工业以太网已将其触角延伸到汽车焊接车间，凭借着它强大的技术优势，可以构建一套焊接车间设备故障自动诊断及焊机群控系统。该系统保证了系统信息的采集、综合分析和传送准确、可靠地进行，彻底改变了过去那种单凭经验诊断故障的工作方法，极大地缩短了故障查找和排故时间，同时大大提高了自动焊接设备的焊接质量。
针对汽车工厂焊接车间主要完成冲压零件—部件—总拼的焊接加工流程，车间内各种焊接自动化设备纷繁复杂，如何确保各种设备协调、连续、自动地运行已成为焊接车间当前面临的巨大挑战。利用新兴的工业以太网技术，利用通过引入美国科动控制公司的工业以太网交换机（sSwitch）产品，从而可以设计并实施完成实现通过一套设备故障自动诊断及焊机群控系统，很好地保障了焊接车间的稳定、而可靠的运行。
一、系统改造前的焊接车间现状分析
该汽车焊接车间主要生产轿车的车身。焊接车间将进料为来自冲压车间的各种冲压零件，经过焊接生产流水线，先把这些各种零件焊接拼装为各种车身部件，如汽车前围、后围、前底板等部件；，再经过总拼把这些部件拼焊成整体车身；，最后经过补焊、打磨，形成最终的白车身，输出到油漆车间喷漆。该焊接车间按照冲压零件—部件—总拼的焊接加工过程，建立了前围线、后围线、前底板线、底板线、总拼线和补焊线等六条生产流水线，分别为前围线、后围线、前底板线、底板线、总拼线和补焊线。这六条生产流水线，按照生产工艺相互刚性连接。在这些生产流水线上的各个工位主要配备的是焊接机械手、焊接机械人、多点焊机、拉杆传输和空中输送车等自动化设备组成。由若干台科动公司的switch分别控制这些生产流水线上的各种加工设备，使其相互协调地、连续地、自动地运行，使车间达到每56秒钟生产一部白车身的的生产节拍的能力。
但是，该车间生产流水线上设备纷繁复杂，生产线之间又是刚性连接，如果某一部位发生机械、液压或电气故障，则会造成某条生产线停机，维修人员要经过一定时间的分析查找过程，才能找到并排除故障。在故障的分析查找和排除期间，由于生产线之间无缓冲，前面的生产线停机将造成后面生产线空工位，时间一长就会使后面生产线停机。另一方面，该车间共有两千多把电焊枪在同时工作，容易造成供电压波动。如果一部分电焊枪正赶在电压低谷通电焊接，容易造成该焊点焊接不实，质量不好。投入运行时，存在两个主要的问题： 当设备上某处出现故障时，由于不能很快地排除，经常造成整条生产线停机，或者整个车间停产，严重影响车间产量和生产节拍。会发生某些焊点的焊接质量不稳定，不能保证白车身质量。经过调查研究和具体分析，发生上述问题的主要原因是：
生产线上设备比较多，设备比较复杂，生产线之间又是刚性连接，如果某一部位发生机械、液压或电气故障会造成某条生产线停机，维修人员要经过一定时间的分析查找过程，才能找到故障点，才能排除故障。在故障的分析查找和排除的时间内，由于生产线之间无缓冲，前面的生产线立即停机，后面生产线造成空工位，这个时间过长，还会造成后面生产线停机。而故障的分析查找和排除的时间中占主要的是分析查找时间。 该车间共有两千多把电焊枪在同时工作，容易造成供电压波动。如果一部分电焊枪正赶在电压低谷通电焊接，容易发生该焊点焊接不实，质量不好。
所以，为了快速恢复故障和保证正常电压通电焊接，解决上述两个问题，我们主要通过科动工业以太网交换机为车间建立这套设备故障自动诊断恢复及焊机群控系统。
二、系统的总体架构的设计思路系统介绍及特点
不难看出，上述焊接车间迫切需要一套先进的故障自动诊断恢复及焊机群控系统。在实际应用中，主要采用了科动工业以太网Switch来建立这套系统，其总体架构如下。
全车间六条生产线上共有由若干台科动工业以太网交换机和PLC组成，。PLC可向系统提供分析设备运行状态和分析出发生的故障点的相关信息，以供分析。但这些PLC是分散的，无故障诊断及恢复能力。因此，我们的系统在车间采用了冗余环网的形式，将由六台工控机组成的现场工程师站设置在车间现场，是由六台工控机组成，分别对应着车间现场六条生产线。
三、冗余环网网络结构及科动Switch的产品特点：
冗余环网形式的组成情况是：
1、管理层使用科动EICP系列，组成工业级光纤冗余环网，上接INTERNETInternet。
2、控制层使用EIS系列，组成100M工业级网络结构，与上位机相连构成控制网络。
3、控制网络同样由使用EIS系列组成的控制网络，将采集到的数据安全、有效的地传送到控制室。
产品特性：系统中所采用的科动工业以太网sSwitch具有以下特性：
4 紧凑型尺寸，宽范围工作温度， 10BASE-T/100BASE-X/100BASE-FX兼容
5 双绞线端口采用全双工或半双工方式，自动协商速率和流量控制 全双工或半双工方式
6 提供冗余的电源联接， 提供用于电源和链接/活动状态/速率的指示灯
