孫吳松

(六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車與機(jī)電工程學(xué)院，安徽 六安 237158)

墻板生產(chǎn)線中的電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計*

孫吳松*

(六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車與機(jī)電工程學(xué)院，安徽 六安 237158)

住宅建筑行業(yè)電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)成為目前建筑行業(yè)發(fā)展主流，它體現(xiàn)了該行業(yè)的高度工業(yè)化、智能化和人性化需求，也展現(xiàn)了行業(yè)創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)的日益豐富化發(fā)展走勢。本文主要探討的是住宅建筑行業(yè)中的墻板電氣生產(chǎn)設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的若干創(chuàng)新設(shè)計，同時深入了解基于它的自動化生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用及實現(xiàn)。

電氣自動化控制系統(tǒng)；住宅建筑；墻板生產(chǎn)線；控制系統(tǒng)；定位

住宅建筑墻板自動化生產(chǎn)線是目前建筑行業(yè)比較典型的電氣化控制系統(tǒng)，它按照生產(chǎn)線工藝流程與控制需求來劃分實現(xiàn)功能，其中涉及到變頻器、PLC、傳感器、編程軟件平臺等多種電氣設(shè)備。它們都能圍繞墻板自動化生產(chǎn)線實現(xiàn)集散式控制系統(tǒng)總體設(shè)計要求，為完善住宅建筑建設(shè)創(chuàng)造必要條件。

1 工藝流程

住宅建筑墻板的自動化生產(chǎn)線工藝流程具體如下：首先模具車通過裝模工位進(jìn)行裝模，然后通過擺渡車與轉(zhuǎn)盤車轉(zhuǎn)換導(dǎo)軌同時行駛到澆注工位上。模具車就位以后向其中澆注水泥漿液，在澆注完畢后撤離澆注工位，向清洗工位行駛。此時用壓力水對模具車表面進(jìn)行清洗，清洗后進(jìn)入養(yǎng)護(hù)區(qū)實施養(yǎng)護(hù)。在養(yǎng)護(hù)期間還要對模具車進(jìn)行冒口處溢出水泥漿液清洗，清洗完畢后駛出養(yǎng)護(hù)區(qū)，從擺渡車轉(zhuǎn)盤回歸軌道轉(zhuǎn)換到拆模工位。當(dāng)模具車完全歸位以后，自動化模具拆模系統(tǒng)就會利用其中的拖模機(jī)來將模具車拖出，再準(zhǔn)備下一輪裝模運(yùn)輸。

值得注意的是，澆筑系統(tǒng)的每次注漿時間都設(shè)置為T時間，時間長短取決于生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)奏。當(dāng)漿液被自動攪拌后要在T2時間內(nèi)排空，然后進(jìn)行漿液澆筑養(yǎng)護(hù)。如果生產(chǎn)線上存在M臺模具車，為了確保生產(chǎn)線能夠長時間保持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，要考慮滿足以下關(guān)系：

養(yǎng)護(hù)時間/單次注漿成型時間T=漿液攪拌排空時間T2×模具車數(shù)量M[1]

2 結(jié)構(gòu)及功能創(chuàng)新設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計

在墻板自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，主要包含了上位PC端、PLC控制器、工業(yè)觸屏、光電開關(guān)、變頻器以及電磁轉(zhuǎn)換閥等。一般該控制系統(tǒng)都會采用二級監(jiān)控設(shè)計結(jié)構(gòu)，主要是考慮要根據(jù)現(xiàn)場客觀因素例如場控制級、監(jiān)控制級等來實現(xiàn)系統(tǒng)控制運(yùn)行。具體來說，就是通過企業(yè)監(jiān)控級別的上位PC端來搭建監(jiān)控系統(tǒng)，它會現(xiàn)場收集、交換和共享各個單元控制系統(tǒng)在生產(chǎn)線上所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，并通過這些數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)對PLC端的控制，由上位PC端來監(jiān)控生產(chǎn)線實時工作狀態(tài)，如圖1。

