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1、1 引言在近100多年的历史中，机械制造工业从未有过如此激烈的竞争和变动。全世界都在寻找符合未来发展的先进的自动化制造技术的概念。信息技术、计算机技术和控制网络技术的发展给制造工业的发展提供了巨大的机遇。要在制造工业市场上占有领先的地位，这个企业必须具有提高生产率、降低制造成本的能力。这种能力的提高的关键是如何将新型的自动控制系统应用在生产制造业中。众所周知，计算机技术、通讯技术、IT技术的发展不断地渗透到工业控制领域，引起了工业自动化控制的不断变革，其主要特征就是现场总线技术、PC-based技术以及工业以太网技术。这些技术的出现使得工业自动化技术的水平达到了一个新的高峰，面向21世纪的现代
2、工业控制系统正在逐渐形成。十多年来，Phoenix Contact公司坚持不断创新，不断变革，在工业自动化控制领域提出自己独特的解决方案，特别针对如何提高生产率这一制造工业关键的问题。一种具有开放性通讯平台的模块化自动控制系统AUTOMATIONWORX（AX）已在生产实际中得到广泛的应用，其先进性、经济性和可靠性得到了实践的证明。事实表明将这种技术用于汽车制造业上可减少 25%的厂房面积、70%系统部件的库存量和90%的安装调试时间，使生产率和经济效益得到了最大的提高。2 生产率的提高取决于生产过程的信息化以及制造系统的集成能力在当今科学技术迅猛发展的时代，生产率的提高是增强竞争能力的关键。
3、机器和工业设备经济使用的必要性越来越得到人们的重视。这不仅仅是指机械生产厂，同时也是对产品制造厂的要求。充分的利用生产的潜力，尽可能地缩短定单到发货的时间，这需要工业制造厂家的高度的灵活性和产品生产厂生产新的产品的机动性。这就是说，机器和工业设备的制造必须在一定的程度上与技术流程的信息流相结合， 即通讯技术必须与生产制造技术紧密的结合起来。为了满足生产设备的高度适应性以及产品快速地改朝换代，制造厂家在制造设备时必须考虑设计、制造、安装和现场调试时所使用的自动控制方案的一致性，即它的集成化程度。在一个开放性的通讯平台上，高度的集成化必须包含生产过程的信息交换，工业网络系统的组态、参数化以及企业网
4、络和Internet的联接。这两者之间的关系如图1所示。 （1 信息流 2 生产率 3 集成程度）生产过程的信息化以及制造系统的集成能力提高了生产率。而实现生产过程的信息化和制造系统的集成能力的工业自动化控制系统由以下的因素决定：开放型的系统；模块化的结构；快速和方便的安装技术；高度的标准化；成本核算的整体性。这5大要点构成了提高生产率的基础。3 AX 的特点和构成3.1 特点为了满足以上要求，必须实现一个功能强、灵活可靠、模块化的自动化技术的解决方案。这个解决方案的关键是具有一个通讯网络，通过这个网络实现从现场设备、传送器、执行器、智能仪器仪表、控制器、制造设备，一直到生产管理部门之间的信息
5、传输，同时所有的自动化模块可以方便地连接在这个开放式的信息平台上。AX 系统恰恰为这个目的而开发，完全满足了这样的要求。 模块式自动控制系统AX将现代通讯技术和计算机技术有机地与工业控制技术结合起来，是实现了开放型、模块化和具有国际标准的全控制系统。它包含了具有IEC61158国际标准的现场总线技术INTERBUS，基于 PC技术的 PLC控制器，其编程语言采用IEC61131-3国际标准，PLC控制器之间的通讯采用IEC61158-5的通讯协议。控制系统与工业以太网联成一体，通过开放的 OPC 技术实现了控制系统与企业管理之间的数据传输接口。它提供了一个开放式的通讯平台，可满足自动控制系统所