7 方便的面板或DIN轨安装方式， 兼容工业环境EMC标准
8 CE Mark UL 508认证， 支持SNMP协议
9 支持Web Server， 可组成冗余快速环网，恢复时间<300ms
10 可通过控制端口进行配置 ，支持VLAN
11 支持Trunking，可通过硬件实现冗余功能，恢复时间<10ms， 支持QoS
四. 冗余环网系统工作基本原理
1、RapidRingTM快速环网技术
RapidRingTM快速环网是美国科动控制公司针对以太网所研究出的高速冗余技术。此项技术不仅能够保证网络在遇到故障时，通讯能在300毫秒ms内恢复(运用于20个以上交换机时)，还可以在环网链接断开时通过出错继电器、指示灯、或SNMP发出警报。一旦出现环网断开的情况，指示灯将会在断开连接的交换机上发出警报，激活其状态继电器，将出错信息通过SNMP反馈给用户。这将会，有利于用户在使用中及时发现环网的断链情况。
在具体使用RapidRingTM该快速环网技术时，可以选用电缆或光纤，将EISX8M, EICP8M和EISB_M系列交换机可以等每个交换机的端口7和端口8相连接，从而组成一个简单的环网结构。将每个交换机的端口7和端口8相连接。根据交换机的型号不同，可以选用电缆或光纤连接成环网。为了使每个交换机的7口和8口都能正常运行，每个交换机必须通过管理页面或者控制端口设置成快速环网，而且必须在这个网络中，设置其中一个交换机必须设为主交换机，这个主交换机在网络中可以通过后备端口对连接中断进行修复。
网络在正常运行时，主交换机的后备端口(端口8)将是处于休眠状态。这样就使得环网中线缆完好时，任何交换机之间都能够交换数据信息。一旦线缆连接中断的情况出现，主交换机将会接收到此信息，由此激活其后备端口，使得网络通信恢复正常运行。同时，网络中7口和8口断开连接的交换机，其继电器将会随之闭合，指示灯也会向用户发出错误警报。一旦线缆修复正常，继电器和指示灯也都会恢复其到正常状态。
2、焊机群控的一般方法技术
该车间现有四个供电变压器向焊机供电，由于焊机是使用的单相电。车间焊机基本是均匀地分别挂在车间里12 条单相电线路上。，由高灵敏的电压监测仪分别监视着这 12 条单相电线路。当监测到其中一条线路电压低于设定的值时，就向主PLC申请中断。中断程序首先检查线路电压低到什么程度，再分别处理：
当线路电压在排队工作范围内，中断程序将按照工艺准许的范围，把挂在该线路的焊机排队，通过管理层使该线路上的焊机按先后顺序通电焊接，使每个焊接都有足够的电流工作。；当 线路电压在停机范围内，中断程序则通过工业以太网交换机的广播形式通知设备PLC，将挂在该线路的所有焊机停止工作，直到线路电压恢复到正常范围内。
五、系统主要功能
系统的工作方式
由于系统的核心控制是由美国科动公司的sSwitch工业交换机产品组成的冗余环网，就保证了系统全天24 小时不间断的正常工作。特别是系统中采用的EISX宽温管理型交换机等交换机，这些都是可以在恶劣的环境下高度可靠地工作的工业产品，可以常年的不停机地工作，并自动恢复故障。这样一来，就保证了系统可以在几年之内不间断地运行，连续采集设备信息和生产信息，保证系统数据处理的及时性、准确性和完整性。
由管理层进行设备故障统计，下列所统计的故障信息比较完备，例如：
a、每台设备每天的发生的故障信息记录；
b、设备按照故障发生类型进行的周、月、季和年统计；
c、每台设备的故障率和开通率；
d、各条生产线的故障率和开通率；
e、全车间设备的故障率和开通率。
五、结论和意义
这套设备故障自动诊断及焊机群控系统成功地应用了美国科动公司的工业以太网交换机，其中Trunking技术和 RapidRing技术在该系统中起到关键的作用，它们把系统的各部分构成一个统一体。
该系统对对为用户的设备排故维修提供了比较切实可行的便利手段，彻底改变了过去那种单凭经验诊断故障的工作方法。只要生产设备有故障发生，系统都能比较准确、迅速地确定故障具体位置或方位，并提供排故方法。；，而这样极大地缩短了故障查找和排故时间，保证了设备能够尽可能短的时间内恢复正常。 焊机群控是一项比较先进的技术，现在系统利用美国科动公司工业以太网及部分PLC技术实现了焊机的群控。这，从而保证了对电焊机的焊接质量就能的得以稳定和提高有了一定的保证。 在该系统中成功地应用了美国科动公司的工业以太网交换机，其中Trunking技术和 RapidRing技术在该系统中起到关键的作用，它们把系统的各部分构成一个统一体； Trunking通过硬件实现冗余功能，恢复时间<10ms，以切换速度快、保证系统信息的采集、综合分析和传送能够可靠、准确地进行。
1/31/2005
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