海马汽车郑州三工厂智能工厂项目--控制网


海马汽车郑州三工厂智能工厂项目
企业:菲尼克斯(中国)投资有限公司 日期:2019-04-06
领域:PLC&PAC 点击数:1146

1 项目背景

作为海马汽车发展道路上具有深远意义的里程碑,海马汽车总投资20余亿元精心打造的智能工厂——郑州三工厂于2018年11月底正式投产,新工厂占地面积约45万平方米,规划产能30万辆,一期建设产能15万辆。在工业4.0理念下,海马汽车智能工厂完全按照智能制造标准进行规划、设计和建设,拥有焊装、涂装、总装三大车间,全面采用了菲尼克斯电气融合IT技术的自动化系统和创新的汽车行业电气标准。

2 项目目标

新工厂在坚持高标准、高品质的基础上,通过全面采用菲尼克斯电气融合IT技术的自动化系统和量身定制的汽车行业电气标准,实现高度的自动化,并被赋予更多智能化元素。涂装实现全自动化,各种先进的制造工艺和设备,确保高品质的产品产出。整个焊装车间按照工业4.0理念一次规划分步实施,焊接自动化率达到90%,实现焊接参数、品质管理、设备管理、物流配送等各方面的自动化管理。生产管理方面,生产协同平台通过RFID(无线射频识别系统)系统实现生产计划自动排序、不同车型参数的自动调取、在制库存及异常车辆管理等;通过计划队列校核、人工选择确认、设备自动防错等多方联控确保差异件及车型切换的准确性。涂装车间采用国际领先水性漆B1B2工艺,实现100%自动化喷涂。作为智能化车间管理的重要方式,系统数据分析在涂装车间被广泛应用,主要体现在PMS(生产管理系统)、PMC(生产及物料控制)、ANDON和RFID(无线射频识别系统)。总装车间占地24,000平方米,主要包括内饰线、底盘线、动力总成分装线、前悬后桥分装线、车门分装线、仪表分装线、前端模块分装线,同时还具备独立整车检测车间,单台配送率超过90%,智能化质量检测保障高品质交付。

3 项目实施与应用

菲尼克斯电气作为专业的自动化系统提供商,基于在汽车行业长期积累的专业知识,以及对工业4.0和智能制造理念的深刻理解,为海马汽车第三工厂的设计建设献计献策,提供了完整的自动化系统解决方案,全面应用于新工厂的焊装、总装和涂装车间。基于菲尼克斯电气PLC和软件库量身定制的汽车制造电气标准,帮助海马汽车建立起最先进的自动化平台,确保了项目的高质量水平、整个系统的高可用性和灵活性,最大限度地减少投资和运营成本,具有十足的创新意义。

3.1 深度融合IT技术的自动化解决方案

菲尼克斯电气为海马汽车智能工厂项目提供了深度融合IT技术的自动化解决方案,该方案全面支持工业以太网和PROFINET协议,将所有设备集成到基于以太网的系统中,实现系统一网到底,实现现场层、设备层、管理层之间的无缝高速通信。所有的控制器产品均直接集成PROFINET接口,通过以太网进行程序编写和上位机通信,直接集成OPC、FTP、TCP/IP、HTTP、SMTP、SNTP、SQL、SNMP等多种IT技术。标准化的系统配置方案,包含了这些内容:控制系统整体结构拓扑;网络产品的选型标准及主要功能;PLC的参数标准;现场I/O的选型标准;PROFINET安装规范;工位操作站解决方案;车辆跟踪系统解决方案;大屏显示系统和中央管理监视系统通信规范等。

在新工厂的三大车间,共采用了500多台菲尼克斯电气的SMN、SMCS和FL SWITCH 2000等系列的交换机,将所有设备均接入到PROFINET和工业以太网中,由菲尼克斯电气安全PLC系统RFC 470S PN 3TX和高性能的AXIOLINE控制器AXC3050进行控制,通过直接集成的以太网接口与SCADA、MES、车辆追踪系统等进行实时数据通信。为了提高PROFINET网络的高可用性,采用基于媒介冗余协议MRP(Media Redundancy Protocol)的环网冗余。交换机具有优先处理PROFINET报文的能力,同时支持MRP、LLDP、SNMP协议等功能。

