基于PLC與HMI程序設(shè)計(jì)的淋雨線節(jié)能改造

陳良銀

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司重型車分公司，安徽合肥 230601）

0 引言

隨著技術(shù)的進(jìn)步，由PLC組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)在很多行業(yè)和領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器），HMI（Human Machine Interface，人機(jī)界面）及現(xiàn)場(chǎng)總線大量用于汽車的焊裝、涂裝以及總裝等車間。汽車總裝廠淋雨試驗(yàn)線作為汽車總裝生產(chǎn)線的重要環(huán)節(jié)，對(duì)汽車密閉性指標(biāo)的衡量有著重要意義。江淮汽車乘用車一工廠總裝淋雨試驗(yàn)線采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的PLC，HMI，現(xiàn)場(chǎng)總線以及變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，承擔(dān)著多種車型的下線淋雨試驗(yàn)工作，該淋雨試驗(yàn)線在不飽和生產(chǎn)時(shí)，噴淋與吹風(fēng)系統(tǒng)存在設(shè)備浪費(fèi)大量能源的問(wèn)題。

1 淋雨試驗(yàn)線

（1）淋雨試驗(yàn)線結(jié)構(gòu)組成。主要由輸送板鏈、淋雨室、噴淋系統(tǒng)、吹干系統(tǒng)、蓄水池、照明系統(tǒng)與控制系統(tǒng)等組成。見(jiàn)圖1。

（2）設(shè)備組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、吹干系統(tǒng)與排霧系統(tǒng)。

（3）電氣控制系統(tǒng)組成。控制系統(tǒng)由可編程序控制器SIEMENS PLC S7-300，SIEMENS MP277觸摸屏、三菱E500變頻器、電源、液位控制器、執(zhí)行元件、控制按鈕、壓力控制器、繼電器、接觸器、濾波器等組成。

2 存在的問(wèn)題及原因分析

淋雨試驗(yàn)線分為本地和遠(yuǎn)程雙向控制，在自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)線體上沒(méi)有車輛或很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有車輛上線時(shí)，板鏈、噴淋泵與吸霧風(fēng)機(jī)及吹干風(fēng)機(jī)仍然運(yùn)行，設(shè)備空運(yùn)行造成大量的水電浪費(fèi)，尤其在淡季或不飽和生產(chǎn)的情況下更為突出。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，淋雨試驗(yàn)線在自動(dòng)狀態(tài)下，如果長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有檢測(cè)到車輛進(jìn)入板鏈，線體驅(qū)動(dòng)、噴淋泵與吸霧風(fēng)機(jī)以及吹干風(fēng)機(jī)將自動(dòng)停機(jī)，系統(tǒng)進(jìn)入等待狀態(tài)；待檢測(cè)裝置檢測(cè)到車輛進(jìn)入板鏈時(shí)，以上各類設(shè)備再次自動(dòng)轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)際情況是該淋雨試驗(yàn)線既沒(méi)有車輛檢測(cè)裝置也沒(méi)有相應(yīng)的控制程序，在設(shè)計(jì)上存在缺陷。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的提出與實(shí)施

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的提出與備件選型要求

（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在板鏈入口處安裝一對(duì)車體檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)，當(dāng)線體自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，負(fù)責(zé)對(duì)上線車輛進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)時(shí)進(jìn)行計(jì)算，然后通過(guò)修改優(yōu)化PLC程序?qū)崿F(xiàn)上述設(shè)備的啟停切換以達(dá)到節(jié)能的目的。

（2）光電對(duì)射開(kāi)關(guān)型號(hào)的選擇。由于雙板鏈與中間格柵以及兩邊蓋板的寬度＞2.5 m，且S7-300PLC輸入輸出電壓DC24 V，因此選E3Z-T81-L/D，DC24 V、接收距離5 m且可調(diào)的光電對(duì)射開(kāi)關(guān)，既滿足接收距離的需要，也滿足PLC輸入輸出電壓和現(xiàn)場(chǎng)潮濕環(huán)境對(duì)安全的要求。由于車輛輪胎緊貼地面，完全可以阻擋對(duì)射開(kāi)關(guān)的光線，因此，對(duì)光電對(duì)射開(kāi)關(guān)固定支架的高度不作要求，只要固定支架強(qiáng)度滿足即可，選用普通U形槽鋼作為固定支架，備件材料見(jiàn)表1。

表1 備件材料清單

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)I/O規(guī)劃，考慮原硬件配置中預(yù)留的輸入輸出點(diǎn)已經(jīng)能夠滿足要求，不再增加I/O模塊。因此，將進(jìn)車檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)信號(hào)接入輸入模塊I1.6輸入點(diǎn)，等待警示燈（黃色）接入輸出模塊Q16.0輸出點(diǎn)。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的實(shí)施