圖1 墻板自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 功能創(chuàng)新設(shè)計

為了滿足目前對墻板的先進(jìn)生產(chǎn)工藝要求，該生產(chǎn)線控制系統(tǒng)推出兩大控制模塊：監(jiān)控模塊與現(xiàn)場控制模塊。

首先是現(xiàn)場控制模塊，要圍繞該模塊所設(shè)計的功能包括自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)流程控制功能，滿足每一環(huán)節(jié)的生產(chǎn)特殊需求，實現(xiàn)實時控制；生產(chǎn)過程

工藝參數(shù)采集功能，該功能會通過生產(chǎn)流程控制系統(tǒng)實時采集數(shù)據(jù)，以完成對生產(chǎn)產(chǎn)量的精確統(tǒng)計；操作錯誤報警與經(jīng)濟(jì)事件處理功能，該功能還可以對生產(chǎn)線上的一些工序進(jìn)行監(jiān)督，隨時發(fā)現(xiàn)異常狀況并第一時間報警，能處理緊急事件，確保生產(chǎn)線安全；另外還設(shè)計了與上位機(jī)形成聯(lián)動的實時通訊功能，它能夠及時反饋生產(chǎn)線設(shè)備的實時工作狀態(tài)，確保生產(chǎn)流程穩(wěn)定。

其次是監(jiān)控模塊，該模塊主要包含3項功能：第一項為顯示設(shè)備及限位狀態(tài)，同時也能顯示生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)置及監(jiān)控狀態(tài)；第二項為收集和歸檔歷史數(shù)據(jù)，隨時供生產(chǎn)調(diào)用；第三項為工藝參數(shù)數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化功能，在對工藝參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化后，能夠確保生產(chǎn)線產(chǎn)品的高工藝、高質(zhì)量輸出。

2.3 設(shè)計方案

以生產(chǎn)線設(shè)備較為繁雜且模具車位置多變?yōu)榛緺顩r展開分析，本文所采用的是集散型控制系統(tǒng)，它的總體設(shè)計方案如圖2。

圖2 墻板生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)設(shè)計方案示意圖

如圖2所示，控制器采用的是PLC工業(yè)控制器，它不但運(yùn)行穩(wěn)定性較高而且可編程，選擇在每一個工位都設(shè)置一臺PLC控制器作為基礎(chǔ)單元設(shè)備運(yùn)行。利用PLC控制系統(tǒng)與生產(chǎn)線總控系統(tǒng)共同實現(xiàn)模具車調(diào)度工序，同時明確各個單元設(shè)備的基本運(yùn)行參數(shù)，跟蹤定位模具車實時位置，綜合分析處理每個單元設(shè)備的實時運(yùn)行狀態(tài)，有效控制模具車行駛路徑及狀態(tài)，輔助它完成相應(yīng)操作。在這里，每個單元的控制系統(tǒng)PLC都要通過傳感器來讀取輸入生產(chǎn)中所涉及的所有指標(biāo)信息。

在總控系統(tǒng)方面，主要通過PLC控制器完成單元控制，并圍繞它來展開無線局域網(wǎng)設(shè)置，實現(xiàn)與有線網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)，達(dá)成通訊銜接效果。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要與總控系統(tǒng)通訊實現(xiàn)生產(chǎn)線工藝參數(shù)設(shè)計、數(shù)據(jù)收集以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等行為。

在監(jiān)控端所采用的是工業(yè)PC機(jī)，利用它來實現(xiàn)對總控PLC之間的通訊，并實現(xiàn)對整條生產(chǎn)線運(yùn)行狀況的實時監(jiān)控，這其中包括了對生產(chǎn)線自動化電氣設(shè)備以及手動操作的全面監(jiān)控，同時也會實時顯示工藝參數(shù)，并對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和整理歸納。

總體而言，集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，但它基本實現(xiàn)了墻板生產(chǎn)線的電氣自動化控制目的。而且諸如PLC控制器、工業(yè)PC設(shè)備的加入也創(chuàng)新豐富了傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，對自動化控制系統(tǒng)提出了更高的工藝控制要求[2]。