焊装车间要求不停歇地焊接各种不同型号的车体且不影响生产周期,生产节拍快,控制器高速处理,确保信息流畅通,从而有效地提高生产力、生产灵活性和产品质量。焊装车间工艺段包含侧围、纵梁、前后底板、底板总成、机舱、下部线、主线、四门,输送系统包括侧围输送和WBS(白车身输送),由6家不同的线体商负责系统集成,共使用了23套RFC 470S PN 3TX控制器,用来控制228台ABB焊接机器人、200个IP20的I/O子站、800多台IP67设备、179台变频器和139个SMC阀岛。RFC 470S PN 3TX控制器性能强大,支持PROFISAFE,由普通PLC以及安全PLC双核构成,并相互单独运行。安全程序不会受到普通PLC运行周期的限制,普通PLC的问题不会对安全PLC有任何影响。

在涂装车间的许多区域,必须以高度自动化的方式不间断地进行运输、处理和喷涂等作业。涂装过程中,在不同的环境条件下使用多种材料。为确保涂装材料的质量以及涂装工作的高效率,必须保证材料数据的透明性和工业通信技术的灵活性。新工厂的涂装车间分为机运区域、工艺设备和喷涂线,由中汽工程负责总集成,ABB分包喷涂机器人。机运区域有11条线,工艺设备主要有前处理、电泳、烘干(3条)、输调漆供胶、纯水超滤、废气处理、余热回收等,分别由30多套AXC3050控制器来控制。使用了5套RFC 470S PN 3TX控制器,用来控制42台ABB喷涂机器人。

总装车间使用了100多台物流AGV,配合自动化输送线,使得总装车间90%的物料实现自动配送。升降设备、输送系统等采用了16台AXC3050控制器进行控制。AXC3050控制器处理速度极快,适用于中大型控制系统处理任务,同时支持PROFINET I/O控制器和PROFINET设备,可进行本体或分布式IO扩展,因此灵活性极高。

用于PROFINET和PROFISAFE传输标准的INLINE I/O,安装于控制柜中,用于连接现场的传感器和执行器。模块种类多样,扩展灵活方便,具有LED故障诊断功能,而且更换模块无需重新接线。

安全技术是设备操作和人身安全的重要保障,除了安全PLC和PROFISAFE安全模块,菲尼克斯电气的安全桥Safety Bridge技术、安全网关和安全继电器等在现场都有成功应用。菲尼克斯电气的安全PLC编程软件SafetyProg提供所有的安全功能块。整个网络系统中,使用了菲尼克斯电气的PN/PN安全网关FL PN/PN SDIO-2TX/2TX进行PLC与PLC之间的数据交换。通过安全网关,可发送128个字节的PROFINET标准I/O过程数据以及11个字节的PROFIsafe安全I/O过程数据。

为了实现系统的可视化和操作,现场使用了大量的工业PC。具有Core-i7处理器的BL PPC 3000平板电脑用作工位操作站,灵活地安装在员工最佳可见的位置。工位操作站预装了PC Worx工程软件和控制器诊断,以及PROFINET系统网络和可视化软件GraphWorx32。

3.2 自动化与软件的融合

高度的自动化向来需要与之相配套的软件系统,通过软件将信息和数据抽取出来进行整合分析,以反映产线运转的真实情况,这是汽车制造业从自动化走向智能化的第一步。面对高度智能化的设备和庞大的运行参数,如何实现信息互联互通,大数据管理极为重要。而菲尼克斯电气在海马汽车郑州三工厂的一体化生产协同平台MES控制系统中起到了非常重要的作用。

MES系统将所有生产数据通过以太网传输,下发给线体对应的PLC。 菲尼克斯电气的PROFINET高性能控制器不仅要对高节拍的生产流程进行全面的控制,同时还要实时地接收并解析生产数据,其中包括:

·额定生产数量;

·车辆识别VIN码;

·车型的基本数据;

·每种车型对应的高、中、低配置信息等。

完成生产后,还要第一时间将对应的生产数据实时上传至MES系统。这些工作全部在PLC中完成,对设备的响应能力得到了极大的考验。

车型数据以及生产数据的传递自然少不了RFID技术。在海马汽车郑州三工厂的焊、涂、总三大车间,生产过程数据采集技术覆盖整个工厂制造现场,保证海量现场数据的实时、准确、全面的采集。所有RFID设备都是由菲尼克斯电气PROFINET控制器AXC 3050进行控制与调配。在焊装车间中,侧围输送与主线的衔接处、下部线与主线的连接处以及主线的各工位,所有RFID采集点由2台AXC3050进行控制;涂装车间里,输送系统在每个工艺设备的衔接处都布有RFID采集设备,将主要数据发送给PLC;总装车间同样在每条线体上布有多达50个RFID信息采集点,全部由AXC3050进行最终的数据处理。

