中小型碼垛自控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

莫瑞強(qiáng)

（山信軟件股份有限公司，山東萊蕪271104）

1 系統(tǒng)規(guī)劃

1.1 硬件配置

根據(jù)中小型車(chē)間對(duì)碼垛工藝、設(shè)備改造的思路，初步制定碼垛控制系統(tǒng)西門(mén)子改造方案。

（1）控制系統(tǒng)采用CPU加遠(yuǎn)程I/O的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：采用一套西門(mén)子CPU S7-316，安裝在碼垛操作臺(tái)底部PLC室；遠(yuǎn)程I/O分三部分，傳統(tǒng)設(shè)備同各大硬件的信息交互由傳統(tǒng)變頻器、P網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

（2）操作站2臺(tái)，采用WinCC監(jiān)控軟件替代4#臺(tái)操作終端：1臺(tái)用于碼垛平臺(tái)設(shè)備監(jiān)控、參數(shù)設(shè)定；1臺(tái)用于收集、輸出輥道等設(shè)備的監(jiān)控和參數(shù)設(shè)定。

（3）控制程序和監(jiān)控畫(huà)面優(yōu)化：操作站上可實(shí)時(shí)監(jiān)控碼垛系統(tǒng)的各種狀態(tài)，如CMD、SG、BG等檢測(cè)元件和變頻器等狀態(tài)；對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、修改；對(duì)實(shí)時(shí)故障進(jìn)行即時(shí)報(bào)警；同時(shí)可隨時(shí)查看重要數(shù)據(jù)的歷史趨勢(shì)等，方便各方人員操作和維護(hù)。

1.2 軟件配置

監(jiān)控系統(tǒng)由原有的ABB MV320系統(tǒng)升級(jí)為西門(mén)子監(jiān)控系統(tǒng)，操作系統(tǒng)為Windows 7，編程軟件為STEP7 5.5；一級(jí)監(jiān)控軟件采用WinCC 7.0軟件；工作站采用DELL OPTIPLEX9010系列工作站。

2 總體控制技術(shù)

我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和控制工藝，對(duì)整個(gè)碼垛區(qū)域進(jìn)行了重新劃分和簡(jiǎn)化，在不影響碼垛功能的前提下，將原有的分離指、單磁頭和雙磁頭等設(shè)備拆除，原有的固定筐不再進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)，固定在中位，減少故障的同時(shí)提升了碼垛效率。

整個(gè)碼垛區(qū)域現(xiàn)在分為制動(dòng)區(qū)、短尺收集區(qū)、碼垛區(qū)、成層區(qū)和筐區(qū)等五個(gè)控制區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都有手自動(dòng)選擇控制；同時(shí)，整個(gè)碼垛區(qū)域可分為A、B兩個(gè)大區(qū)，我們主要以碼垛區(qū)域A區(qū)自動(dòng)控制為例進(jìn)行敘述。

2.1 制動(dòng)區(qū)控制

制動(dòng)區(qū)的控制設(shè)備包括剪后制動(dòng)輥道、A1/A2/B1/B2雙輥道小車(chē)（即“輥道夾”）、1～4段對(duì)齊輥道等，冷剪剪切后的成品材經(jīng)剪后制動(dòng)輥道傳送至制動(dòng)區(qū)，制動(dòng)區(qū)域自動(dòng)情況下，制動(dòng)區(qū)域的三個(gè)光電管CMD1、CMD2、CMD3，三選二，即兩用一備，檢測(cè)到成品材后觸發(fā)雙輥道小車(chē)動(dòng)作。

制動(dòng)區(qū)域選自動(dòng)，雙輥道小車(chē)則自動(dòng)；制動(dòng)區(qū)域不選自動(dòng)，雙輥道小車(chē)則手動(dòng)。在4#臺(tái)操作面板上可對(duì)雙輥道小車(chē)A1、A2、B1、B2分別進(jìn)行選擇，在制動(dòng)區(qū)域選擇自動(dòng)的條件下，光電管可觸發(fā)雙輥道小車(chē)動(dòng)作，按照先B區(qū)后A區(qū)的BABA觸發(fā)順序依次循環(huán)啟動(dòng)，每個(gè)區(qū)域按上升、前進(jìn)、下降、后退的順序依次動(dòng)作一個(gè)周期；也可選擇只用一個(gè)區(qū)進(jìn)行自動(dòng)控制。

