鋼管防腐廠側(cè)向出管交庫(kù)效率提升自控系統(tǒng)的研制

摘要：針對(duì)某公司鋼管防腐廠生產(chǎn)區(qū)與交庫(kù)區(qū)處于平行線上且相隔較近，生產(chǎn)線側(cè)向出管方式導(dǎo)致天車(chē)頻繁接管，影響吊管交庫(kù)效率的情況，設(shè)計(jì)了一套能夠提升交庫(kù)效率的自控系統(tǒng)。從總體架構(gòu)設(shè)計(jì)、開(kāi)合臺(tái)架電控設(shè)計(jì)、天車(chē)雙保險(xiǎn)安全聯(lián)鎖控制設(shè)計(jì)、上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了闡述，可為同行業(yè)鋼管防腐廠側(cè)向出管交庫(kù)效率提升提供參考。

關(guān)鍵詞：鋼管防腐廠;交庫(kù)效率;自控

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2024）24-0052-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.24.013

0" " 引言

某公司鋼管防腐廠部分建設(shè)受限于廠房用地長(zhǎng)度，成品交庫(kù)區(qū)域與生產(chǎn)線廠房并不在一條直線上，而是在平行線上，且廠房出管區(qū)與交庫(kù)區(qū)距離較近。此類(lèi)鋼管防腐產(chǎn)線的交庫(kù)，國(guó)內(nèi)大多采取以下方式：在廠房最后一個(gè)工序沿廠房側(cè)面墻壁開(kāi)門(mén)，設(shè)立一個(gè)側(cè)向臺(tái)架稍微伸出側(cè)面墻壁（2～3 m），成品防腐管在側(cè)向臺(tái)架上存儲(chǔ)，每存儲(chǔ)3根鋼管，交庫(kù)天車(chē)便需要移動(dòng)至側(cè)向臺(tái)架，將側(cè)向臺(tái)架的幾根鋼管吊運(yùn)至堆垛區(qū)儲(chǔ)存，之后天車(chē)將堆垛的鋼管吊運(yùn)至發(fā)運(yùn)貨車(chē)。

這種方式帶來(lái)的弊病如下：1）每當(dāng)側(cè)向臺(tái)架上存儲(chǔ)了幾根鋼管后，天車(chē)就必須及時(shí)移動(dòng)至側(cè)向臺(tái)架區(qū)域，將臺(tái)架上的幾根鋼管吊運(yùn)至交庫(kù)堆垛，當(dāng)生產(chǎn)節(jié)奏較快時(shí)，天車(chē)來(lái)不及吊運(yùn)，側(cè)向臺(tái)架就會(huì)滿(mǎn)管堵塞使得生產(chǎn)線暫停。2）由于天車(chē)頻繁運(yùn)動(dòng)去執(zhí)行吊運(yùn)臺(tái)架鋼管至堆垛的任務(wù)，天車(chē)保養(yǎng)維護(hù)周期縮短。3）天車(chē)吊運(yùn)堆垛鋼管至發(fā)運(yùn)車(chē)上的時(shí)間較為緊湊，總體吊運(yùn)發(fā)貨交庫(kù)效率低下。

觸摸屏是一種電腦輸入設(shè)備，是最簡(jiǎn)單、方便、自然的人機(jī)交互方式，因而在工業(yè)控制中逐漸得到廣泛應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程邏輯控制器（PLC）的應(yīng)用也不斷普及，成為自動(dòng)化技術(shù)的重要組成，其中西門(mén)子系列的PLC在我國(guó)的自動(dòng)控制應(yīng)用中占比很大[1]。本文所設(shè)計(jì)的能夠提升側(cè)向出管交庫(kù)效率的自控系統(tǒng)便是以觸摸屏與S7-300 PLC以太網(wǎng)通信的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，以解決相關(guān)技術(shù)中側(cè)向臺(tái)架存儲(chǔ)鋼管數(shù)量少，導(dǎo)致天車(chē)需要在堆垛和發(fā)運(yùn)位置間頻繁切換，總體吊運(yùn)發(fā)貨交庫(kù)效率低下的問(wèn)題。

1" " 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為本公司交庫(kù)區(qū)改造前的狀態(tài)，由于生產(chǎn)區(qū)與交庫(kù)區(qū)相隔較近，出管臺(tái)架伸出的長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)，實(shí)際只能存儲(chǔ)3根成品防腐管。為不堵管停機(jī)影響生產(chǎn)，天車(chē)需要實(shí)時(shí)移走圖1中出管臺(tái)架上的3根鋼管，之后天車(chē)才有時(shí)間去執(zhí)行將堆垛鋼管吊運(yùn)至發(fā)運(yùn)車(chē)的任務(wù)。

