福特公司設(shè)在比利時(shí)Genk 的歐洲工廠蚁飒，利用100 M 通訊速率的快速以太網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)連接了倍福公司生產(chǎn)的130 個(gè)BC9000 總線端子控制器，控制一種稱為“隧道”的復(fù)合傳輸系統(tǒng)萝喘。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理從5 個(gè)供應(yīng)商來(lái)的按鐘點(diǎn)供貨的組件和系統(tǒng)事務(wù)淮逻。其隧道投資用于硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的價(jià)值高達(dá)700 萬(wàn)歐元阁簸。
用以太網(wǎng)連接隧道控制器
福特公司的新款車Mondeo 在比利時(shí)Genk 工廠生產(chǎn)爬早，據(jù)稱每天三班共有1650 輛以上
的車從傳送帶下線。根據(jù)定單和設(shè)備的情況伏嬉，預(yù)計(jì)所期望的年生產(chǎn)能力約為35 萬(wàn)輛碟姓。福特在廠里稍微動(dòng)了動(dòng)一個(gè)供應(yīng)商園區(qū)的位置。此供應(yīng)商園區(qū)存放了重要的“準(zhǔn)時(shí)”和“準(zhǔn)序”的系統(tǒng)組件怕翘。這些產(chǎn)品用此“隧道”傳輸系統(tǒng)送到工廠中位于C 廳的組裝區(qū)易传。該隧道是一種高架通道，把組件從園區(qū)傳送到廠里的組裝工作站辞镇。該系統(tǒng)1 千米長(zhǎng)的運(yùn)輸段由大約7千米的傳輸運(yùn)送帶組成臭赃。有兩個(gè)方向的路線，其主要的一個(gè)包括從供應(yīng)商園區(qū)出來(lái)的延長(zhǎng)部分滥庭，直接引導(dǎo)到廠里組裝線上的轉(zhuǎn)換站扑诈，再?gòu)膹S里沿著兩條主要路線返回。整個(gè)系統(tǒng)投入了大約3000 萬(wàn)歐元胞讯，其中700 萬(wàn)歐元用于復(fù)雜的自動(dòng)化技術(shù)很刃。
　　值得一提的是，隧道并非歸屬福特公司所有炸涝，而是歸屬于ASG（Automotive Service
Genk） 公司昼浦。Genk 的GTI 電子裝備部在ASG 公司里也有股份。GTI 負(fù)責(zé)所有與項(xiàng)目有關(guān)的電子技術(shù)設(shè)備筒主。倍福在比利時(shí)的獨(dú)家代理商MULTIPROX 負(fù)責(zé)提供其他方面的支持关噪。ASG作為Eisenmann 和LRM(Limburgse Reconversie Maatschappij) 的合資企業(yè)， 成立了CSG(Conveyer Service Genk)運(yùn)行公司乌妙。實(shí)際上使兔，此傳輸隧道是以每輛整車的單件生產(chǎn)來(lái)付費(fèi)的。這樣藤韵，生產(chǎn)方和供應(yīng)商都必須保證達(dá)到福特產(chǎn)品和系統(tǒng)傳輸?shù)摹盁o(wú)麻煩”標(biāo)準(zhǔn)虐沥。
　　決定建造隧道是1999 年的事≡笏遥“福特要求供應(yīng)商更接近生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)”欲险，GTI 電子裝備部的Ivan Guilliams 就是提出該項(xiàng)工程建議的工程負(fù)責(zé)人。1999 年10 月匹涮，隧道工程開始籌劃天试。第一個(gè)建造項(xiàng)目是12 月開始的槐壳。與此同時(shí)，設(shè)備的設(shè)計(jì)制造工作和實(shí)施戰(zhàn)略也開始進(jìn)行喜每。此傳輸技術(shù)由德國(guó)伯布林根的Eisenmann 公司提供课妙。2000 年4 月底開始進(jìn)行調(diào)試工作。2000年8 月15 日首次啟動(dòng)了8 小時(shí)的系列運(yùn)行試驗(yàn)纷辈。在9 月份正式投產(chǎn)前一星期秋孕，對(duì)傳輸設(shè)備進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)100 小時(shí)的不間斷運(yùn)行卤酬。從那時(shí)起膛躁，福特連續(xù)提高了Mondeo 車型的產(chǎn)量。結(jié)果枕娱，傳輸量也穩(wěn)步上升赢虚，從而對(duì)必要部件和系統(tǒng)組件做到“準(zhǔn)時(shí)”和“準(zhǔn)序”的需求也在增加。為此叶素，傳輸設(shè)備的控制程序也一直在改進(jìn)舰秀。
