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鋁氧化電源與氧化生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)接口方案剖析

   日期:2013-07-09     來源:浩成自動(dòng)化設(shè)備    瀏覽:1006    評(píng)論:0    
核心提示:簡(jiǎn)要介紹了鋁型材氧化線生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)狀,重點(diǎn)闡述了全自動(dòng)氧化生產(chǎn)線與電源設(shè)備的接口方案和基本的控制邏輯,為了滿足各種類型生產(chǎn)線接口的要求,電源中控臺(tái)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。本文并給出了一個(gè)具體電源中控臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)例。
 摘要: 簡(jiǎn)要介紹了鋁型材氧化線生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)狀,重點(diǎn)闡述了全自動(dòng)氧化生產(chǎn)線與電源設(shè)備的接口方案和基本的控制邏輯,為了滿足各種類型生產(chǎn)線接口的要求,電源中控臺(tái)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。本文并給出了一個(gè)具體電源中控臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)例。

 

一、前言

  隨著工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展,國(guó)內(nèi)鋁型材氧化線控制方式由傳統(tǒng)的手動(dòng)控制模式逐步過渡到全自動(dòng)控制模式。由于氧化生產(chǎn)線承建商較多,各家的控制方案也不盡相同,造成生產(chǎn)線與鋁氧化電源的數(shù)據(jù)交互方式存在許多差異。本文主要介紹這些差異的特點(diǎn),并提供解決方案滿足不同類型氧化線自動(dòng)控制系統(tǒng)的接口要求。

 

二、鋁型材氧化線生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)狀

  投產(chǎn)較早的氧化線采用全手動(dòng)控制模式,生產(chǎn)線上的行車控制以及電源設(shè)備的控制完全依靠生產(chǎn)一線員工手動(dòng)操作,人工成本越來越高,而且現(xiàn)場(chǎng)腐蝕性氣體和噪音對(duì)員工身心健康有較大影響,也導(dǎo)致員工流失率較高。同時(shí),生產(chǎn)效率和成品率的提高依賴于員工的個(gè)人技能、品德和基本素質(zhì),生產(chǎn)安全得不到保證。這種模式目前主要存在于臥式氧化線和一部分立式氧化線中。

  隨著工藝和工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展,氧化線生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制成為必然。國(guó)內(nèi)較早的全自動(dòng)化氧化線主要由日本、韓國(guó)的生產(chǎn)線承建商設(shè)計(jì),現(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線承建商大多也掌握了這種全自動(dòng)化的生產(chǎn)控制技術(shù),在性價(jià)比方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。近年來,半自動(dòng)或全自動(dòng)氧化生產(chǎn)線已成為主流。

 

三、全手動(dòng)氧化線配套電源設(shè)備的控制

  為之配套的鋁型材氧化電源與生產(chǎn)線不存在接口的問題,但在人工操作方式上,可提供兩種模式:

  a) 槽邊手動(dòng)控制

  這種模式下,每臺(tái)氧化電源設(shè)備配備一臺(tái)遠(yuǎn)控操作箱,遠(yuǎn)控箱放置于對(duì)應(yīng)的槽體旁邊,既可做成箱式掛在墻上,也可做成立柱型置于槽邊。遠(yuǎn)控箱摒棄了以往配備時(shí)間繼電器加電表和開關(guān)按鈕的模式,配置了智能觸摸屏、聲光提示和報(bào)警指示器,與電源設(shè)備采用RS485方式和硬接點(diǎn)方式交換數(shù)據(jù),可以根據(jù)工藝的要求設(shè)置和存儲(chǔ)多種電源運(yùn)行參數(shù)(包括軟啟動(dòng)、軟關(guān)機(jī)、輸出電壓電流、各時(shí)段運(yùn)行時(shí)間等),控制電源的啟停,具有功能豐富、操作簡(jiǎn)單、顯示清晰的優(yōu)點(diǎn)。

     b)電源集中控制臺(tái)

 

    與槽邊控制不同之處在于,對(duì)所有電源的控制集中在一個(gè)臺(tái)面完成,這樣可以改善員工的工作環(huán)境,也有利于監(jiān)測(cè)整條氧化線的生產(chǎn)過程。

  在全手動(dòng)氧化線上,電源設(shè)備也可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)或全自動(dòng)控制,具體的實(shí)現(xiàn)方式與自動(dòng)化氧化線基本相同,只是電源開停機(jī)指令和運(yùn)行參數(shù)設(shè)置來自于上料區(qū)的計(jì)算機(jī)。

 

四、電源設(shè)備與自動(dòng)化氧化線的硬件接口方案

  浩成鋁氧化電源設(shè)備與生產(chǎn)線的接口方案可分為四類:

  1.專用PLC網(wǎng)絡(luò)

  目前氧化線中常見的專用PLC網(wǎng)絡(luò)有三菱的MELSECNET網(wǎng)絡(luò)和西門子的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。

  MELSECNET是三菱開發(fā)的專用數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng),通訊介質(zhì)有同軸電纜、雙絞線、光纜等多種方式。MELSECNET采用令牌傳遞的方式循環(huán)分配分配發(fā)送權(quán),網(wǎng)絡(luò)中所有站點(diǎn)共享同一數(shù)據(jù)地址空間,通常傳輸速率10Mbps,使用光纖介質(zhì)時(shí)速率可達(dá)25Mbps。

  PROFIBUS-DP是一種基于RS485的高速數(shù)據(jù)傳輸,支持單主站和多主站的網(wǎng)絡(luò)。主站間通過令牌傳遞總線控制權(quán),主站通過實(shí)時(shí)掃描從站來讀寫從站數(shù)據(jù)。PROFIBUS-DP最高傳輸速率可達(dá)12Mbps,物理層支持電纜和光纜。任何第三方支持PROFIBUS-DP協(xié)議的產(chǎn)品,均可以通過產(chǎn)品定制的GSD(電子設(shè)置數(shù)據(jù)文件)加入到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)中去。

  2.工業(yè)以太網(wǎng)

  工業(yè)以太網(wǎng)是在交換以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上,提高了網(wǎng)絡(luò)安全性、可操作性和實(shí)時(shí)性的一種更高標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)。目前大部分PLC廠商都有直接支持以太網(wǎng)的CPU或通訊模塊,不同廠家設(shè)備之間可以非常簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。以太網(wǎng)的物理層連接方式主要有:屏蔽網(wǎng)線、光纖、無線傳輸(WIFI),其中WIFI在移動(dòng)工作的設(shè)備上有非常廣泛的應(yīng)用。

  3.現(xiàn)場(chǎng)總線

  除了專用的PLC現(xiàn)場(chǎng)總線,其它的現(xiàn)場(chǎng)總線也可用于生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)與電源設(shè)備的連接,其中典型的代表是Modbus。Modbus是一種開放的主從通訊協(xié)議,主要定義了數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn),物理層可以是串行口(RS232、RS485、RS422)和以太網(wǎng)(TCP)。Modbus網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)主站和一個(gè)或多個(gè)從站,采取主站查詢,從站應(yīng)答的模式通訊,從站通過站地址進(jìn)行識(shí)別。

  4.硬接點(diǎn)

  在這種連接方式下,開關(guān)量傳遞通過繼電器接點(diǎn)進(jìn)行,用于傳遞電源的運(yùn)行/停止、故障、準(zhǔn)備好等狀態(tài)以及開/停機(jī)指令信號(hào)。模擬量傳遞通過D/A和A/D進(jìn)行,用于調(diào)整電源的輸出電壓或電流。這種方式比較簡(jiǎn)單,但是信息量太少,而且無明顯的成本優(yōu)勢(shì),所以較少采用。

五、電源設(shè)備與自動(dòng)化氧化線的數(shù)據(jù)交換

 

  無論在物理層面采用何種硬件接口方案,從網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層面而言,自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)與電源設(shè)備的數(shù)據(jù)交換都是統(tǒng)一的。電源設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行的控制邏輯可由下圖表示。

  電源設(shè)備在具備通電條件后向CCR(生產(chǎn)線系統(tǒng))發(fā)送“Ready”信號(hào);CCR將型材送入對(duì)應(yīng)工藝槽后發(fā)送“Crane In”(吊車到位)信號(hào)給電源設(shè)備,同時(shí)依次發(fā)送“Data Request”(數(shù)據(jù)發(fā)送請(qǐng)求)和"Control Data"(控制數(shù)據(jù))給電源設(shè)備;電源設(shè)備向CCR發(fā)送"Data Answer"(數(shù)據(jù)應(yīng)答)表明其收到的控制數(shù)據(jù)無誤;CCR復(fù)位數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令;電源設(shè)備依照設(shè)定的參數(shù)開機(jī)直至設(shè)定的工作時(shí)間到后自動(dòng)停機(jī)。

 

六、電源中控臺(tái)的設(shè)計(jì)

  不同的項(xiàng)目、不同的生產(chǎn)線承建商都有各自的接口方案,為了適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)物理層連接的需要,如果電源設(shè)備直接與生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)接,氧化線上所有的電源設(shè)備必須有相應(yīng)的物理接口。這樣一來,電源設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化將難以實(shí)現(xiàn),且會(huì)帶來設(shè)計(jì)工作量大、成本上升、維護(hù)困難等諸多問題。

