1 引言
“Moldmaster Molding Line”是圣戈班(馬鞍山)鑄管有限公司投資建設(shè)的一條連鑄生產(chǎn)線。該項目位于安徽省馬鞍山市慈湖地區(qū)，項目總投資額數(shù)億。主要包括連鑄系統(tǒng)、供砂系統(tǒng)、干砂系統(tǒng)、精加工系統(tǒng)等。其中系統(tǒng)為本工程的核心部分，直接決定該工程項目的成功與否。
該項目總承包由荷蘭GEMCO公司承建，安裝由中機四建實施。自控系統(tǒng)共有三大部分，分別為連鑄系統(tǒng)、供砂系統(tǒng)、干砂系統(tǒng)。其中供砂系統(tǒng)由GEMCO公司負責(zé)集成實施，其余兩個系統(tǒng)由上海海得控制系統(tǒng)有限公司南京分公司負責(zé)集成實施。本文主要介紹連鑄(Moldmaster)系統(tǒng)部分。
2 工藝描述
Moldmaster生產(chǎn)線共包括十個子系統(tǒng)，如圖1所示。
圖1 Moldmaster生產(chǎn)線
(1) Moldmaster，完成模型的更換和模箱的制作系統(tǒng)，可以同時處理A/B兩種不同的模型;
(2) Rollover，主要完成模箱的反轉(zhuǎn)，為合模系統(tǒng)做好準備;
(3) Walking beam，模箱的傳輸系統(tǒng);
(4) Mold closing，合箱系統(tǒng);
(5) Mold placing，模箱的搬移系統(tǒng);
(6) Weight transfer，壓塊的搬移系統(tǒng);
(7) Mold conveyor，模箱傳輸系統(tǒng);
(8) Push off/Elevator，推進和提升系統(tǒng);
(9) Punch out，打出系統(tǒng)，主要是將冷卻后的產(chǎn)品從砂箱中打出;
(10) Splitter，分箱系統(tǒng)。
另外與該系統(tǒng)密切相關(guān)的輔助系統(tǒng)有干砂系統(tǒng)和供砂系統(tǒng)。干砂系統(tǒng)主要完成源砂的凈化處理(灰塵、枝葉、垃圾等)和烘干;供砂系統(tǒng)主要完成工藝用砂的配置并為Moldmaster系統(tǒng)供砂。
3 系統(tǒng)配置
系統(tǒng)采用了性價比高的Premium 57系列PLC，同時考慮到該工藝生產(chǎn)線的分布特點，遵循經(jīng)濟、簡單、易維護、可靠性等原則采用了該系列PLC中應(yīng)用最為廣泛的FIPIO總線方式，這樣相關(guān)的一些輸入輸出設(shè)備可以就近安裝。同時采用總線方式，使該系統(tǒng)的設(shè)計、成套、安裝、調(diào)試、維護等工作的工作效率都得到了極大的提高，為該系統(tǒng)的順利按期竣工提供了技術(shù)性的保證。
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)以及配置如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)以及配置 4 FIPIO現(xiàn)場總線
FIPIO總線是TE公司主推的現(xiàn)場總線之一。該現(xiàn)場總線完全兼容FIP和WORLDFIP標(biāo)準，最多可連接128個站點，距離遠達15KM，可用于連接傳感器、執(zhí)行器和終端設(shè)備。
FIPIO主要支持的設(shè)備有:PLC;分布式模塊;編程終端;監(jiān)視系統(tǒng);操作編程器;變頻器;其他符合FIPIO標(biāo)準的第三方設(shè)備。
FIPIO總線上設(shè)備共計可以連接128個站點，地址從0到127，其中0號站點預(yù)留為FIPIO主站管理器地址，63號站點預(yù)留為編程終端，其他地址都可以自由編址為輸入輸出設(shè)備。每個輸入輸出設(shè)備有地址編碼DIP設(shè)置開關(guān)，軟件設(shè)置需要和硬件設(shè)置相一致。
總線特性如下:總線類型:開放式的工業(yè)現(xiàn)場總線，WORLDFIP標(biāo)準。拓撲結(jié)構(gòu):總線式。數(shù)據(jù)存取方式:主從結(jié)構(gòu)，由總線仲裁器及FIPIO管理器負責(zé)處理。通訊速率:1Mbps。通訊距離:15000m。通訊介質(zhì):屏蔽雙絞線(150Ω)。站點數(shù)量:128(0號站點預(yù)留為主站)。網(wǎng)段數(shù)量:最多44段。編程終端:默認地址為63。單段長度:電氣網(wǎng)段段長為1000m，光纖網(wǎng)段段長為2500m或3000m(取決于光纖)
典型的FIPIO網(wǎng)絡(luò)圖如圖3所示。
圖3 FIPIO網(wǎng)絡(luò)圖
5 功能開發(fā)
主要實現(xiàn)功能:
(1) 系統(tǒng)總貌以及急停記憶查詢功能;
(2) 各個子系統(tǒng)的詳盡系統(tǒng)動態(tài)顯示;
(3) 故障記錄和歷史查詢(200個);
(4) 產(chǎn)品生產(chǎn)記錄;
(5) 手動、自動操作模式;
(6) 記憶和系統(tǒng)恢復(fù);
(7) 安全操作。
5.1 操作模式