　　最近，福特在其Saarlouis 的廠里找到了供應(yīng)商園區(qū)的鄰近地點(diǎn)屹请，把供應(yīng)商傳輸技術(shù)和他們自己的組裝線連接起來(lái)枚鸭，期望實(shí)現(xiàn)以下創(chuàng)新理念：
（1）所有的必要部件和系統(tǒng)組件必須按預(yù)期時(shí)間傳送。
（2）傳送由各個(gè)定單控制癣臭，因而與特定的設(shè)備型號(hào)有關(guān)饵较。
（3）在傳送鏈中不需要中間貯存環(huán)節(jié)。
（4）傳輸過程中不需要包裝遭赂。
（5）傳輸過程中不會(huì)損壞部件循诉。
　　連接到此系統(tǒng)的有以下幾個(gè)供應(yīng)商：SML（整車發(fā)動(dòng)機(jī)）、Lear（車座）撇他、Textron（儀表板和油箱系統(tǒng)）和TDS（排氣設(shè)備茄猫、電纜等）。在這四家供應(yīng)商中困肩，每一家都通過他們自己的提升站和運(yùn)輸系統(tǒng)連接划纽。準(zhǔn)備傳送的組件或系統(tǒng)放進(jìn)特制的搬運(yùn)器（小車或貨架）里。根據(jù)傳輸?shù)男枰_定傳送什么部件之后锌畸，傳送過程便開始了勇劣。部件通常從有關(guān)供應(yīng)大廳里的提升站提升，然后掛在隧道傳輸系統(tǒng)上蹋绽。此過程使用的是相關(guān)的提升站和站點(diǎn)芭毙。搬運(yùn)器通過反向傳送帶返回到供應(yīng)大廳，即在裝載好的搬運(yùn)器掛好之前卸耘，卸載后的搬運(yùn)器在降下提升機(jī)之后轉(zhuǎn)換到供應(yīng)傳輸系統(tǒng)魁跷。每個(gè)“空”的搬運(yùn)器可在一個(gè)指定的工作站進(jìn)行單獨(dú)檢查或維修孟若。
　　此傳輸系統(tǒng)包含一個(gè)高架系統(tǒng)，全長(zhǎng)7 千米洗念，有110 個(gè)站點(diǎn)和總共35 個(gè)提升站炮方。高架系統(tǒng)傳送450 個(gè)搬運(yùn)器，每天三班倒提蕴，大約有4.5 萬(wàn)個(gè)部件被傳送到 Mondeo 組裝線各個(gè)組裝點(diǎn)誊批。Mondeo 組裝線的周期時(shí)間為45 秒。即灼镣，每45 秒必須將用戶定單所要求的特定設(shè)備型號(hào)傳送到指定安裝點(diǎn)卦唇。當(dāng)車身被調(diào)到Mondeo 組裝線上時(shí)，包含性能要求和設(shè)備型號(hào)的定單數(shù)據(jù)便會(huì)通過物流管理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通知供應(yīng)商丐浑。78 分鐘后欢公，所需要的部件、系統(tǒng)和組件必須準(zhǔn)確地到達(dá)組裝線卓据。這樣共胎，供應(yīng)商大約有34 分鐘的時(shí)間做最后的組裝和檢查工作，并準(zhǔn)備傳送所需要的部件捅位。傳輸過程最多持續(xù)24 分鐘轧葛。程序緩沖時(shí)間大約為6 分鐘。精確的時(shí)間表籌劃對(duì)系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)的整個(gè)理念都提出了極高的要求艇搀。
高架系統(tǒng)的模塊化融合了控制技術(shù)
　　對(duì)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的想法在工廠籌劃階段就提出來(lái)了尿扯。從工程師的觀點(diǎn)來(lái)看，此模塊特性是由提升站和站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的中符。然而姜胖，從控制技術(shù)方面來(lái)看，對(duì)于是采用帶集中智能的分布式 I/O 控制方案淀散，還是采用分布式智能控制系統(tǒng)右莱，必須作出選擇。GTI 電子裝備部的規(guī)劃人員在比較了這兩種系統(tǒng)后档插，決定采用分布式智能控制系統(tǒng)方案慢蜓。工程負(fù)責(zé)人IvanGuilliams 對(duì)此項(xiàng)決定解釋說(shuō)：“模塊化在總體上有很大的優(yōu)越性。例如郭膛，我們能同時(shí)運(yùn)作工廠里的各個(gè)獨(dú)立區(qū)域晨抡，這樣對(duì)運(yùn)行安全更有保障。在這種情況下盏酵，一個(gè)區(qū)域的故障對(duì)整個(gè)傳輸系統(tǒng)影響不大”慷抛。將分布式智能控制的理念付諸于實(shí)踐也有其優(yōu)越性。在這方面，GTI 電子裝備部負(fù)責(zé)實(shí)施軟件和硬件的項(xiàng)目工程師Bart Claes 認(rèn)為睹协，這樣可以搞清楚局部問題的解
