徐杰 丁勇剛

摘要：為應(yīng)對公司2019年產(chǎn)能爬升，提升測試區(qū)空間利用率，改善測試安全環(huán)境和提高生產(chǎn)測試效率，對現(xiàn)有測試區(qū)進(jìn)行自動化改造。本系統(tǒng)包含8個測試區(qū)改造，屬于新一代集成化綜合測試工作區(qū)，為地鐵和動車項目的各類變流器控制箱提供了高效率測試，滿足絕對的安全性以及遠(yuǎn)程一體化操控，且具備自動采集數(shù)據(jù)和監(jiān)控功能，在充分保證了測試質(zhì)量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和空間利用率。

關(guān)鍵詞：PLC;HMI;遠(yuǎn)程懸臂控制;智能儀表;鋼結(jié)構(gòu);安全門

0 背景

原測試區(qū)為傳統(tǒng)平面化布局形式，具有如下局限性：

1、原測試區(qū)域設(shè)備與被試產(chǎn)品處于同一平臺，占用了大量空間，車間愈發(fā)局促擁擠。

缺點：空間利用率極低，無法滿足因產(chǎn)能提升而迫使車間空間重新布局的新要求。

2、測試人員工作區(qū)域緊靠在設(shè)備旁邊進(jìn)行測試，缺乏有效的安全隔離防護(hù)措施。

缺點：測試人員在高壓設(shè)備邊上進(jìn)行操作，存在安全隱患，安全無保證。

3、各測試區(qū)域相對分散，不能同時滿足EMU/CVZ/B-Car產(chǎn)品測試。

缺點：待測產(chǎn)品及測試人員需往返于各測試區(qū)域之間，工作效率較低。

4、各測試區(qū)域操作人員須分別操作電源設(shè)備與電阻設(shè)備進(jìn)行測試。

缺點：測試人員容易誤操作，甚至影響產(chǎn)品質(zhì)量。

1 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)的設(shè)計理念是：搭建2層鋼結(jié)構(gòu)平臺，對原測試區(qū)設(shè)備、設(shè)施重新整合布局，并遵循各測試區(qū)原有設(shè)備的控制原理，增加了遠(yuǎn)程懸臂控制系統(tǒng)和安全門控制系統(tǒng)。設(shè)計出一種空間利用率高、布局合理、科技感強(qiáng)、安全穩(wěn)定的新型EMU/CVZ/B-Car 綜合測試區(qū)。

為達(dá)到上述目的，本系統(tǒng)從鋼結(jié)構(gòu)平臺、遠(yuǎn)程懸臂控制系統(tǒng)和安全門控制系統(tǒng)三個方面來設(shè)計：

1.1鋼結(jié)構(gòu)平臺

本系統(tǒng)首先在原測試區(qū)搭建2層鋼結(jié)構(gòu)平臺，整個鋼結(jié)構(gòu)平臺上下均為8個區(qū)域，通過鋼結(jié)構(gòu)平臺承載配重計算，合理布局，將各設(shè)備主體移至2層平臺上，被試產(chǎn)品則位于1層平臺下。這樣，能同時滿足EMU/CVZ/B-Car產(chǎn)品測試，待測產(chǎn)品及測試人員無需往返于各測試區(qū)域之間，提高工作效率，進(jìn)而迎合2019年產(chǎn)能提升的新要求。各測試區(qū)域布局如下圖：

1.2遠(yuǎn)程懸臂控制系統(tǒng)

1）懸臂設(shè)計

本系統(tǒng)開創(chuàng)性地將懸臂控制箱與鋼結(jié)構(gòu)平臺巧妙地結(jié)合，根據(jù)各測試區(qū)設(shè)備各自的特點，結(jié)合測試操作人員的實際需求，將控制按鈕、智能儀表、HMI和工業(yè)平板電腦等人機(jī)交互組件集成到懸臂控制箱上，將懸臂安裝于鋼結(jié)構(gòu)平臺立柱上。操作人員在一層通過懸臂控制箱操作，懸臂箱體可以水平方向擺動、旋轉(zhuǎn)，從而可以調(diào)整控制箱位置，方便操作人員觀察產(chǎn)品測試情況。

2）全自動數(shù)據(jù)采集、分析和控制

本系統(tǒng)新增一套西門子S7-1200PLC，將各設(shè)備機(jī)柜面板上的機(jī)械儀表更換為數(shù)字智能儀表，通過基于Modbus RTU通訊協(xié)議的RS485串口通訊網(wǎng)絡(luò)連接至PLC，把設(shè)備運(yùn)行時的主要工藝參數(shù)（如電壓、電流等）自動傳輸?shù)絇LC中，進(jìn)行各種邏輯運(yùn)算和控制，掌握設(shè)備運(yùn)行的主要數(shù)據(jù)并進(jìn)行集中監(jiān)控，進(jìn)而實現(xiàn)更多自動化控制功能的擴(kuò)展。

增加基于S7協(xié)議的Profinet網(wǎng)絡(luò)連接PLC與HMI及工業(yè)平板電腦，將PLC中的各項數(shù)據(jù)傳輸?shù)紿MI顯示出來，同時把HMI上的操作指令信號傳輸?shù)絇LC中進(jìn)行邏輯運(yùn)算和控制。工業(yè)平板電腦裝于懸臂雙箱體控制箱上，控制產(chǎn)品與設(shè)備聯(lián)動測試，并實時反饋產(chǎn)品測試過程中的各項參數(shù)曲線。

