中小型碼垛自控系統開發與應用

莫瑞強

（山信軟件股份有限公司，山東萊蕪271104）

1 系統規劃

1.1 硬件配置

根據中小型車間對碼垛工藝、設備改造的思路，初步制定碼垛控制系統西門子改造方案。

（1）控制系統采用CPU加遠程I/O的系統結構：采用一套西門子CPU S7-316，安裝在碼垛操作臺底部PLC室；遠程I/O分三部分，傳統設備同各大硬件的信息交互由傳統變頻器、P網絡實現。

（2）操作站2臺，采用WinCC監控軟件替代4#臺操作終端：1臺用于碼垛平臺設備監控、參數設定；1臺用于收集、輸出輥道等設備的監控和參數設定。

（3）控制程序和監控畫面優化：操作站上可實時監控碼垛系統的各種狀態，如CMD、SG、BG等檢測元件和變頻器等狀態；對重要數據進行查看、修改；對實時故障進行即時報警；同時可隨時查看重要數據的歷史趨勢等，方便各方人員操作和維護。

1.2 軟件配置

監控系統由原有的ABB MV320系統升級為西門子監控系統，操作系統為Windows 7，編程軟件為STEP7 5.5；一級監控軟件采用WinCC 7.0軟件；工作站采用DELL OPTIPLEX9010系列工作站。

2 總體控制技術

我們根據現場實際和控制工藝，對整個碼垛區域進行了重新劃分和簡化，在不影響碼垛功能的前提下，將原有的分離指、單磁頭和雙磁頭等設備拆除，原有的固定筐不再進行升降運動，固定在中位，減少故障的同時提升了碼垛效率。

整個碼垛區域現在分為制動區、短尺收集區、碼垛區、成層區和筐區等五個控制區域，每個區域都有手自動選擇控制；同時，整個碼垛區域可分為A、B兩個大區，我們主要以碼垛區域A區自動控制為例進行敘述。

2.1 制動區控制

制動區的控制設備包括剪后制動輥道、A1/A2/B1/B2雙輥道小車（即“輥道夾”）、1～4段對齊輥道等，冷剪剪切后的成品材經剪后制動輥道傳送至制動區，制動區域自動情況下，制動區域的三個光電管CMD1、CMD2、CMD3，三選二，即兩用一備，檢測到成品材后觸發雙輥道小車動作。

制動區域選自動，雙輥道小車則自動；制動區域不選自動，雙輥道小車則手動。在4#臺操作面板上可對雙輥道小車A1、A2、B1、B2分別進行選擇，在制動區域選擇自動的條件下，光電管可觸發雙輥道小車動作，按照先B區后A區的BABA觸發順序依次循環啟動，每個區域按上升、前進、下降、后退的順序依次動作一個周期；也可選擇只用一個區進行自動控制。

對齊輥道共四段，1、2段對齊輥道對應輥道夾A區，3、4段對齊輥道對應輥道夾B區；對齊輥道分為自動控制和手動控制，對齊輥道手動控制可在制動區手動情況下，操作4#臺對應按鈕進行前進和后退動作。對齊輥道自動控制分為以下兩種情況：

（1）挑短尺輥道不動作，1、2段對齊輥道在A區輥道夾的前位和下位接近開關都有信號時，1、2段對齊輥道自動向前旋轉6 s后停止；3、4段對齊輥道在B區輥道夾的前位和下位接近開關都有信號時，3、4段對齊輥道自動向前旋轉6 s。

（2）在挑短尺輥道動作時，1、2段對齊輥道依舊跟隨A區輥道夾動作；而3、4段對齊輥道則跟隨挑短尺輥道動作，不再受輥道夾控制：挑短尺輥道前進時3、4段對齊輥道后退，挑短尺輥道后退時3、4段對齊輥道則前進。