決方案鳞集，從而提出使用多種軟件方案的理由∪“總共有110 個(gè)站點(diǎn)和35 個(gè)提升站祷濒，本地控制系統(tǒng)應(yīng)該具有很強(qiáng)的統(tǒng)一性，這樣才容易在整體上進(jìn)行調(diào)整和維護(hù)完各】贝海”Claes 說(shuō)。
　　選擇分布式智能控制系統(tǒng)的重要決定也使我們明確了系統(tǒng)的藕合問題右婚，從而決定采用以太網(wǎng)TCP/IP 來(lái)聯(lián)網(wǎng)刹埋。“這里有大量的物流管理數(shù)據(jù)需要進(jìn)行通信堪俩，而I/O 數(shù)據(jù)則較少”跳昼，Bart　Claes 說(shuō)。這當(dāng)然需要實(shí)施高效的通信系統(tǒng)肋乍，以保證維護(hù)分布式控制系統(tǒng)的能力。另外敷存，做決定必須基于合適的控制理念墓造。其答案是：BC9000 總線端子控制器和集成的以太網(wǎng)接口，加上TwinCAT 軟件PLC 作為主要控制系統(tǒng)锚烦，并連接到WinCC 可視化系統(tǒng)觅闽。“我們選用技術(shù)上最有說(shuō)服力的解決方案涮俄，”Claes 說(shuō)蛉拙。他認(rèn)為，BC9000 集成了以太網(wǎng)接口和完整的總線端子程序彻亲，并用串行接口的總線端子藕合識(shí)別系統(tǒng)并讀取站點(diǎn)信息孕锄，以及按照IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)編程，所有技術(shù)都是行業(yè)中的前沿技術(shù)苞尝。
以太網(wǎng)是靈魂但不是主干
　　整個(gè)隧道工程使用了130 個(gè)BC9000 總線端子控制器畸肆。控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)使用的是快速
以態(tài)網(wǎng) TCP/IP (100 兆)佛雀。整個(gè)以太網(wǎng)通過交換機(jī)連接形成了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的冗余環(huán)網(wǎng)絡(luò)闺酬。這樣，如果在全部的11 個(gè)快速以太網(wǎng)（Cisco 系統(tǒng)）之間有任何一處光纖段發(fā)生故障逃净，那么“未連接”的交換機(jī)便通過對(duì)應(yīng)的冗余段訪問瑟捡。“受支配”的交換機(jī)之間的連接是全工方式運(yùn)作的萨羽，因此占航，網(wǎng)絡(luò)幾乎可以完全實(shí)時(shí)地運(yùn)行鼠台。每個(gè)交換機(jī)的24 個(gè)端口與 BC9000 之間的藕合連接全部采用屏蔽電纜和星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) -- 首先連接控制柜中的插座，然后電纜連接到BC9000 的RJ45 插頭上墙议。
　　從控制技術(shù)的觀點(diǎn)看确缩，每一個(gè)連接的小型PLC 都是獨(dú)立工作的，也就是說(shuō)久挖，不相關(guān)的I/O 數(shù)據(jù)不會(huì)通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信缎苞，而只有相關(guān)的搬運(yùn)組件的數(shù)據(jù)，即定單的數(shù)據(jù)歹对，能通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信售碳。盡管采用了冗余設(shè)計(jì)，如果以太網(wǎng)連接出現(xiàn)故障绞呈，一個(gè)BC9000 中還可以貯存最多500 個(gè)定單記錄贸人，只有在這種時(shí)候，才有可能丟失這以外的數(shù)據(jù)佃声。而最重要的是艺智，所有的與傳送技術(shù)相關(guān)的設(shè)備都不會(huì)因?yàn)橐蕴W(wǎng)出現(xiàn)故障而停機(jī)。BC9000 小型PLC 有128K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器圾亏，96K 的程序存儲(chǔ)器十拣，還有4080 字節(jié)的保持性數(shù)據(jù)。
以小型PLC 形式出現(xiàn)的總線端子控制器承擔(dān)著分布式控制任務(wù)