圖2為改造后總體架構(gòu)。在臺(tái)架1端部設(shè)立可旋轉(zhuǎn)連接桿，該連接桿由可伸縮電動(dòng)推桿連接，連接桿下面水平位置安裝有平置傳感器，連接桿垂直位置下面安裝有豎置傳感器，天車(chē)行走輥輪外罩上安裝有中止運(yùn)動(dòng)傳感器，操作臺(tái)安裝有操作工提示無(wú)線發(fā)射器，天車(chē)操作室安裝有無(wú)線接收器，總體控制使用西門(mén)子S7-300 PLC作為控制核心。在PLC控制方式下，設(shè)計(jì)出硬件電路、繪出順序功能圖、編制PLC梯形圖相應(yīng)程序，實(shí)現(xiàn)多種控制方式[2]。

效率提升原理：當(dāng)臺(tái)架1上累積鋼管鋪滿(mǎn)后，按下操作控制柜的“臺(tái)架豎置”按鈕，該按鈕信號(hào)被PLC CPU獲取，PLC CPU發(fā)出指令由PLC DO模塊中轉(zhuǎn)給繼電回路，繼電回路發(fā)出信號(hào)給西推板電機(jī)、東推板電機(jī)，使西推板電機(jī)、東推板電機(jī)產(chǎn)生伸出動(dòng)作，推板電機(jī)的推桿通過(guò)耳軸推出電動(dòng)連接桿，電動(dòng)連接桿運(yùn)動(dòng)到豎置位置后，豎置限位傳感器感應(yīng)到的信號(hào)反饋給PLC，PLC綜合信號(hào)與程序判斷，發(fā)出指令中止給西/東推板電機(jī)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)臺(tái)架1與臺(tái)架2通過(guò)電動(dòng)連接桿連通，臺(tái)架1上的鋼管可以輸送至臺(tái)架2進(jìn)行儲(chǔ)存。由于臺(tái)架2較長(zhǎng)，可存儲(chǔ)較多數(shù)量鋼管，天車(chē)可等臺(tái)架2存滿(mǎn)成品防腐管后，再過(guò)來(lái)取管，其他時(shí)間可去執(zhí)行發(fā)運(yùn)吊裝任務(wù)，從而提升吊運(yùn)發(fā)貨效率。

2" " 開(kāi)合臺(tái)架電控設(shè)計(jì)

對(duì)比圖1與圖2，改造后的開(kāi)合臺(tái)架由臺(tái)架1、電動(dòng)連接桿、臺(tái)架2組成。其中臺(tái)架2有一定的傾斜度，便于鋼管在其上滾動(dòng)。電動(dòng)連接桿使用兩線制直流電機(jī)帶動(dòng)，電動(dòng)連接桿的控制有兩點(diǎn)較為重要：

1）由于其為兩線制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為節(jié)約成本，采用簡(jiǎn)易的開(kāi)關(guān)電源外加繼電控制回路控制，未使用直流變頻器控制。實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，圖3的控制驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)過(guò)直流電機(jī)換向斷電瞬間產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)多次把直流開(kāi)關(guān)電源燒壞的情況，為此，特采用圖4所示驅(qū)動(dòng)換向繼電電路解決了問(wèn)題。

2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況、電動(dòng)連接桿的位置狀態(tài)，只能有平置和豎置兩種狀態(tài)，連桿處于中間位置的狀態(tài)是不允許的，因?yàn)楫?dāng)天車(chē)需要運(yùn)動(dòng)至臺(tái)架2進(jìn)行倒管時(shí)，連桿若處于中間狀態(tài)，則存在撞斷連桿的可能。這個(gè)需要在程序上進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)連桿的位置，電動(dòng)連接桿的控制程序如圖5所示。

之所以強(qiáng)調(diào)圖5中的中間狀態(tài)監(jiān)視，是因?yàn)檫B桿處于旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，天車(chē)工無(wú)法看到這個(gè)區(qū)域的情況，需要通過(guò)PLC信息判斷來(lái)達(dá)到限制天車(chē)向連桿運(yùn)動(dòng)的效果。該控制系統(tǒng)需要根據(jù)I/O分配正確連接PLC控制系統(tǒng)外部硬件接線，進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的模擬靜態(tài)調(diào)試[3]。

3" " 天車(chē)雙保險(xiǎn)安全聯(lián)鎖控制設(shè)計(jì)

采用圖2的機(jī)電架構(gòu)，讓臺(tái)架和天車(chē)協(xié)作交庫(kù)時(shí)，要尤為注意天車(chē)的行走安全和防碰撞設(shè)計(jì)。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況如下：當(dāng)電動(dòng)連接桿閉合時(shí)，產(chǎn)線出管臺(tái)架1上的鋼管需要經(jīng)過(guò)電動(dòng)連接桿輸送至臺(tái)架2，此過(guò)程禁止2臺(tái)天車(chē)移動(dòng)橫跨臺(tái)架2，否則會(huì)出現(xiàn)天車(chē)撞斷電動(dòng)連接桿的情況。為此，采用兩路安全聯(lián)鎖控制設(shè)計(jì)，讓其同時(shí)起作用。

