安全总线协议PROFIsafe在汽车厂总装车间的应用

1. 项目介绍
　　
北京奔驰-戴姆勒柯莱斯勒有限公司是北京北汽集团与奔驰-戴姆勒柯莱斯勒的合资企业，于05年10月开始在北京亦庄新建汽车生产厂,本地化生产奔驰E200、E280系列和戴姆勒柯莱斯勒300C系列车型。新建厂由两个厂区组成,一边是生产奔驰车的焊装和总装车间，另一边是生产300C的焊装和总装车间。两个车间共用一个喷涂车间,这次建厂并没有新建冲压车间。整个项目控制系统的实施完全依照IntegraBBDC V1.02标准（奔驰和Siemens合订汽车厂控制系统标准）和北京奔驰-戴姆勒柯莱斯勒汽车有限公司企业标准。
　　
根据300C整车生产工艺，控制系统机构如图1。设备层面控制系统采用总线方式，集中控制各生产车间生产线，各生产控制系统上层通过TCP/IP通讯协议和厂级计算机系统相接入的接口。现场总线采用SIEMENS公司PROFIBUS总线，相关总线I/O扩展元件以此为基础搭建。通常情况下工厂的控制系统可以分为五层：传感器/执行器层、现场总线层、控制层、 区域管理层、生产管理层。

在控制层采用了Siemens控制系统 CPU416F-2作系统主站，采用WinCC开发了中控室人机界面；而现场总线层采用了如下PROFIBUS从站：ET200S和ET200ECO作分布式I/O，MasterDrive作工艺线和升降机的驱动装置,ET200FC变频器作滚床、推车机等设备的驱动设备，PP17作操作面板，TP270作现场HMI；传感器层采用了Siemens大量接近开关。安全系统方面采用了Siemens的PROFIsafe安全总线协议、分布式安全模块4/8F-DI和4F-DO、光幕、急停按钮和门开关等产品。
　　
本文针对PROFIsafe在300C总装车间的应用，描述了PROFIsafe实现安全机制的机理，结合PROFIsafe的实际工程应用，探讨了应用方法和使用效果。
　　
在汽车生产厂，尤其是在自动化程度较高的焊装车间和总装车间，大量的焊接机器人和装配机械手的出现，造成了许多需要安全保护的危险区域,所以安全传感器，如区域保护扫描器、安全光幕、安全锁、安全地毯、急停开关等的使用已经非常普遍，但现在连接这些安全设备的控制系统仍停留在“安全继电器”或“安全PLC”的非总线控制系统的低级控制状态，大大限制了生产过程控制系统的发展。但如果将这些安全设备连接到非安全的现场总线系统（如标准的Profibus）上去，就会存在比较大的安全隐患，是一种非安全的控制状态。北京奔驰-戴克有限公司300C项目的总装车间采用PROFIBUS作为现场控制网络，同时采用PROFIsafe为安全通信协议，实现了控制网络和安全网络的完美集成，简化了控制网络结构，节省了安装成本和工程施工时间，使系统具有了可靠的安全保护装置，为安全、稳定生产提供保障。
　　
2. PROFIsafe原理介绍：
　　
随着现场总线技术的发展和广泛应用,故障安全通信技术近年也得到了飞速发展，安全总线系统的应用使得工业控制系统更具安全性和可用性，同时提高了系统灵活性，有效节约了布线和工程施工的成本。
　　
与SafetyBus p这种独立的安全网络和独立的安全PLC想比,Siemens推出的安全通信协议PROFIsafe将安全设备和标准设备的数据流完全整合在以PROFIBUS为平台的总线系统中,使标准设备和安全设备能同时共用一条通信链路。从1999年PROFIsafe引入以来,TUV已经认证了其在PROFIBUS上运用的安全性,达到了IEC61508中SIL3的等级,最近它还获得了PROFInet上使用安全性的认证。开放架构的PROFIsafe使得选择其他厂商的产品成为可能。目前有大量的厂商都提供支持PROFIsafe的设备，如Banner，Beckhoff，Sick，Turck和Wago等。