（1）在板鏈入口處安裝一對(duì)車體檢測(cè)光電對(duì)射開(kāi)關(guān)（圖2）。

（2）程序設(shè)計(jì)。在PLC程序中增加車體檢測(cè)與響應(yīng)以及設(shè)備啟停等待等控制功能的程序段（圖3），使系統(tǒng)程序更具科學(xué)性。

當(dāng)線體自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，入口處的車體檢測(cè)開(kāi)關(guān)I1.6開(kāi)始對(duì)上線車輛進(jìn)行檢測(cè)，并且每一臺(tái)車體離開(kāi)檢測(cè)開(kāi)關(guān)后系統(tǒng)便開(kāi)始計(jì)時(shí)，按照車輛正常上線頻率，前一臺(tái)車與后一臺(tái)車之間的時(shí)間間隔是2 min12 s，即檢測(cè)開(kāi)關(guān)每隔2 min12 s就可以檢測(cè)到一次車輛信號(hào)；而噴淋區(qū)域剛好是4個(gè)停車位的長(zhǎng)度（24 m），因此最后一輛車從離開(kāi)檢測(cè)開(kāi)關(guān)到駛出噴淋區(qū)域用時(shí)8 min 48 s，綜合考慮線速與其他因素，把等待時(shí)間暫定為10 min，10 min后或更長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有檢測(cè)到車輛信號(hào)，系統(tǒng)將自動(dòng)逐一關(guān)閉各設(shè)備，轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)，同時(shí)，黃色等待警示燈開(kāi)始秒閃。如果光電開(kāi)關(guān)再次檢測(cè)到車輛信號(hào)，系統(tǒng)將會(huì)重新逐一啟動(dòng)各設(shè)備，為了避免各設(shè)備同時(shí)啟動(dòng)出現(xiàn)的大電流造成對(duì)電網(wǎng)的沖擊，程序中把兩種風(fēng)機(jī)啟動(dòng)間隔時(shí)間設(shè)置為10 s（圖4）。

為了便于修改和調(diào)整檢測(cè)等待時(shí)間，在MP277觸摸屏中增加了修改等待時(shí)間的程序，現(xiàn)場(chǎng)操作人員只要點(diǎn)擊觸摸屏，就可以隨時(shí)修改檢測(cè)等待時(shí)間（圖5），但時(shí)間的調(diào)整必須采用密碼管理。

4 方案驗(yàn)證與經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 方案驗(yàn)證

為了驗(yàn)證3個(gè)設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性與可靠性，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行綜合測(cè)試。在自動(dòng)運(yùn)行模式下，先讓板鏈空運(yùn)行，然后把等待時(shí)間調(diào)至10 min，如圖5所示，10 min后系統(tǒng)開(kāi)始動(dòng)作。然后再把等待時(shí)間調(diào)整至5 min，5 min后系統(tǒng)再次動(dòng)作。至此，整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案全部通過(guò)了科學(xué)驗(yàn)證。

圖2 車體檢測(cè)光電對(duì)射開(kāi)關(guān)

圖3 車輛檢測(cè)啟停與等待程序

圖4 風(fēng)機(jī)啟動(dòng)間隔時(shí)間程序

圖5 觸摸屏修改等待時(shí)間

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

按每條淋雨線以每天節(jié)電0.8 h，每度電為1元人民幣計(jì)算，2 條線每天節(jié)約電費(fèi)：1×(15＋9×7.5)×0.8×2=132 元人民幣，每月生產(chǎn)22 d,每年共節(jié)電：22（每月生產(chǎn)天數(shù)）×12（每年月數(shù)）×132=34 848元人民幣；2條線蓄水池共有160 t水，改造后每天節(jié)水6 t，按每噸水3元人民幣計(jì)，每天節(jié)水18元人民幣計(jì)，每年節(jié)省水費(fèi)：22（每月生產(chǎn)天數(shù)）×12（每年月數(shù)）×18=4752元人民幣。改造后每年水電共節(jié)省：34848+4752=39 600元人民幣。此次設(shè)計(jì)改造，不但為公司節(jié)省了大量的費(fèi)用，同時(shí)也消除了部分隱患，節(jié)省人力物力，被評(píng)為乘用車公司年度優(yōu)秀節(jié)能改造項(xiàng)目。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)淋雨試驗(yàn)線節(jié)能項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、改造與優(yōu)化，并進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤驗(yàn)證，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，為公司節(jié)省了大量的能源費(fèi)用，同時(shí)也降低了隱患，提高了個(gè)人的創(chuàng)新能力，為類似的設(shè)備改造提供了借鑒作用。