  有效且又經(jīng)濟(jì)的解決方案是配置一個(gè)電源中控臺(tái)。

  如上圖所示,電源中控臺(tái)作為電源設(shè)備與生產(chǎn)線控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的橋梁,發(fā)揮了承上啟下的作用。一方面,通過電源中控臺(tái)可以滿足不同類型生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的接口要求,電源本體設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化;另一方面,當(dāng)生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),電源中控臺(tái)作為電源設(shè)備的人工操作界面繼續(xù)下發(fā)工作指令。

  電源中控臺(tái)有兩種控制方式可供選擇:手動(dòng)模式和自動(dòng)模式。在手動(dòng)模式下,電源中控臺(tái)負(fù)責(zé)提供氧化線上所有電源設(shè)備的操作界面,所有電源的參數(shù)設(shè)置、開停機(jī)控制均由操作人員在觸摸屏上完成;在自動(dòng)模式下,生產(chǎn)線控制系統(tǒng)通過通訊方式對(duì)所有電源進(jìn)行控制管理,可配合生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)氧化線全自動(dòng)生產(chǎn)。

  具體而言,電源中控臺(tái)功能如下:

 ?。?) 監(jiān)視功能:觸摸屏上實(shí)時(shí)查看所有電源運(yùn)行狀態(tài)、工作參數(shù);

 ?。?) 操作功能:通過觸摸屏可進(jìn)行開停機(jī)、參數(shù)設(shè)置等操作;

 ?。?) 控制方式:手動(dòng)控制/生產(chǎn)線全自動(dòng)控制;

 ?。?) 提醒功能:電源工作結(jié)束蜂鳴指示燈鳴響,電源故障時(shí)觸摸屏蜂鳴報(bào)警;

 ?。?) 應(yīng)急處理:中控臺(tái)為每個(gè)槽配置1個(gè)緊停按鈕,緊急情況下可立即停機(jī);

 ?。?) 工藝配合:根據(jù)訂單鋁型材膜厚、面積,自動(dòng)計(jì)算氧化硅機(jī)輸出電流和氧化時(shí)間;根據(jù)訂單的著色要求自動(dòng)選擇預(yù)先設(shè)定的配套著色參數(shù);

 ?。?) 通訊功能:包括與電源的通訊、與生產(chǎn)線的通訊。

     

  得益于自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展,電源中控臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)方式有無數(shù)種,可以作為一個(gè)專題進(jìn)行探討。電源中控臺(tái)設(shè)計(jì)的基本原則是成熟可靠、易于操作、性價(jià)比高。下圖是我公司為某大型鋁材廠設(shè)計(jì)制造的電源中控臺(tái)的一個(gè)實(shí)例。

  電源中控臺(tái)為每個(gè)工藝槽配置一臺(tái)三菱中型PLC,負(fù)責(zé)與工藝槽對(duì)應(yīng)的電源設(shè)備進(jìn)行PROFIBUS-DP通訊、與生產(chǎn)線PLC互相傳遞生產(chǎn)信息完成全自動(dòng)化過程。電源設(shè)備均連入DP網(wǎng)絡(luò),可以向網(wǎng)絡(luò)提供設(shè)備的開停機(jī)狀態(tài)、故障狀態(tài)、輸出電壓、輸出電流、工作時(shí)間等信息;同時(shí)電源中控臺(tái)的PLC通過DP網(wǎng)絡(luò)下發(fā)從生產(chǎn)線控制系統(tǒng)收到的各種指令。每個(gè)工作槽配備一個(gè)大尺寸觸摸屏,用于觀察各整流電源的工作狀態(tài)以及整流電源的輸出參數(shù)。

 

七、結(jié)論

  不同的鋁型材自動(dòng)化生產(chǎn)線,與其配套的電源設(shè)備之間具有不同的接口方案,如專用PLC網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、硬接點(diǎn)等。為實(shí)現(xiàn)配套電源的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),有效且又經(jīng)濟(jì)的解決方案是配置一個(gè)電源中控臺(tái),將其作為電源設(shè)備與生產(chǎn)線控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的橋梁,發(fā)揮承上啟下的作用。浩成有著技術(shù)成熟的PLC電源技術(shù),便與和自動(dòng)化生產(chǎn)線生產(chǎn)商配套接口。浩成PLC氧化電源可基于成熟可靠、易于操作、性價(jià)比高的原則,根據(jù)生產(chǎn)線及現(xiàn)場(chǎng)的具體情況靈活設(shè)計(jì)。

文章出自:鋁博士網(wǎng)

 
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