构中，运行Proficy HMI/SCADA - CIMPLICITY软件的监控计算机构成了生产监控层，这一层负责从生产现场采集数据。处于生产管理层中的Proficy Historian数据库服务器接受来自生产监控层的数据，并存储这些数据，SQL服务器负责存储发动机生产过程中的各种事件，运行Proficy Production软件的生产管理服务器负责建立工厂模型、发动机生产过程档案和产品谱系，而运行Proficy Real – Time Inbbbbation Portal的服务器负责将生产管理服务器中的信息以Web方式发布给全厂。

生产监控层与发动机生产线的软硬件接口
生产监控层中的计算机一般通过工业以太网与生产线上的PLC和CNC进行通信（见图2），这就要求PLC和CNC含有以太网接口，监控计算机通过基于以太网的通讯协议或者开放的OPC技术读取控制器中的数据。根据这一思路，GE Fanuc公司在国内某汽车发动机厂帮助用户建立了生产监控系统。该项目大量使用了GE Fanuc的16i/18i/21i系列的CNC系统，这些数控单元都直接配置以太网接口，并支持基于TCP/IP的FOCAS1应用层协议。运行在线端监控计算机上的Proficy SCADA/HMI - CIMPLICITY软件通过该协议与数控单元交换数据。

整车厂的生产监控系统通常采集各生产工位（生产区域）的设备报警、工作节拍和产量统计等数据，而机加工线的监控计算机必须考虑读取各台机床设备的报警故障状态、刀具寿命、零件程序和各种测量数据，这些数据与整车厂的生产过程数据相比，有着明显不同的数据类型和含义。下表列出了线端监控计算机从机床设备采集的典型数据：

除了以上来自机床设备的数据之外，生产监控层还需要采集装配线上的发动机条码或RFID等标签数据、测试数据、拧紧装置的力矩数据和发动机零部件的批次编号等数据。这些数据首先被条码扫描器、RF Tag读写器或者PLC所读取，然后再发送到监控计算机上，终由生产管理层的服务器存储和管理这些数据记录。

生产监控层的功能
发动机厂的生产监控系统是由分布在各装配区域和各机加工线的监控计算机构成的，这些监控计算机提供动态的监控画面来反映生产设备的运转状态及其相关数据，操作员通过监控计算机可以完成如下监控操作：
·图形监控（见图3）
·刀具管理（见图4）
·零件程序管理（见图5）

生产管理层的模型结构
建立在生产监控系统之上的生产管理层是以过程数据库(Historian)和关系型数据库为基础，由这两个数据库记录发动机生产过程中的数据和事件，并在此基础之上建立发动机生产过程档案和产品谱系。图6是生产管理层的模型结构。

由图6可见，以Proficy Production软件为核心的生产管理层是建立在两个类型不同的数据库基础之上的——记录生产过程中各种数据的过程数据库Proficy Historian和记录生产过程中各种事件的关系型数据库SQL 2000。
这两种数据库所起的作用明显不同：
·过程数据管理(Historian)
记录每台发动机在机加工和装配过程中的各种数据，如：每台发动机的序列号、安装在发动机上的零部件的批次编号、发动机装配过程中的测试数据和拧紧装置的力矩数据等。这些数据在数据库中的存储特点是容量大、存访速度快，如：以毫秒级的间隔，保存10年以上的数据。通常的关系型数据库满足不了如此大容量、高速的数据存储要求，而非关系型的过程数据库采用平面式存储结构，却能实现这个存储要求。
·关系型数据库
关系型数据库SQL 2000被用来记录每台发动机生产过程中的各种事件，如：机床换刀、缸体上线、进入返修等生产事件。采用关系型数据库不但可以记录这些事件，还可建立这些事件之间以及这些事件与过程数据之间的关联，这为发动机生产过程档案和产品谱系的建立打下了基础。
与这两个数据库建立交互操作的是Proficy Production软件中的基础模块----“工厂模型”、“事件模型”和“产品模型”，这些模块定义了发动机的产品种类、发动机在生产过程中所经历的各种事件及其所对应的过程数据。
为了**地记录每台发动机的生产过程，Proficy Production软件还应该记录发动机的关键零部件及其跟踪参数。考虑到很多单个的发动机零部件很难被条码和RFID来标识，通常采用给一批同样类型的零部件分配一个唯一的记录编号、将这批零部件放置在一个载具中，并在载具上贴上条码或安装RFID来代表零部件批次编号的方式，跟踪这批零部件在生产过程中的使用，而Proficy Production软件也是根据零部件的批次编号为每台发动机建立产品谱系的。