該系統(tǒng)采用圖形界面加結(jié)構(gòu)化文本的編程方式(Graph7+ST)，采用圖形編程方式簡單、形象，非常適合于流程化編程和步序操作方式。主要工作方式分別為急停模式、手動模式、自動模式。操作模式參見圖4所示。
圖4 操作模式
(1) 急停:在該模式下，所有可執(zhí)行設(shè)備閉鎖輸出，并將在電氣回路中切斷電源(硬件回路中采用安全繼電器模塊)，雙通道保證系統(tǒng)的安全冗余。當(dāng)急停按鈕動作或安全門被違規(guī)打開時都將進入急停模式;
(2) 手動模式:主要供系統(tǒng)測試、調(diào)整、檢修、維護等操作。該操作模式下沒有聯(lián)鎖和保護;
(3)自動模式:該操作模式為系統(tǒng)的主要操作方式，可以實現(xiàn)連鑄生產(chǎn)線的全自動化運行。
5.2 系統(tǒng)總貌和急停查詢分析
本部分內(nèi)容主要是整個系統(tǒng)的流程分析，供操作人員熟悉和學(xué)習(xí)使用;同時提供了整個系統(tǒng)的急停記憶和查詢功能。如圖5所示。
圖5 急停記憶和查詢功能
急停開關(guān)動作或安全門違規(guī)打開后將導(dǎo)致系統(tǒng)切換至急停模式，并將屏蔽系統(tǒng)的操作。整個系統(tǒng)中的急停操作按鈕有數(shù)十個之多，并且有的按鈕為短脈沖信號，當(dāng)動作復(fù)位后，無法得知是那個系統(tǒng)或那個相關(guān)工段的操作人員操作。所以在PLC內(nèi)將所有急停信號的動作情況記憶保存，便于再次啟動前對系統(tǒng)有一個正確的分析和處理。待處理完畢后操作急停復(fù)位按鈕對記憶系統(tǒng)復(fù)位，方可以開始系統(tǒng)地重新啟動。
5.3 各個子系統(tǒng)動態(tài)顯示
本部分為HMI系統(tǒng)最為常規(guī)的功能，主要完成系統(tǒng)的動態(tài)測試。如圖示6(子系統(tǒng))所示。
圖6 子系統(tǒng)動態(tài)顯示
5.4 故障分析
(1) 故障界面
由于該系統(tǒng)控制復(fù)雜，檢測開關(guān)以及執(zhí)行設(shè)備多而且大多設(shè)備安裝拆卸極為不便，給系統(tǒng)的檢修和維護帶來很大困難。所以在本系統(tǒng)中我們設(shè)計并使用了大量的故障處理，使各種可能出現(xiàn)的故障分析、報告和匯總，給操縱人員在第一時間內(nèi)了解設(shè)備運行和故障原因提供了可能和保障。界面如圖7所示。
圖7 故障分析界面1
圖7是當(dāng)前最新的五個故障顯示，主要包括故障時間和內(nèi)容。在內(nèi)容描述欄中包含了故障設(shè)備和故障原因，供維護人員檢修參考處理，處理完畢后操作故障復(fù)位按鈕，清除當(dāng)前故障。除了可以參看當(dāng)前最新的故障外，還提供了歷史故障的查詢，設(shè)計保存最新的200個故障，在PLC內(nèi)存允許的情況下，可以放得更大。如圖8所示。
圖8 故障分析界面2
每個頁面可以顯示20個故障，200個共分為10頁分別顯示，按鍵翻頁察看完成。每個故障包含故障時間(年月日時分秒)和故障內(nèi)容。主要實現(xiàn)如下樣例(一個移動梁的前行動作):
(*advance walking beam*)
IF NOT Default_walking_beam THEN
RESET Sv_retract_walking_beam;SET Sv_advance_walking_beam;
(*walking beam advanced not reached after movement*)
IF %X32.1.T>100 THEN
Numdef:=603;SET Default_walking_beam;SR0;
END_IF;
END_IF;
如圖8程序所示，如果系統(tǒng)無故障則執(zhí)行工作梁的前推動作;正常情況下5s該動作既可以完成，如果超過10s，該動作還沒有結(jié)束，則調(diào)用故障處理子程序SR0。
IF Numdef>=1 AND Numdef<=9999 AND Ptrdf<5 THEN
(* non-existent test number in the table *)
IF FIND_EQW(Tbndft:5,Numdef)=-1 THEN
(* storage of the number at the end of the table *)
Tbndft[Ptrdf]:=Numdef;
INC Ptrdf;
(* storage of the fault number in the event archiving buffer*)
IF Numdef<>Memdef THEN
Num_evenement:=Numdef; SR1;
END_IF;
END_IF;
END_IF;
RETURN;
故障處理子程序主要記錄當(dāng)前故障號，并調(diào)用故障處理子程序SR1，將當(dāng)前故障以及故障發(fā)生的時間信息壓入存儲區(qū):
(*Event number archiving *)
(* archiving table 5 word offset *)