6、需要的所有通讯要求。同时模块式自动控制系统AX具有强大的集成能力，生产制造系统通过INTERBUS、其它的总线系统和以太网进行数据交换，各种不同生产厂生产的模块也可以通过开放的接口，智能式的软件工具集成成一个AX系统。其特点如下： (1) 开放型的自动化控制软件解决方法基于Microsoft 的软件开发操作系统。采用开放性的 ACTIVEX，DCOM and OPC的软件技术。(2) 开放型的通用的工业网络技术开发工业以太网模块以及具有强大诊断功能的软件包。(3) 灵活性高，适应性强的人机界面（IPC，HMI）。(4) 基于PC或嵌入式控制器解决方法，实现分散式控制网络。编程语言采用IEC61
7、131国际标准。(5) 连接方便、安装简单的IP20 和 IP67 的现场模块。具有开放型的现场总线接口（INTERBUS，PROFIBUS，DEVICENET，CANOPEN，ETHERNET）。3.2 构成AX实现了两维（垂直和横向）的数据通讯，提供了具有国际标准的高效率开放式模块化自动控制解决方案。AX由图2所示的可联网的模块组成。(1) 安装在控制柜中的IP20 现场总线模块IP20 INLINE控制柜模块代表了自动控制技术发展的方向，它具有体积小、快速安装、扩展性强的特点。INLINE模块化的输入输出系统采用快速的连接方法，同时将嵌入控制技术引入了现场模块中，提供了智能式现场控制模块
8、。 INLINE模块可通过各种现场总线终端模块与各种现场总线相连接。(2) 安装在工业设备现场的IP67现场总线模块Fieldline 是按照 IP65/67 安装要求开发的现场总线输入输出模块。它被直接安装在极其恶劣工况环境下，如焊接机器人。这种模块可与现场变送器/执行器直接连接。模块上具有集成的诊断LCD显示功能，能够直接对故障进行现场诊断，大大减少了停机时间，提高了机器的使用时间。(3) 基于PC和嵌入式PLC 控制器模块Phoenix Contact公司提供了不同功能等级的基于PC或嵌入式PLC 控制器系列。它满足了现场实践的要求，直接地使用在现场层、控制层或（和）管理层。PC-WOR
9、X 基于IEC61131 国际标准的自动控制软件提供了全方位的工业自动控制系统的解决方案。它包含了下列软件功能：IEC 61131 编程语言；现场总线组态软件；诊断软件工具；工业以太网网络管理软件；SCADA的接口；项目设计。(4) 工业以太网模块Factory Line用于工业环境的以太网模块，包括了INLINE的以太网网关，用于构成工业控制柜以太网网络的集线器和交换器以及相应的电缆、光导和连接器。Phoenix 公司为Factory Line 专门开发的以太网管理软件使以太网网络的安装调试更为方便和简单。同时以太网诊断软件Netzwerk Management 大大提高了网络运行的可靠性和
10、安全性。(5) 人机操作和监视界面模块带有CE 操作系统的触摸屏可分散的安装在现场的机器上，进行现场操作和监控。Phoenix 提供的工控器、Thin-Clients和服务器满足了监控、编程和控制的一切要求。其系统的构成如图3所示。4 模块化自动控制系统在上海大众汽车的应用上海大众经过多年的发展，已形成了包括3个汽车生产厂和2个发动机厂区在内的5大生产区域，年生产能力达到 40万辆各类轿车和发动机，截至2003年底，上海大众已累计产销量25 787万辆。2003年一年整车销售达到396万辆。Phoenix公司通过与大众公司十多年的长期合作，共同开发了应用于汽车工业的现代制造控制系统，这种控制系