對(duì)齊輥道共四段，1、2段對(duì)齊輥道對(duì)應(yīng)輥道夾A區(qū)，3、4段對(duì)齊輥道對(duì)應(yīng)輥道夾B區(qū)；對(duì)齊輥道分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，對(duì)齊輥道手動(dòng)控制可在制動(dòng)區(qū)手動(dòng)情況下，操作4#臺(tái)對(duì)應(yīng)按鈕進(jìn)行前進(jìn)和后退動(dòng)作。對(duì)齊輥道自動(dòng)控制分為以下兩種情況：

（1）挑短尺輥道不動(dòng)作，1、2段對(duì)齊輥道在A區(qū)輥道夾的前位和下位接近開(kāi)關(guān)都有信號(hào)時(shí)，1、2段對(duì)齊輥道自動(dòng)向前旋轉(zhuǎn)6 s后停止；3、4段對(duì)齊輥道在B區(qū)輥道夾的前位和下位接近開(kāi)關(guān)都有信號(hào)時(shí)，3、4段對(duì)齊輥道自動(dòng)向前旋轉(zhuǎn)6 s。

（2）在挑短尺輥道動(dòng)作時(shí)，1、2段對(duì)齊輥道依舊跟隨A區(qū)輥道夾動(dòng)作；而3、4段對(duì)齊輥道則跟隨挑短尺輥道動(dòng)作，不再受輥道夾控制：挑短尺輥道前進(jìn)時(shí)3、4段對(duì)齊輥道后退，挑短尺輥道后退時(shí)3、4段對(duì)齊輥道則前進(jìn)。

2.2 短尺收集區(qū)控制

短尺收集區(qū)域除短尺收集輥道外其他設(shè)備只有手動(dòng)控制，短尺收集輥道和挑短尺輥道由變頻器控制運(yùn)行，速度可在監(jiān)控畫(huà)面上進(jìn)行設(shè)定。

短尺收集輥道分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，當(dāng)短尺收集輥道選自動(dòng)并且A區(qū)輥道夾和B區(qū)輥道夾都選擇鎖定時(shí)，短尺收集輥道自動(dòng)旋轉(zhuǎn)50 s后自動(dòng)停止，同時(shí)短尺提升鏈不能動(dòng)作；短尺收集輥道自動(dòng)控制專為定尺短尺所設(shè)計(jì)：正常生產(chǎn)時(shí)短尺收集輥道需選自動(dòng)，當(dāng)冷剪處出現(xiàn)短尺時(shí)，需要鎖住A區(qū)和B區(qū)的輥道夾，這時(shí)自動(dòng)觸發(fā)短尺收集輥道前轉(zhuǎn)，讓短尺可以傳至短尺收集區(qū)對(duì)齊、移走。

2.3 碼垛區(qū)控制

碼垛區(qū)的控制設(shè)備包括A1A2B1B2碼垛傳送鏈1、A1A2B1B2碼垛傳送鏈2。碼垛區(qū)域設(shè)備均由變頻器控制運(yùn)行，速度可在監(jiān)控畫(huà)面上進(jìn)行設(shè)定；若碼垛區(qū)域選擇自動(dòng)控制，則以上設(shè)備都自動(dòng)運(yùn)行。

2.4 成層區(qū)控制

成層區(qū)的設(shè)備包括A區(qū)傳送鏈3和B區(qū)傳送鏈3。此區(qū)域包括A、B兩區(qū)的計(jì)數(shù)，由各自區(qū)域的接近開(kāi)關(guān)完成，計(jì)數(shù)支數(shù)在畫(huà)面進(jìn)行設(shè)定，計(jì)數(shù)數(shù)值在畫(huà)面上實(shí)時(shí)顯示，并可在畫(huà)面上通過(guò)按鈕加一或減一手動(dòng)修改，在筐區(qū)滿足自動(dòng)條件下（筐區(qū)自動(dòng)條件：無(wú)急停+筐區(qū)選擇自動(dòng)+活動(dòng)筐變頻器送電無(wú)跳閘+筐區(qū)無(wú)鎖定按鈕+筐區(qū)安全按鈕在正常位），當(dāng)計(jì)數(shù)數(shù)值到達(dá)畫(huà)面設(shè)定的“計(jì)數(shù)支數(shù)”時(shí)，可觸發(fā)活動(dòng)筐自動(dòng)動(dòng)作。

