王雷

摘? 要：目前國(guó)內(nèi)發(fā)電設(shè)備行業(yè)的精大稀專業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備絕大多數(shù)是2000～2010年從國(guó)外引進(jìn)的。它們都采用了歐、美、日等世界著名公司的先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)、控制系統(tǒng)、加工工藝及伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是自動(dòng)化程度高、技術(shù)先進(jìn)并且復(fù)雜、功能強(qiáng)大。但是在后續(xù)的生產(chǎn)應(yīng)用過程中也給維修維護(hù)以及備品備件帶來了很大難度。該文從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)我國(guó)國(guó)情及企業(yè)的自身生產(chǎn)特點(diǎn)，初步分析上述問題，并提出解決問題的方法。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化設(shè)備;通用化;工業(yè)總線

中圖分類號(hào)：TM762? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

電力事業(yè)的迅猛發(fā)展，給我國(guó)發(fā)電設(shè)備行業(yè)帶來了前所未有的商機(jī)和挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)各大發(fā)電設(shè)備制造商紛紛進(jìn)行了生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和提高，并從歐、美、日等國(guó)家引進(jìn)了很多先進(jìn)的專用自動(dòng)化設(shè)備，逐漸學(xué)習(xí)、消化國(guó)外自動(dòng)化設(shè)備的工藝原理、設(shè)計(jì)理念、控制過程。而當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)許多設(shè)備廠商也采用了國(guó)外先進(jìn)的控制系統(tǒng)及硬件，但是其整體的控制程序、拓?fù)浞桨概c國(guó)外設(shè)備仍有相當(dāng)大的差別。為了能夠更好的發(fā)揮國(guó)外設(shè)備的作用，現(xiàn)對(duì)這些專用自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行硬件自動(dòng)化系統(tǒng)通用化改造方案的初步論證。

1 專用自動(dòng)化設(shè)備

首先我們介紹一下目前發(fā)電設(shè)備行業(yè)中比較常用的專用自動(dòng)化設(shè)備。應(yīng)用于沖片和線圈行業(yè)的專業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，比較典型的有沖剪自動(dòng)落料線、數(shù)控激光切割機(jī)、數(shù)控激光點(diǎn)焊機(jī)、三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)、線圈包帶機(jī)、線圈漲型機(jī)等。

1.1 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)包括了整個(gè)自動(dòng)化設(shè)備的硬件及軟件系統(tǒng)。

1.1.1 硬件系統(tǒng)

上述設(shè)備的硬件控制系統(tǒng)主要有西門子的SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制器、數(shù)控系統(tǒng)840D sl、S7-400系列PLC、S7-300系列PLC、博士力士樂的Rexroth-IndraMotion MTX控制系統(tǒng)、倍福的基于PC的運(yùn)動(dòng)控制器、TwinCAT PLC、皮爾茲的PNOZmulti系統(tǒng)等眾多知名廠家的控制系統(tǒng)。

1.1.2 軟件系統(tǒng)

上述設(shè)備的軟件系統(tǒng)有西門子的STEP 7、Portal、Scout、力士樂的IndraWorks，倍福的TwinCat 等眾多機(jī)床邏輯軟件。

1.1.3 現(xiàn)場(chǎng)模塊

現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行模塊包括接口模塊、傳感器模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊等。不同公司的設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)模塊也都不盡相同，例如說西門子、力士樂、倍福、穆爾、倍加福、西克、易福門、巴魯夫、圖爾克等眾多公司，都有自己的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的I/O模塊、傳感器模塊、執(zhí)行模塊等模塊。

1.1.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

目前歐美所采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的通過I/O信號(hào)電纜連接，來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)部分的信號(hào)采集及控制的了，而是使用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線及工業(yè)以太網(wǎng)控制技術(shù)來實(shí)整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，現(xiàn)行的工業(yè)總線及網(wǎng)絡(luò)主要有PROFIBUS、PRORINET、EtherCat、CAN-BUS、DRIVE-CLIQ、SERCOS、ControlNet、DeviceNet、Industrial Ethernet，通過上述網(wǎng)絡(luò)將整個(gè)控制系統(tǒng)連接到一起，包括底層的硬件連接，也可以與上層辦公環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行設(shè)備、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)監(jiān)控等工作，為上級(jí)部門提供各種數(shù)據(jù)及報(bào)表。圖1是一個(gè)底層硬件連接及控制的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

1.2 設(shè)備的控制結(jié)構(gòu)

就目前的情況來看，很多設(shè)備所使用的硬件控制系統(tǒng)，控制邏輯軟件以及網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)都不是采用單一的硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的。按照歐洲機(jī)床生產(chǎn)廠商的方式，一個(gè)較大的控制系統(tǒng)或者自動(dòng)化生產(chǎn)線都是由幾個(gè)公司的硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和幾種現(xiàn)場(chǎng)總線組成的。

主機(jī)部分和輔助部分經(jīng)常是將不同廠商的產(chǎn)品結(jié)合到一起。這樣就造成一個(gè)生產(chǎn)線會(huì)有幾家的產(chǎn)品同時(shí)存在，產(chǎn)生一個(gè)生產(chǎn)線會(huì)有幾種硬件控制系統(tǒng)、控制邏輯軟件以及工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)同時(shí)存在的問題。而網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間還需要有2個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換設(shè)備。