第一路：采用一個(gè)有別于常規(guī)感應(yīng)聯(lián)控的機(jī)制，常規(guī)機(jī)制是傳感器與感應(yīng)對(duì)象二者中一個(gè)運(yùn)動(dòng)一個(gè)靜止，這里是二者均可運(yùn)動(dòng)。如圖2所示，在距離電動(dòng)連接桿豎向位置6 m的地方設(shè)立一個(gè)電動(dòng)推板作為感應(yīng)對(duì)象，東西方向各一個(gè)，通過(guò)此電動(dòng)推板的伸/縮來(lái)接近/遠(yuǎn)離電磁傳感器（實(shí)際上，天車(chē)的底部橫梁側(cè)面是安裝有電磁傳感器的，該傳感器未在圖中顯示，位置大概在圖2中無(wú)線接收器旁），從而中止/放行天車(chē)橫跨電動(dòng)連接桿。此路安全聯(lián)控邏輯框圖如圖6、圖7所示。

第二路：在控制柜里設(shè)立無(wú)線發(fā)射器，當(dāng)圖2中的開(kāi)合臺(tái)架豎置傳感器感應(yīng)到開(kāi)合臺(tái)架后，發(fā)射無(wú)線信號(hào)至天車(chē)操作室，天車(chē)操作室接收器接收信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)相關(guān)指示燈亮起，提醒操作人員天車(chē)下面開(kāi)合臺(tái)架處于閉合的狀態(tài)，此時(shí)禁止天車(chē)橫跨電動(dòng)連接桿。

4" " 上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從減少操作人員的角度出發(fā)，此電控裝置的控制柜放置于圖2中的室內(nèi)位置，與現(xiàn)場(chǎng)原本存在的輥道操作臺(tái)共用一個(gè)操作人員。為便于室內(nèi)操作人員及時(shí)獲取室外電動(dòng)連接桿及天車(chē)感應(yīng)推板的位置，特進(jìn)行了上位機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，以便進(jìn)行室外現(xiàn)場(chǎng)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。上位機(jī)采用昆侖通泰MCGS國(guó)產(chǎn)屏進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采用Profinet協(xié)議與西門(mén)子PLC300進(jìn)行數(shù)據(jù)通信交互。

根據(jù)車(chē)間需求，需要用觸摸屏保存近2個(gè)月內(nèi)天車(chē)、現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)架等現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，且可調(diào)出查看，即現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)保存功能及查看追溯功能。由于選用的觸摸屏是MCGS國(guó)產(chǎn)屏，其對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)軟件為MCGSE V7.0版。MCGSE V7.0版開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)保存功能，首先需要先在此開(kāi)發(fā)平臺(tái)里建立存盤(pán)數(shù)據(jù)組并進(jìn)行相關(guān)存盤(pán)周期、位置等設(shè)置，如圖8所示。

完成圖8步驟后，需要在軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的“運(yùn)行策略”中編制相關(guān)存盤(pán)控制語(yǔ)句，采用vb scrpit語(yǔ)言進(jìn)行編制。

//控制柜啟動(dòng)信號(hào)=1開(kāi)啟存運(yùn)行存盤(pán)數(shù)據(jù)組存盤(pán)

IF 啟動(dòng)信號(hào)=1 THEN

！SaveData（運(yùn)行存盤(pán)數(shù)據(jù)組）

ENDIF

//存盤(pán)2個(gè)月清零

IF time2=86400 THEN

！DelSaveDat（運(yùn)行存盤(pán)數(shù)據(jù)組，86400）

ENDIF

查看歷史數(shù)據(jù)功能，采用開(kāi)發(fā)平臺(tái)的“歷史數(shù)據(jù)表格”控件進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖9所示。

按圖9進(jìn)行相關(guān)配置后，通過(guò)如下語(yǔ)句即可實(shí)現(xiàn)查看：

！SetWindow（查詢(xún)?nèi)掌跅l件，歷史數(shù)據(jù)窗口）

5" " 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)能提升鋼管防腐廠側(cè)向出管交庫(kù)效率的自控系統(tǒng)從總體架構(gòu)設(shè)計(jì)、開(kāi)合臺(tái)架電控設(shè)計(jì)、天車(chē)雙保險(xiǎn)安全聯(lián)鎖控制設(shè)計(jì)、上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了闡述，系統(tǒng)已在該公司穩(wěn)定運(yùn)行使用，可為同行在此方面的改造設(shè)計(jì)提供借鑒。

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