11、统采用了INTERBUS、现场总线专用单元马达启动器、鲁棒式输入输出模块、光纤通讯技术和现场诊断技术。这种技术的应用大大减少了初期的投资费用和中期的安装调试时间，保证了生产运行的可靠性以及极短的维修时间，生产设备的使用率大大提高，生产效率也随之提高。自1992年开始，就在上海大众得到了应用，包括生产Santana的汽车二厂，Santana 2000的车身车间，生产 PASSAT的汽车三厂的车身车间、油漆车间、总装车间，还是生产 POLO的汽车一厂的工艺车间都采用了Phoenix公司的自动控制技术和自动控制产品。 上海大众汽车三厂车身车间共有61台焊接机器人，采用了先进的车顶激光熔焊和后盖激光钎
12、焊的新技术。 这61台焊接机器人都通过INTERBUS 联成总线网络，互相之间通过INTERBUS进行数据通讯和交换，以保证车身的尺寸稳定和整体焊接质量。三厂油漆车间和总装车间的生产线全部采用INTERBUS的总线技术，运用了Phoenix的分布式现场总线安装技术，采用了大量的IP67的现场功能模块马达启动器和具有强大抗电磁场能力的鲁棒性的IP67模块以及光纤传输技术。由于INTERBUS的简单的连接技术、可靠的抗干扰能力以及强大的故障诊断功能，保证了PASSAT的生产线满负荷的三班运行，生产效率大大提高。上海大众汽车一厂从2000年中停产改造转为生产高品质的小型车POLO，其中的车身、油漆和
13、总装车间都采用了Phoenix的控制技术和INTERBUS 技术。采用的 INTERBUS总线控制系统包括有 56个 S7400 系列的总线控制器，大量IP20的控制柜输入输出模块、IP67 马达启动器以及具有INTERBUS接口的SIEMENS 变频器和SEW的电机控制器。各个子控制系统之间现场数据的通讯通过INTERBUS的网关来实现。油漆线与焊接线、总装线相连，构成了一个完整的工厂自动化系统，该系统经过短短一年多的安装调试，于2001年12月正式投产。Phoenix 控制系统还在一汽集团的Audi A6、东风集团的Citron 毕加索、沈阳中华等有广泛应用。 前言自2000年IEC学会宣
14、布的八种现场总线技术作为国际标准后，在国际上已结束关于究竟采用哪种总线技术的争论。但是现场总线仍是一种正在发展中的技术，而且一直处在不断完善的过程中。所以现在正是我们加快自己开发的步伐，缩短与国外技术差距的的最好时机。问题是我们要发展，要开发现场总线的前提是要掌握和了解现场总线是一种什么样的技术和在工业自动控制领域中占有的地位。尤其重要的是现在不是争论到底应该用哪一种现场总线，哪一种现场总线应该成为中国的总线标准的时候，而是对几种比较重要的现场总线的技术进行深入的研究，取精用弘，融会贯通，以形成一个完整的中国式现场总线的发展体系。基于这种想法，我想借“总线论坛“一角，抛砖引玉，先介绍一种在国内
15、尚未“成名”，但又在国际上得到最广泛应用的现场总线INTERBUS（采用这种技术的设备90是进口的），然后再讨论一下目前几种重要的现场总线。INTERBUS技术是德国PHOENIXCONTACT公司（一家中小型私人企业）研究和开发的现场总线，作为一种最早开发的现场总线，现已广泛地应用于汽车工业、仓储及传送技术、烟草工业、造纸工业、包装工业、食品工业等。1996年成为DIN19825德国标准，1998年成为EN50254欧洲标准，2000年成为IEC61158国际标准。全球1000多个生产厂家提供2500多种总线产品，目前已经超过400万节点，四十多万个系统应用在世界各地，使INTERBUS成为国际上应用最广泛的现场总线之一。为什么INTERBUS现场总线能成为一种非常成熟、稳定、可靠的总线，如果说八种现场总线国际标准的产生是一个政治的产物，是协调各国利益的最后产物，那么为什么德国却有两种国际标准的现场总线。如果说一般具有国际标准的现场总线都是由著名的跨国公司研制开发出来，并通过强大的经济实力和政治背景推广到市场上，那么为什么一家以生产工业连接件为主导产品的中小型企业也能研制开发具有国际先进水平的现场总线，而且在世界自动化领域中占有一席之地？以下就这些问题我想