3.3 量身定制的汽车制造电气标准

在整个工厂中,开放的标准确保了所使用的组件的高可用性和兼容性,自动化技术为汽车制造提供一个灵活的基于平台化的前提条件。菲尼克斯电气在汽车行业的解决方案都是基于标准化接口而定制,基于广泛应用案例和长期积累的应用专业知识建立起的软件功能库,从而为海马汽车量身定制一套电气标准,打造高水准的自动化平台。

这套标准采用面向对象的结构,包括硬件结构、编程和可视化。对象和功能块是自动生成可视化的基础,将功能块实例中所需的所有数据封装给出一个面向对象的一致性数据模型,通过对象名称访问数据,最大可能地集成不同的工艺或功能,因此对于可视化不需要为数据处理做额外的工作。

用于焊装车间和输送系统的电气规范,是各个线体商进行系统集成的规范和指导,确保按照项目文件管理标准进行。这个标准定义了EPLAN电气图规范、软件版本、变量及IP地址分配命名管理规则、PLC程序开发软件PCWORX的程序结构及标准配置、安全程序开发软件 SafetyPROG的结构与功能块、上位软件GraphWORX的结构与自动生成标准等。

PCWORX软件库包含了250多个标准功能块,实现的功能包括:逻辑功能;设备通信驱动,例如机器人、变频器等;诊断功能,包括PROFINET诊断、系统诊断等;故障报警处理;手动操作;细节画面的信息以及诊断功能,例如输入/输出状态的可视化上位功能;用于管理系统的统计数据信息处理功能;安全功能的集成,例如机械安全以及人身安全等。软件库还包含了PLC如何与车辆跟踪系统、大屏显示系统、中心管理监视系统等进行实时数据交互。

自动生成程序和可视化系统,保证一个工厂内所有设备具有相同的界面和风格,无论是来自哪个供应商,都会节省大量的开发和调试时间。为此,我们帮助客户开发了大量的可视化对象,并与PLC应用程序进行关联。通过PCWORX中的VisWiz工具和预先定义好的映射文件,只需进行简单的设置,即可在几分钟内自动创建好GraphWORX32的上位机画面。PLC与上位机之间通过OPCSERVER进行通信,OPC变量连接在画面生成时即自动完成。

虽然控制工艺和控制设备有很大的不同,但焊装车间的设计思路同样适用于涂装车间。菲尼克斯电气为其开发了完善的涂装车间电气规范,包括功能块、VisWiz模板、可视化对象库等,在涂装机运区域和工艺设备上得到成功使用。

4 效益分析

海马汽车第三工厂按照工业4.0和智能制造标准进行规划、设计和建设,实现了高度的自动化和数字化,并引入了众多的智能元素,具有多个创新点。焊装车间规划四车型柔性共线,投入250台机器人,配备博世中频自适应焊机和尼玛克焊钳,它们能够全权接管点焊、搬运、弧焊、涂胶等工序,单班可以减少275名作业人员,相比传统焊装车间人数大幅降低。涂装车间采用国际领先水性漆B1B2工艺,清漆采用了业内高品质的2K体系,采用了42台ABB喷涂机器人,擦净采用了驼鸟毛擦净机,开关门也实现了机器人控制,喷漆线实现了100%自动化喷涂。总装车间还分布着100多台“贴地飞行”的物流AGV,配合自动化输送线,使得总装车间90%的物料实现自动配送。风挡玻璃涂胶采用机器人自动涂胶,检测采用德国杜尔检测设备。

新工厂使用了300台工业机器人、116台物流AGV、RFID、传感器、PLC、数据采集器、工业交换机等智能装备,同时集成MES、工业网、大数据应用、人工智能、知识工作自动化等软件手段,实现人、机、物、信息的互联互通,进而实现产品制造智能化,最终目标是实现品质制造、交付精准、成本最优。

制造的智能化最终是为了实现产品的高品质制造,同时,工厂的智能化水平越高,提效降本的效应也就越明显。海马智能工厂的先进制造工艺,将为海马8S的高品质打下坚实的基础,也是其产品竞争力的重要保障。

随着工业4.0和智能制造理念的不断深入,汽车行业不断创新发展,向着智能汽车、电动汽车、互联网汽车等方向转变,用户对产品品质和智能化提出更高的期望,市场竞争也越来越激烈。对于汽车生产制造来说,大幅提高自动化水平,引入智能化元素,实现数据的透明传输,打造智能工厂,实现数字化转型,已成为一种趋势。郑州三工厂是海马汽车打造智能工厂、迈向工业4.0的重要一步,标志着海马汽车智能制造水平迈上了新台阶,这也意味着其智能化和自动化水平跻身汽车行业前列。菲尼克斯电气融合IT技术的自动化技术和创新的汽车制造电气标准,将助力更多的汽车企业实现智能转型。

摘自《自动化博览》2019年3月刊

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