2 自動(dòng)化設(shè)備結(jié)構(gòu)分析及通用化的初步方法

作為最終用戶我們自然希望設(shè)備在滿足安全生產(chǎn)并解決關(guān)鍵問題的前提下，控制系統(tǒng)可以盡量簡(jiǎn)單化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。所謂簡(jiǎn)單化就是在設(shè)備的控制工藝上邏輯要簡(jiǎn)單清晰。標(biāo)準(zhǔn)化就是在硬件上要標(biāo)準(zhǔn)化，盡量采用電氣接口統(tǒng)一、邏輯一致的標(biāo)準(zhǔn)硬件。通用化就是盡量減少特殊元器件的數(shù)量，加強(qiáng)替換性，使各個(gè)廠商的器件能夠通用。采取上述方法的好處包括維修方便、設(shè)備的動(dòng)作邏輯清晰、備件采購周期短、節(jié)約備件成本等。

2.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

針對(duì)每個(gè)自動(dòng)化設(shè)備，首先要看其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，了解其自動(dòng)化控制的整個(gè)控制過程，并且熟悉設(shè)備本身的生產(chǎn)加工工藝及動(dòng)作順序。一般來說，比較復(fù)雜的自動(dòng)化生產(chǎn)線都有若干控制系統(tǒng)，以控制系統(tǒng)為核心，找出整個(gè)設(shè)備有幾個(gè)控制系統(tǒng)。分析設(shè)備的拓?fù)鋱D，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D確定整個(gè)設(shè)備使用了幾種網(wǎng)絡(luò)控制總線，確定總線的類型和協(xié)議。然后按照控制系統(tǒng)、系統(tǒng)總線、檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類，了解和研究其功能和可更改及采用通用系統(tǒng)或器件的替代方法。

2.1.1 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要由PLC、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等組成[2]，目前國(guó)內(nèi)發(fā)電設(shè)備制造廠家所采用國(guó)外的自動(dòng)化控制系統(tǒng)種類比較多，廠商也比較多。每個(gè)廠商都有自己的PLC、工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等，所以了解和使用起來比較煩瑣，必須對(duì)這些控制系統(tǒng)進(jìn)行分類研究，從功能和工藝上尋找替代的方法和途徑。

2.1.2 系統(tǒng)總線

系統(tǒng)總線包括底層現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)、辦公室級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)等，作為底層現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)總線包括PROFIBUS DP、PROFINET、CAN-BUS、EtherCat、Modbus等眾多現(xiàn)場(chǎng)總線，通過連接器直接連接現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、檢測(cè)元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是大大減少了設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與主電器柜的連接線路。眾多的現(xiàn)場(chǎng)元器件通過一根現(xiàn)場(chǎng)總線電纜直接和控制系統(tǒng)連接，這樣就可以檢測(cè)信息和執(zhí)行動(dòng)作。

2.1.3 檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)就是自動(dòng)化設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的具體檢測(cè)和執(zhí)行元件，例如壓力、溫度及位置檢測(cè)開關(guān)，編碼器或者液壓，氣動(dòng)閥門開關(guān)等。這些器件直接參與自動(dòng)化生產(chǎn)的控制過程。

2.2 通用化解決方案

所謂通用化就是在一個(gè)設(shè)備上使用盡可能少的硬件控制系統(tǒng)類型、單一化的現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)及同樣的檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)[1]。這樣可以避免多種控制系統(tǒng)在運(yùn)行期間相互協(xié)調(diào)和相互交換數(shù)據(jù)時(shí)帶來的麻煩，能夠很好地降低故障率。

2.2.1 合并或簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)總線

在控制系統(tǒng)方面最好統(tǒng)一為單個(gè)公司，因?yàn)橥还镜目刂葡到y(tǒng)相互之間的兼容性非常好，這樣系統(tǒng)連接起來會(huì)變得簡(jiǎn)單，而且也會(huì)簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)量，同時(shí)也減少了現(xiàn)場(chǎng)總線的種類和數(shù)量[3]。

2.2.2 檢測(cè)和執(zhí)行器件標(biāo)準(zhǔn)化

盡可能使用國(guó)內(nèi)容易采購的國(guó)外知名廠商的標(biāo)準(zhǔn)器件，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)器件的國(guó)內(nèi)庫存量大、采購周期短、價(jià)格便宜。而且電氣接口都是標(biāo)準(zhǔn)的接口，方便更換。根據(jù)我國(guó)目前的國(guó)情和發(fā)電設(shè)備企業(yè)的實(shí)際情況，如果能夠采用以上情況進(jìn)行專用自動(dòng)化設(shè)備的改造，將會(huì)給整個(gè)發(fā)電設(shè)備行業(yè)的各種專用自動(dòng)化設(shè)備帶來非常好的前景，能夠使這些設(shè)備發(fā)揮更大的效能。同時(shí)也會(huì)為我國(guó)目前推廣實(shí)施的工業(yè)4.0在設(shè)備制造上提供很好的基礎(chǔ)和實(shí)際應(yīng)用案例。

3 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過我們對(duì)國(guó)內(nèi)發(fā)電設(shè)備行業(yè)的精大稀專業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備組成結(jié)構(gòu)及控制原理過程的分析，清楚地了解整了個(gè)設(shè)備的通用結(jié)構(gòu)和控制方法，給我們對(duì)設(shè)備的維修、改造提供了強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)。根據(jù)我國(guó)目前的國(guó)情及企業(yè)的自身生產(chǎn)特點(diǎn)，可以為設(shè)備的升級(jí)換代提供了一個(gè)切合實(shí)際的解決方案。

參考文獻(xiàn)

[1]李愛國(guó)，劉東寧.發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化設(shè)備故障分析及維護(hù)方案淺析[J].科技與企業(yè)，2015（13）：215.

[2]盧齊英，周愛嬌，袁靈霞，等.20 KW雙頻自動(dòng)化發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)及其自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)[J].科技廣場(chǎng)，2012（1）：176-178.

[3]劉文英，徐中山.天鐵8MW發(fā)電設(shè)備的自動(dòng)化控制[J].天津冶金，2017（3）：29-31，35.