3 關(guān)鍵技術(shù)實踐舉措

模具車采用了上下壓緊氣動與液壓驅(qū)動模式來控制設(shè)備自動化運(yùn)轉(zhuǎn)，下文將主要闡述該自動化控制系統(tǒng)在這兩方面關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)。

3.1 模具車定位技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)

在模具車工作過程中，它每走到一個操作工位都要通過兩個對稱的對中液壓缸來?？烤臀?。然后由對中液壓缸來推動模具車?yán)^續(xù)按既定軌跡移動，達(dá)到極限伸出行程標(biāo)準(zhǔn)，如圖3。

圖3 模具車運(yùn)行制動過程示意圖

如圖3所示，模具車從A點(diǎn)出發(fā)以低速模式自動行走通過B、C、D、E點(diǎn)，分別將通過4點(diǎn)的時間設(shè)置為T1～T4，此時就可以計算它們的區(qū)間平均速度：

V1=(T2-T1)/L1=t1/L1

V2=(T3-T2)/L2=t2/L2

V3=(T4-T3)/L3=t3/L3

在以上3個算式中，V1～V3表示模具車與軌道所反映出的綜合特性，例如模具車的車阻、摩擦力以及軌道水平度等等。在進(jìn)行反復(fù)行車實驗操作后就能得出V1～V3與L4、L5包括T4之間的關(guān)系。

3.2 變頻器與PLC的通訊編程技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)

墻板電氣自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)存在PLC控制器與變頻器兩大部件，這兩大部件之間會形成通訊協(xié)議并實現(xiàn)組態(tài)。在系統(tǒng)中，變頻器的頻率給定信號主要由與其對應(yīng)的PLC給定，當(dāng)系統(tǒng)中存在單個變頻器時，PLC會與變頻器之間通訊并給定信號，銜接PLC控制器進(jìn)行信號輸出。如果系統(tǒng)中存在兩個或兩個以上變頻器，則生產(chǎn)線的拆?？刂葡到y(tǒng)則會通過變頻器與PLC控制器形成總線連接，這里主要基于MODUS RTU、USS(Universal Serial Interface，通用串行通信接口)等通訊協(xié)議來完成。一般來說，都會采用USS來完成點(diǎn)對點(diǎn)通訊，再配合單主站“主-從”訪問機(jī)制中的32個節(jié)點(diǎn)(1個主站，31個從站)，以報文格式完成數(shù)據(jù)傳輸。該操作模式相對傳輸數(shù)據(jù)快速靈活，已經(jīng)被眾多電氣自動化控制系統(tǒng)所采用[3]。

4 總結(jié)

本文重點(diǎn)研究了目前住宅建筑的墻板電氣自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，它基于集散控制系統(tǒng)來實現(xiàn)各項關(guān)鍵技術(shù)，例如圍繞模具車展開的執(zhí)行機(jī)構(gòu)定位技術(shù)、圍繞PLC與變頻器展開的通訊調(diào)速控制技術(shù)等等。這些創(chuàng)新設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)都解決了目前電氣自動化控制系統(tǒng)中存在的數(shù)據(jù)傳輸及單元設(shè)備控制等關(guān)鍵問題，確保了生產(chǎn)線的穩(wěn)定有序運(yùn)行。

[1] 劉久平. 如何創(chuàng)新電氣自動化控制系統(tǒng)[J]. 硅谷,2012(3): 143，194.

[2] 黃志海. 某墻板生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].濟(jì)南：山東大學(xué),2013.

[3] 周艷惠. 電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2010(2):8.

(責(zé)任編輯 陳葵晞)

安徽省優(yōu)秀青年人才支持計劃重點(diǎn)項目《“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下農(nóng)村微電網(wǎng)電能質(zhì)量改善的研究》(gxyqZD2016571)；安徽省自然科學(xué)重點(diǎn)項目《冰箱電壓補(bǔ)償技術(shù)》(KJ2015A39)。

孫吳松,男，安徽安慶人。講師，碩士。研究方向：電氣自動化專業(yè)教學(xué)研究。 范培珍

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2095-4859(2016)04-0468-04