工業現場的基礎自動化解決方案

郭起龍 秦雪

摘 要：現代化的工業工廠中，高度自動化的生產線對應著較高的生產效率，而高效的自動化產線幾乎全部基于工業自動化的實施方案：即PLC控制，以PLC為自動化控制的核心，輔以各類繼電器、接近開關、限位開關、溫度傳感器、液位傳感器及各類自動化儀表等，最終實現一個龐大而復雜的產線設備精密控制；然而隨著現場生產經驗的積累，產線的功能往往不能滿足提高工作效率的需求，進而需要對設備實施技術改造和升級，本文將以具體案例為背景，講述現場基礎自動化的實施方案。

關鍵詞：工業 自動化 PLC 接近開關

中圖分類號：F471.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（b）-0101-02

包裝鋼卷生產線是冷軋廠的輔助產線，是冷軋廠的最后一道工序，主要負責鋼卷包裝。它雖然是輔助產線，但是卻非常重要，一旦發生事故將會對成品質量造成影響。包裝鋼卷生產線的生產實踐中發現，在其對鋼卷進行包裝的“提升機”工步很容易發生事故，這個工步是半自動化，要實現的功能是將“鋼卷”從“鞍座”提升至半空，手工包裝結束后再將鋼卷放下，其中很多時候都需要人為的手動操作，操作失誤是導致事故發生的直接原因。產線人員的操作失誤導致的事故，大部分發生在自動化程度不是很高的產線，這種“操作原因事故隱患”也可以認為是自動化設備的功能缺陷，但是作為投資者，以最少的資金購買最大效益的產線是他們所考慮的問題，而如何以最小的資金實現最大的技術升級則是這類工廠中現場自動化人員所需要時刻思考的問題。自動化工廠中，高度自動化的生產線，往往對應著較高的生產效率，但隨著現場職工工作經驗的積累，為達到更高的生產效率和安全系數，設備改造和升級的需求會日漸顯著，工廠中的電氣自動化技術人員一般都非出自設計院等專業化極強的單位，大多為剛畢業的大學生，缺少知識積累和現場經驗，這個時候，一套標準化的“自動化設備改進和升級實施方案”就顯得尤為重要。

1 研究工藝流程

該工步的具體工藝流程為“提升機”的提升臂伸出，并將鋼卷從步進梁鞍座提升至半空，操作工進行包裝，包裝完畢“提升機”將鋼卷放回鞍座，同時“提升臂”縮回。事故隱患為“提升機下降旋鈕”沒有打或鋼卷還未到達鞍座便開始進行了下一步的“提升機縮回旋鈕”的操作，將導致鋼卷隨提升機一直后退，撞擊后側護欄。

鑒于此，考慮添加必要的連鎖條件，以實現避免帶卷后退撞擊護欄的現象；然而導致事故的直接操作行為為“撥動提升機后退旋鈕”，那么可以考慮在“提升機后退程序段”添加連鎖條件“鋼卷已經放置至鞍座位”這個必要條件，預計添加和實現完此條件后，在沒有打“提升機下降”或沒有“將鋼卷放到位”的情況下將無法實現“提升機后退”的操作，以有效避免誤操作帶來的隱患。

2 確定軟、硬件的改造方案

要實現此項技術改造，要從兩個方面進行考慮：軟件程序的實現方式、現場硬件的實際情況。

（1）軟件程序的實現方式（假設現場可以添加“鋼卷到位”點，該點號為Ix）修改后對應的程序段如表1。

從表1可以看出，軟件程序可以達到對應的預期目的，添加完Ix后，在除“調試”外的“自動”和“手動”模式下都將實現“鋼卷不到鞍座位，提升機不后退”。

（2）查驗現場硬件的實際情況。經查驗確認提升機就近的ET站存在備用點I22.2，可以滿足將有卷檢測傳感器對應的信號直接接入系統的要求（Ix=I22.2），因此對于硬件工作主要有兩個方面：敷設傳感器電纜和對應傳感器接近開關的定位、安裝。

鞍座的有卷檢測功能可以通過嵌入鞍座的接近開關實現，在保證原有鞍座的受力能力前提下，在鞍座上開出大小適當的孔洞，并將接近開關裝入，值得注意的是，接近開關的最高點必須低于鞍座孔洞的上表面，以避免鋼卷直接壓壞傳感器。

3 實施改造

軟件方面直接通過SIMATIC Manager修改對應的程序段，將原程序改為“程序方案”，并將上述程序中的Ix改為I22.2，修改完成后，進行保存，并下裝到plc中即可。

硬件方面首先應完成對應的鞍座開槽，進而開展對應接近開關的鞍座和信號線的敷設及連接，涉及到氣焊切割的，應當提前開具動火票，并采取必要的防火措施。完成改造后改造后，即可進行上電實驗。

4 效果評估

該項目實施后，達到了預期的結果，手動模式及自動模式下，在鋼卷未完全落至鞍座之前，提升機后退將無法實現，也就有效的避免了提升機帶卷后退事故的再次發生。由于此項技術改造所帶來的各項價值如下：

（1）經濟價值：成品卷噸價6000元，廢卷噸價2500元，若按半年內3次事故計算，造成的廢卷噸數為8×3=24t，一年即48t，直接經濟價值為48×（6000-2500）=168000元；處理事故及清理事故現場每次約1h，按3min包裝一卷算，將造成6×（60/3）=120卷無法包裝銷售，合計120×8t=960t，按噸鋼利潤0.01萬元算，全年將造成960×0.01=9.6萬元的損失；另外由于掉卷，將造成現場設備、設施變形和損壞，修復費用約5000元；同時，由于安全感的提升，生產更加順暢，提升機區域工人的單卷包裝時間平均縮短了5s。1d=24h×60min×60s=864000s，改造前一卷時間為190s，改造后為185s，全年多包裝鋼卷=864000/185-864000/190=4670-4547=124卷，鋼卷的重量約為8t，噸鋼利潤約為0.01萬元，則創造利潤=124×8×0.01=9.92萬元。以上幾項目合計的年經濟價值為：16.8+9.6+0.5+9.92=36.82萬元。

（2）安全生產：避免掉卷事故的安全意義重大，操作工距離提升機的距離很近（操作時幾乎零距離），鋼卷的重量約為8t，鋼卷每次掉落的地點均為鋼板所覆蓋的4m深地坑區域，地坑蓋板幾近于被砸折斷，人員被鋼卷砸傷和跌落地坑的隱患極大，此次改造完成后，將有效的避免提升機撞擊、掉卷事故的再次發生，安全意義重大，非具體經濟價值所能衡量。

5 結語

工業現場的基礎自動化實施方案并不復雜，而且具有可復制性，一般的產線設備（PLC）也都預留有后期升級所需的備用點，包括模擬量和數字量，可以直接使用，他能否滿足日常設備的性能升級的需要，做好現場工藝的前期調查，組織和落實好改造方案，幾百元的改造費用創造幾十萬甚至上百萬的年經濟價值在現代化的工業工廠中是完全可以實現的。

參考文獻

[1] 武峰.可編程控制器PLC的基本原理及應用[J].電子世界，2002（11）：31-33.

[2] 郭澤宜.PLC在工業自動化中的應用[J].科技資訊，2009（21）：86.

[3] 王永華.現代電氣控制及可編程控制技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.