生产管理层的功能
在整个发动机厂的生产网络中，生产管理层实现了如下功能：
·生产设备效率分析
·产品质量统计及分析
·发动机生产过程档案及产品谱系的建立
其中，“发动机生产过程档案及产品谱系的建立”在发动机的生产过程中显得尤为重要。为了实现这个功能，Proficy Production软件将根据数据库中的发动机生产过程中的事件和各种工艺参数，建立每台发动机的生产档案，该档案将记录每台发动机的如下信息：发动机的唯一序列号、发动机加工生产过程中的事件及其时间戳、发动机各关键零部件的批次编号、发动机装配过程中的测试数据和拧紧力矩数据。
如此详细的产品生产过程的记录将为今后的查询和检索提供可靠的数据，同时也建立了每台发动机的生产过程及其零部件的追溯体系，为今后的查询和检索提供了基础。如果已出厂的发动机被发现存在质量问题，该质量问题是由生产过程中的某道工序或某批不合格的零部件造成的，则用户可以依据以上发动机生产过程的档案记录，很快地检索出含有同样质量问题的产品，迅速确定需要召回的产品范围，减少损失。

一、plc的组成方框图
PLC的种类很多，但是结构大同小异，下图是典型的PLC控制系统组成方框图。

PLC组成方框图
在组建PLC控制系统时，需要给PLC的输入端子接入有关的输入设备，给PLC的输出端子接入有关的输出设备，另外还需要将编写好的程序通过通信接口输入PLC内部存储器，如果希望增强PLC的功能，可以将扩展单元通过扩展接口与PLC连接。
二、PLC各部分说明
PLC内部主要由CPU、存储器、输入接口、输出接口、通信接口和扩展接口等组成。
1、CPU
CPU又称中央处理器，它是PLC的控制中心，通过总线（包括数据总线、地址总线和控制总线）与存储器和各种接口连接，以控制它们有条不素地工作。CPU的性能对PLC工作速度和效率有较大的影响，故大型PLC通常采用高性能的CPU.
2、存储器
存储器的功能是存储程序和数据。PLC通常配有ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）两种存储器，ROM用来存储系统程序，RAM用来存储用户程序和程序运行时产生的数据。
系统程序由厂家编写并固化在ROM存储器中，用户无法访问和修改系统程序。系统程序主要包括系统管理程序和指令解释程序。系统管理程序的功能是管理整个PLC，让内部各个电路能有条不紊地工作。指令解释程序的功能是将用户编写的程序翻译成CPU可以识别和执行的程序。
用户程序是用户通过编程器输人存储器的程序，为了方便调试和修改，用户程序通常存放在RAM中，由于断电后RAM中的程序会丢失，因此RAM专门配有后备电池供电。有些PLC采用 EEPRON（电可擦写只读存储器）来存储用户程序，由于 EEPROM存储器中的内部可用电信号进行擦写，并且掉电后内容不会丢失，因此采用这种存储器后可不要备用电池。

3、输入/输出接口
输人／输出接口又称 I／O接口或 I／O模块，是PLC与外围设备之间的连接部件。PL通过输入接口检测输人设备的状态，以此作为对输出设备控制的依据，同时PLC又通过输出接口对输出设备进行控制。
PLC的 I／O接口能接收的输入和输出信号个数称为PLC的 I／O点数，I／O点数是PLC的重要依据之一。
PILC外围设备提供或需要的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU只能处理标电平信号，所以1／0接口要能进行电平转换。另外，为了提高PLC的抗干扰能力，I／0接口一般采用光电隔离和滤波功能。此外，为了便于了解 I／O接口的工作状态，1／0接口还有状态指示灯。
4、通讯接口
PLC配有通信接口，PLC可通过通信接口与监视器、打印机、其他PLC、计算机等设备实现通信。PLC与编程器或写人器连接，可以接收编程器或写入器输入的程序；PLC与关打印机连接，可将过程信息、系统参数等打印出来；
PLC与人机界面（如触摸屏）连接可以在人机界面直接操作PLC或监视PLC工作状态；PLC与其他PLC连接，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制；与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控PL制与管理相结合。
5、扩展接口
为了提升PLC的性能，增强PLC控制功能，可以通过扩展接口给PLC增接一些专用能模块，如高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。
6、电源
PLC一般采用开关电源供电，与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。PLC的电源对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值士15％的范围内波动。有些PLC还可以通过端子往外提供直流24V稳压电源。