Teven_1_0:995:=Teven_0_0:995;
(* archive event number, second, hour-minute, day-month, year *)
Teven_0_0:=Num_evenement;
Teven_0_1:=Seconde;
Teven_0_2:=Heure_minute;
Teven_0_3:=Jour_mois;
Teven_0_4:=Ann;
RETURN;
所以從Teven_1_0開始的1000個字保存最近的200個故障信息，每個故障占用5個字的空間。當(dāng)故障發(fā)生后將可以在HMI上以故障描述的方式顯示，供操作人員檢修處理參考。如下所示:
“17:40 walking beam advanced not reached after movement”
這樣操作人員就可以直接檢查移動梁的到位信號是否正?；蛘咭苿恿旱尿?qū)動部分是否正常。
(2) 系統(tǒng)處理的故障類型
●實際的故障信號:如過壓、高溫、熱保護等;
●系統(tǒng)判斷分析的故障:動作執(zhí)行前信號有故障;主要是檢測設(shè)備問題和誤操作問題;動作執(zhí)行后不到位信號;主要是檢測設(shè)備問題或執(zhí)行設(shè)備問題，如設(shè)備未動作、異常情況導(dǎo)致動作過慢等;
●I/O模塊故障;
●通訊模塊故障(上層以太網(wǎng)的檢測);
●總線設(shè)備的斷點檢測。例如比如遠程站點的異常退出，電源故障等。
5.5 產(chǎn)品分析
該部分主要完成系統(tǒng)生產(chǎn)狀況的統(tǒng)計，主要包括:單件平均時間、系統(tǒng)每小時產(chǎn)品數(shù)量、系統(tǒng)累計運行時間、系統(tǒng)累計生產(chǎn)數(shù)量及類別、總要求生產(chǎn)數(shù)量、剩余待生產(chǎn)數(shù)量等。該部分功能完全在PLC內(nèi)實現(xiàn)，HMI僅提供界面顯示，如圖9所示。
圖9 產(chǎn)品分析界面5.6 記憶和系統(tǒng)恢復(fù)
由于該系統(tǒng)相關(guān)的檢測設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備較多，控制相對較為復(fù)雜。故障或緊急停機后，會有部分執(zhí)行設(shè)備處于中間位置。如果由操作人員操作或系統(tǒng)自動使之到要求位置則十分麻煩，切有可能導(dǎo)致設(shè)備的沖突和撞擊，所以本系統(tǒng)編寫了大量的記憶程序。當(dāng)系統(tǒng)因為故障或者緊急停機而閉鎖設(shè)備動作后，自動保存當(dāng)前狀態(tài)。另外由于系統(tǒng)中有部分設(shè)備屬液壓驅(qū)動，緊急停機后這些設(shè)備會因為油壓的原因而使位置有所變動(比如提升機構(gòu)，在重壓下可能慢慢降落)，所以要特別注意該類設(shè)備的狀態(tài)分析。
5.7 安全操作
(1) 系統(tǒng)安全設(shè)計
系統(tǒng)中安全區(qū)域(危險區(qū)域)共有兩個，其中一個是Moldmaster部分，當(dāng)Stripper部分需要人為調(diào)整時，操作和維護人員必須進入該生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)部進行操作，同時系統(tǒng)其他部分保持正常運行不停機，這就帶來了人員的安全問題。所以系統(tǒng)設(shè)計設(shè)置了安全操作，保證既不停止系統(tǒng)的整體運行又可以保證操作人員的人身安全。
(2) 安全操作設(shè)計
●由操作人員在危險區(qū)域外操作相關(guān)按鈕，向系統(tǒng)發(fā)出安全操作指令;
●系統(tǒng)接到請求指令后首先完成當(dāng)前一個周期的動作，滿足相關(guān)條件后，閉鎖該部分的自動執(zhí)行;
●向操作人員發(fā)出授權(quán)指示，提示操作人員可以進入該區(qū)域操作;
●斷開區(qū)域外隔離保護開關(guān)，并上鎖;
●打開安全門，進入危險區(qū)域;
●合閘危險區(qū)域內(nèi)隔離開關(guān)，驅(qū)動設(shè)備上電;
●依據(jù)就地操作盒調(diào)整設(shè)備;
●操作完畢后斷開區(qū)域內(nèi)隔離開關(guān)，退出該區(qū)域;
●關(guān)閉安全門，并上鎖;
●合閘區(qū)域外的隔離開關(guān);
●操作完成按鈕，告知系統(tǒng)該操作完成;
●子系統(tǒng)繼續(xù)轉(zhuǎn)入自動模式。
6 結(jié)束語
該系統(tǒng)于2004年9月份開始投入使用，到目前為止已經(jīng)運行一年有余，運行安全可靠，并且監(jiān)控畫面清晰，切換靈活，自動化程度高，減少了勞動強度,提高了勞動生產(chǎn)率,滿足了生產(chǎn)過程的自動化控制，獲得了一致好評。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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