2.2 短尺收集區控制

短尺收集區域除短尺收集輥道外其他設備只有手動控制，短尺收集輥道和挑短尺輥道由變頻器控制運行，速度可在監控畫面上進行設定。

短尺收集輥道分為自動控制和手動控制，當短尺收集輥道選自動并且A區輥道夾和B區輥道夾都選擇鎖定時，短尺收集輥道自動旋轉50 s后自動停止，同時短尺提升鏈不能動作；短尺收集輥道自動控制專為定尺短尺所設計：正常生產時短尺收集輥道需選自動，當冷剪處出現短尺時，需要鎖住A區和B區的輥道夾，這時自動觸發短尺收集輥道前轉，讓短尺可以傳至短尺收集區對齊、移走。

2.3 碼垛區控制

碼垛區的控制設備包括A1A2B1B2碼垛傳送鏈1、A1A2B1B2碼垛傳送鏈2。碼垛區域設備均由變頻器控制運行，速度可在監控畫面上進行設定；若碼垛區域選擇自動控制，則以上設備都自動運行。

2.4 成層區控制

成層區的設備包括A區傳送鏈3和B區傳送鏈3。此區域包括A、B兩區的計數，由各自區域的接近開關完成，計數支數在畫面進行設定，計數數值在畫面上實時顯示，并可在畫面上通過按鈕加一或減一手動修改，在筐區滿足自動條件下（筐區自動條件：無急停+筐區選擇自動+活動筐變頻器送電無跳閘+筐區無鎖定按鈕+筐區安全按鈕在正常位），當計數數值到達畫面設定的“計數支數”時，可觸發活動筐自動動作。

2.5 筐區控制

筐區的設備包括A區活動筐、B區活動筐。各區活動筐的升降和平移都分別由變頻器控制，同時由各自的增量型編碼器反饋實時位置。筐區設為自動控制時，活動筐在等待位（升降等待位+平移后位）進行等待，當成層區的計數到達設定的“計數支數”時，可觸發活動筐動作。活動筐按照上升、前進、下降、后退、上升等順序依次完成動作，并且結合現場實際還實現了活動筐自動返回等待位、活動筐編碼器清零等功能。

2.6 與其他PLC通信

2.6.1 西門子碼垛PLC與ABB RMC6 PLC通信

碼垛PLC可以控制冷剪的啟停，碼垛PLC在“無急停+制動區選自動+剪后輥道變頻運行”的條件下，可以啟動冷剪剪切；若以上條件不滿足，冷剪不能自動啟動。

2.6.2 西門子碼垛PLC與西門子收集PLC通信

（1）西門子碼垛PLC：在筐區自動情況下，若打捆輸出輥道1、打捆輸出輥道2處的光電管（來自西門子收集PLC）有信號，此時若活動筐在“有鋼等待位”東側，則活動筐自動前進至“有鋼等待位”停止并等待；光電管信號消失，活動筐繼續前進。

（2）西門子收集PLC：打捆輸出輥道1、打捆輸出輥道2在自動條件下，若“A筐OK”“B筐OK”（來自碼垛PLC）信號返回，同時在輥道光電管有信號時，打捆輸出輥道自動前進。打捆輸出輥道在手動情況下無聯鎖。

2.7 安全聯鎖控制

在4#臺操作面板上有一個急停按鈕，可控制整個碼垛區域的急停；而在現場共有四個安全檢修鎖定開關，分別為A區雙輥道鎖定開關、B區雙輥道鎖定開關、A區傳送鏈3鎖定開關、B區傳送鏈3鎖定開關。各安全聯鎖開關狀態在操作畫面上實時顯示。

檢修時將對應區域開關打到鎖定狀態，對應設備將無法動作，從而保證設備和檢修人員的安全。

3 結語

棒材廠中小型碼垛自控系統開發與應用勘察設計項目實施后，整個碼垛區域的制動區、短尺收集區、碼垛區、成層區和筐區等五個控制區域實現了全自動控制，提升了控制功能；采用遠程站的方式連接現場設備，節省了大量電纜；改造后碼垛效率提升，應用效果良好；同時，各操作臺畫面大幅簡化，操作簡單方便，界面友好，便于操作人員監控。