浅谈汽车制造工厂节能应用

孙长柏

（一汽-大众汽车有限公司青岛分公司，山东青岛 266200）

应用网络驱动照明、控制机器人休眠及自动激活的自动控制系统较复杂，可编程控制器为自动化系统参与照明系统控制及机器人自动控制提供了空间。该自动控制系统过程控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强，将机械与电气部件有机地结合在一个设备内，可以搭配PROFINET网络与互联网相连接，成为智能物联系统运行中的关键技术，是自动化制造领域节能减排的核心控制单元。

1 背景

目前，可以通过网络实现智能化节能控制，焊装车间的自动化覆盖率高，但自动设备及辅助设施的日常工作消耗大量电能。据统计，自动设备每小时消耗电能约2 217 kW·h，去除设备正常工作，待机时，照明设备每小时消耗电能约620 kW·h，占车间整体电能消耗的27%。焊装车间机器人满载运行消耗功率8.36 kW，按日产1 200台车计算，工作22 h、负荷率60%、车间共1 036台、满载运行，每天车间消耗电能114 324 kW·h。停工检修状态时，可以将机器人调整为休眠待机状态，减少电能消耗。休眠状态可以通过现有自动化程序执行，但唤醒需要人工操作，机器人基数大，需大量人员。为达到节能效果，开发机器人自动深度休眠及自动唤醒程序，对提高企业效率、降低能耗等方面具有重要意义。

2 网络驱动照明自动控制系统方案

2.1 概述

本项目创新应用设备网络基础，采用多模控制方式，依托通用照明设施的控制方式，融入自动化工位控制系统，引入智能物联思路，应用互联网技术，形成现场照明系统的自动化控制。

采用现场自动化控制的核心PLC采集数据，进行逻辑判断分析，通过PROFINET工业网络进行数据传输，通过网络耦合器将数据汇总，进行逻辑处理，设置合理的开关照明系统，新增延时控制功能，人性化利用照明资源。

2.2 标准模式

通过模式切换功能，保留标准照明控制方式，在公共母线取电后，使用主控柜进行分路，到达安装现场后，分配给每一条线体，经断路器控制每个照明灯。进行照明系统控制，防止网络信号异常时，无法对照明系统进行控制。优化开关位置，贴近现场标识，随用随开。

2.3 随动模式

项目创新的核心为采用网络基础为依托，实现双轨制智能控制方式，采用先进的工业PROFINET网络，完成数据采集传递。在自动化控制系统中，分清各个主控PLC的主次关系，由辅助控制系统完成本区域的信号采集监控，通过网络耦合器，进行信号传递，为了保证现有自动系统稳定性，统一规范，完成信号采集。

3 机器人休眠激活控制方案

3.1 机器人休眠激活控制架构

采用现场自动化控制的核心PLC采集数据，进行逻辑判断分析，确认机器人实际运行状态，配置机器人系统文件，激活其远程控制休眠及唤醒接口，应用Python编写人机界面启动程序，实现自动唤醒功能。确立执行架构、深度节能模式（机器人深度睡眠）、激活或退出模式、操作面板控制、程序自动控制。

3.2 工控机基础设置

（1）D盘根目录，从U盘复制“QD_wakemeonlan”文件夹（WakeMeOnlan.exe、WakeMeOnlan.cfg、QD_Wakeup）至制定存储路径。

（2）在桌面创建QD_Wakeup快捷方式，检查A屏分辨率设置为1 366×768。

（3）Python程序无法实现自动输入密码登录账户至桌面，取消A屏退出屏保输入密码选项。编辑器的可用性取决WinCC flexible版本和要组态的HMI设备。WinCC flexible的工作环境只显示当前使用的HMI设备所支持的编辑器。组态工作简单且易于进行，选择PC677 19#touch编辑人机界面。

3.3 机器人节能控制方案架构

自动化控制可以实现多种模式控制，是实现机器人自动休眠模式的核心控制部分。使用Python编写机器人自动唤醒软件实现唤醒程序，驱动现有HMI界面，实现自动化启动及模式确认，实现自动唤醒。

4 控制程序设计

4.1 网络控制方式创新

在S7中编写OB1（主调用程序）中调用FC97（信号采集），信号源为安全护栏，同时编辑FB900(安全程序）中调用安全信号传递功能块FB984（信号接收）FB983（信号发送）。

程序编写符号表及核心部分程序如图1所示。

图1 程序编写符号表及核心部分程序

在此程序段中，读取其他工作组信号来源I800.3，与上本工位自动门信号进行汇总，输出给逻辑虚拟变量M800.0，经过延时处理，最后输出结果变量用于显示。

4.2 机器人休眠模式控制程序

PLC控制程序编写，打开step7，编写逻辑控制程序，实现休眠控制机器人块，编写FB891，第一工作组第一个机器人从DB4100开始。

4.3 唤醒程序编写

唤醒程序编写通过使用Python编写机器人自动唤醒软件实现，驱动现有HMI界面，实现自动化启动及模式确认。

4.4 机器人通信接口程序设定

通过机器人底层程序配置，实现网络对接时事控制启动功能，配置路径为机器人配置-插专家U盘-退程序-登专家-打开C盘-KRC-roboter-config-user-common-打开CabCtrl.xml（确认机器人在原点），核对远程控制模式是否有效，否则更新文件。

5 应用效果

使用智能物联多模控制后，每小时节约电能321.98 kW·h。根据青岛市城乡分类销售电价标准，工业用电为35～110 kV，每年约节省109.14 万元。

改造后的系统可以激活机器人远程控制、休眠模式；停止运行10 min后，激活机器人休眠模式；编写自动唤醒及去钝化程序，定时唤醒机器人进入工作状态。增加整个车间机器人运行状态监控程序，并添加延时激活功能；在PLC中增加输出控制程序模块，达到自动定时控制的工作状态。PLC的控制功能和PROFINET网络的使用可以实现对远程机器人系统的成功控制。系统除了具有多模选择节能效果外，还具有软启动方式按设定时间分批启动、避免启动时的电流冲击对电网电压造成波动、PLC自动控制不需要人员频繁操作、自动有序达到节能目的等优势。

焊装车间电消耗情况统计如表1所示。

表1 焊装车间电消耗情况统计

控制器休眠减少能耗50 W，驱动器休眠减少能耗140 W，PAD休眠减少能耗10 W。每台机器人0.2 kW·h，完成1 036 台部署，年节约电能509 712 kW·h，节约费用34.15 万元，减少工时消耗4 500 h，减少备件损坏费用约27.7 万元。

车间现场不需要用电时尽量关闭电源，本次推荐的智能化设备信息管理系统功能开发及应用，在实现汽车制造业稳定自动化生产中起到不可或缺的作用。

6 结语

汽车制造自动化工厂的节能控制系统创新点为多模式控制方式同时驱动，保留传统控制模式，具体控制每个照明灯，可以防止网络信号异常时，无法对照明系统进行控制。节能控制系统应用先进的PROFINET工业网络，融入现场控制系统，通过PLC控制程序的编写，基于现有自动化控制系统，未进行硬件安装改造的前提下，利用以太网络的底层协议，修改PLC控制程序，过Python编写底层控制模式，使CPU与人机界面、机器人进行有机结合，增加物联网思维，使用互联网络进行远程控制，最终能够有效地实现节能降耗。