2.5 筐區(qū)控制

筐區(qū)的設(shè)備包括A區(qū)活動(dòng)筐、B區(qū)活動(dòng)筐。各區(qū)活動(dòng)筐的升降和平移都分別由變頻器控制，同時(shí)由各自的增量型編碼器反饋實(shí)時(shí)位置?？饏^(qū)設(shè)為自動(dòng)控制時(shí)，活動(dòng)筐在等待位（升降等待位+平移后位）進(jìn)行等待，當(dāng)成層區(qū)的計(jì)數(shù)到達(dá)設(shè)定的“計(jì)數(shù)支數(shù)”時(shí)，可觸發(fā)活動(dòng)筐動(dòng)作。活動(dòng)筐按照上升、前進(jìn)、下降、后退、上升等順序依次完成動(dòng)作，并且結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際還實(shí)現(xiàn)了活動(dòng)筐自動(dòng)返回等待位、活動(dòng)筐編碼器清零等功能。

2.6 與其他PLC通信

2.6.1 西門(mén)子碼垛PLC與ABB RMC6 PLC通信

碼垛PLC可以控制冷剪的啟停，碼垛PLC在“無(wú)急停+制動(dòng)區(qū)選自動(dòng)+剪后輥道變頻運(yùn)行”的條件下，可以啟動(dòng)冷剪剪切；若以上條件不滿足，冷剪不能自動(dòng)啟動(dòng)。

2.6.2 西門(mén)子碼垛PLC與西門(mén)子收集PLC通信

（1）西門(mén)子碼垛PLC：在筐區(qū)自動(dòng)情況下，若打捆輸出輥道1、打捆輸出輥道2處的光電管（來(lái)自西門(mén)子收集PLC）有信號(hào)，此時(shí)若活動(dòng)筐在“有鋼等待位”東側(cè)，則活動(dòng)筐自動(dòng)前進(jìn)至“有鋼等待位”停止并等待；光電管信號(hào)消失，活動(dòng)筐繼續(xù)前進(jìn)。

（2）西門(mén)子收集PLC：打捆輸出輥道1、打捆輸出輥道2在自動(dòng)條件下，若“A筐OK”“B筐OK”（來(lái)自碼垛PLC）信號(hào)返回，同時(shí)在輥道光電管有信號(hào)時(shí)，打捆輸出輥道自動(dòng)前進(jìn)。打捆輸出輥道在手動(dòng)情況下無(wú)聯(lián)鎖。

2.7 安全聯(lián)鎖控制

在4#臺(tái)操作面板上有一個(gè)急停按鈕，可控制整個(gè)碼垛區(qū)域的急停；而在現(xiàn)場(chǎng)共有四個(gè)安全檢修鎖定開(kāi)關(guān)，分別為A區(qū)雙輥道鎖定開(kāi)關(guān)、B區(qū)雙輥道鎖定開(kāi)關(guān)、A區(qū)傳送鏈3鎖定開(kāi)關(guān)、B區(qū)傳送鏈3鎖定開(kāi)關(guān)。各安全聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)狀態(tài)在操作畫(huà)面上實(shí)時(shí)顯示。

檢修時(shí)將對(duì)應(yīng)區(qū)域開(kāi)關(guān)打到鎖定狀態(tài)，對(duì)應(yīng)設(shè)備將無(wú)法動(dòng)作，從而保證設(shè)備和檢修人員的安全。

3 結(jié)語(yǔ)

棒材廠中小型碼垛自控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用勘察設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施后，整個(gè)碼垛區(qū)域的制動(dòng)區(qū)、短尺收集區(qū)、碼垛區(qū)、成層區(qū)和筐區(qū)等五個(gè)控制區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了全自動(dòng)控制，提升了控制功能；采用遠(yuǎn)程站的方式連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，節(jié)省了大量電纜；改造后碼垛效率提升，應(yīng)用效果良好；同時(shí)，各操作臺(tái)畫(huà)面大幅簡(jiǎn)化，操作簡(jiǎn)單方便，界面友好，便于操作人員監(jiān)控。