　　BC9000 總線端子控制器是帶有集成PLC 功能和以太網(wǎng)連接的總線藕合器志鹃。在隧道工程中夭问，BC9000 控制器作為分布式智能從站安裝在分布式的智能以太網(wǎng)絡(luò)中。除總線端子控制器以外曹铃，BC9000 還可包含64 個(gè)以下的2 通道和4 通道的總線端子缰趋。編程采用TwinCAT 編程軟件并遵循IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)。BC9000 上的組態(tài)/編程接口用來(lái)加載PLC 程序陕见。在Genk的案例中桶辉，還有另外一種方式，即可以用TwinCAT 軟件通過以太網(wǎng)來(lái)加載PLC 程序尸校。
　　如果有必要穴愕，每個(gè)總線端子可以用KS2000 軟件進(jìn)行組態(tài)，并可通過現(xiàn)場(chǎng)總線直接與高層自動(dòng)化設(shè)備交換數(shù)據(jù)——在TwinCAT PLC 的應(yīng)用中進(jìn)行描述替程。同樣渗蜀，預(yù)處理數(shù)據(jù)也可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線在總線端子控制器和高層控制器之間進(jìn)行交換。
　　在啟動(dòng)階段撕陈，TwinCAT PLC 軟件通過整個(gè)傳輸系統(tǒng)的功能塊（FB）控制采用分布式控制技術(shù)的以太網(wǎng)配置历喊。TwinCAT PLC 軟件可以上載分布式系統(tǒng)生成的配置數(shù)據(jù)以便集中管理和儲(chǔ)存。這就是說(shuō)，如果更換了某個(gè)總線端子法竭，不需要重新進(jìn)行設(shè)置辜色，TwinCAT PLC 軟件會(huì)在系統(tǒng)重新上電之后自動(dòng)進(jìn)行所需設(shè)置。對(duì)于處理的PLC 程序（大約1MB）蚣殴，TwinCAT僅需要在主控 PC（奔騰III潜呻，500MHz）上用1.3 毫秒即可完成，只占NT 計(jì)算能力的17%岗宣。
通過快速處理周期保證控制安全
安裝在隧道傳輸系統(tǒng)的130 個(gè)分布式BC9000 中蚂会，每個(gè)都是“獨(dú)立”的。小型PLC 通常有40 個(gè)到50 個(gè)I/O 連接耗式。在站點(diǎn)或提升站的情況下胁住，有80 個(gè)I/O。另外刊咳，幾乎每一個(gè)
BC9000 都通過串行接口總線端子連接著讀取站彪见，讀取識(shí)別系統(tǒng)信息；在提升站的情況下娱挨，則連接了兩個(gè)讀取站余指。在某些情況下，控制站裝有一個(gè)文本顯示器让蕾，報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)或站里的現(xiàn)狀浪规。
　　每個(gè)搬運(yùn)器都包含有一個(gè)識(shí)別載體，儲(chǔ)存定單和指標(biāo)數(shù)據(jù)探孝。最后，所有的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)用來(lái)決定搬運(yùn)器所走的路線誉裆，通過全部110 個(gè)站點(diǎn)迈堂，到福特組裝廠的轉(zhuǎn)運(yùn)站。從技術(shù)控制的觀點(diǎn)來(lái)看捶卧，這意味著從識(shí)別載體所讀取的數(shù)據(jù)對(duì)于站點(diǎn)的調(diào)整和對(duì)于路徑都十分重要耀佣。當(dāng)有兩個(gè)搬運(yùn)器同時(shí)到達(dá)時(shí)，可運(yùn)用FIFO 原理來(lái)決定哪一臺(tái)有設(shè)定站點(diǎn)的優(yōu)先權(quán)疲飘。因此钳雄，控制程序中不再設(shè)優(yōu)先權(quán)處理程序。
　　雖然BC9000 的任務(wù)設(shè)置比較復(fù)雜婴悠，但對(duì)于周期時(shí)間來(lái)說(shuō)并沒有什么問題匀枪。以下是目前已有的關(guān)于周期時(shí)間的記錄，包括接口處理：
（1） BC9000 不帶讀取站為5 毫秒罐闰。
（2） 帶有讀取站為8 毫秒凿栅。
（3） BC9000 控制兩個(gè)站點(diǎn)為10 毫秒。
（4） BC9000 帶有80 個(gè)以上I/O（包括串行接口）的提升站為20 毫秒。
　　由于分布式控制系統(tǒng)同時(shí)工作的效果與并聯(lián)方式并無(wú)二致涝露，周期時(shí)間不再是整個(gè)工程的弱點(diǎn)港遇，這與發(fā)生在集中式的智能控制方案情況有所不同。
（摘自BECKHOFF網(wǎng)站）

（敏捷制造）

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