原測試區(qū)的電源設(shè)備與電阻設(shè)備是獨(dú)立設(shè)備，實際生產(chǎn)過程中需分別對2臺設(shè)備進(jìn)行分開操作才能完成一項任務(wù)，自動化程度低?，F(xiàn)直接把需要執(zhí)行的測試動作集成到HMI軟件系統(tǒng)中進(jìn)行一鍵操作，兩臺設(shè)備會自動執(zhí)行各自所需的動作。

3）人機(jī)分離及防呆功能

把高壓設(shè)備放到上層平臺上，生產(chǎn)時只需在下層連接好預(yù)留的接口，在懸臂控制箱上完成整個測試的控制。實現(xiàn)了高壓設(shè)備和作業(yè)區(qū)域分開管理，保證了人員的安全性，并提高了場地的利用率。

將各電源設(shè)備和電阻設(shè)備的控制功能集成到各懸臂控制箱上，通過一個懸臂控制箱操控2臺設(shè)備，并增加電源設(shè)備和電阻設(shè)備聯(lián)鎖功能，防止操作人員遺忘啟動電阻。

增加數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，實現(xiàn)了對設(shè)備輸出過壓、過流保護(hù)功能，一旦輸出超出設(shè)定電壓和額定電流，則停止升壓，防止因誤操作產(chǎn)生過壓、過流等致使設(shè)備故障及產(chǎn)品損壞。

1.3安全門控制系統(tǒng)

增加4臺快速卷簾門和4道PVC折疊門，對測試操作人員與被試產(chǎn)品進(jìn)行有效隔離，進(jìn)一步提高測試區(qū)安全系數(shù)。

1）快速卷簾門控制系統(tǒng)

由控制箱、卷簾門、電機(jī)及編碼器等組成，門的開啟通過電機(jī)驅(qū)動，關(guān)閉則是依靠重力驅(qū)動，主要具有以下特點：

l自動/手動模式切換功能，手動模式即為人工操作，在停電或門出現(xiàn)故障等異常情況時，可使用曲柄手動開啟卷簾門。

l具有無線探測障礙功能，即關(guān)門時遇到產(chǎn)品等障礙物時卷簾門會自動重新開啟，避免了人為誤操作關(guān)門。

l控制箱內(nèi)部提供了I/O接口，可實現(xiàn)卷簾門與設(shè)備的聯(lián)鎖控制，即測試人員必須先關(guān)閉卷簾門，才能操作設(shè)備啟動高壓輸出進(jìn)行測試，且高壓測試過程中時，卷簾門無法開啟，避免了人為誤操作開門，保證了高壓設(shè)備與人員的安全隔離。

l控制箱內(nèi)部提供了地磁、外部緊急停止開關(guān)、紅外線光電等多種功能擴(kuò)展接口，為日后測試區(qū)安全門功能擴(kuò)展提供基礎(chǔ)。

l控制箱配置了LED顯示窗口，能夠顯示卷簾門狀態(tài)及故障信息，便于設(shè)備人員故障診斷與檢修。

2）PVC折疊門控制系統(tǒng)

沒有安裝快速卷簾門的4個測試區(qū)將增設(shè)PVC折疊門，并加裝安全門鎖與設(shè)備聯(lián)鎖控制，通過解鎖按鈕發(fā)出開鎖指令，實現(xiàn)測試操作人員與被試產(chǎn)品間的有效隔離。

2 結(jié)論

綜上所述，與原測試區(qū)相比，基于本系統(tǒng)設(shè)計的綜合測試區(qū)增加了鋼結(jié)構(gòu)平臺、遠(yuǎn)程懸臂控制系統(tǒng)和安全門控制系統(tǒng)。主要體現(xiàn)了以下優(yōu)點：

l實現(xiàn)了8個測試區(qū)域集中布局，大大提高了車間空間利用率，拉近了各測試區(qū)域間的距離，使對設(shè)備、產(chǎn)品及測試操作人員的管理效率顯著提升，從而打破了產(chǎn)能提升在空間上的瓶頸。

l實現(xiàn)了測試操作人員與設(shè)備、被試產(chǎn)品的人機(jī)隔離，形成安全可靠的測試區(qū)生產(chǎn)模式，充分貫徹了安全第一的原則。

l新添加的智能儀表、PLC、HMI、工業(yè)PC及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等諸多自動化元素的運(yùn)用，不僅使整個測試生產(chǎn)過程閉環(huán)可控，提高了測試數(shù)據(jù)的精確度和測試過程的可靠性，避免了誤操作導(dǎo)致的設(shè)備故障，增強(qiáng)了設(shè)備的穩(wěn)定性，還為日后測試區(qū)更多自動功能的擴(kuò)展打下堅實基礎(chǔ)，貼合工業(yè)4.0時代潮流。

l別具一格的懸臂控制系統(tǒng)設(shè)計，在符合人體工程學(xué)的前提下，更加美觀，富于科技感，體現(xiàn)了以人為本、不斷創(chuàng)新的理念。