基于CC-Link網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)民爆中包生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)的設(shè)計
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一、引言
民用炸藥生產(chǎn)是一個具有危險性的特殊行業(yè)。為了提高炸藥生產(chǎn)效率,減少生產(chǎn)過程中造成的工人人身傷害,這個行業(yè)對自動化包裝線的需求比較迫切。
武漢人天包裝技術(shù)公司開發(fā)的DWG型民爆中包生產(chǎn)線正是滿足這種需求的一款產(chǎn)品。生產(chǎn)線針對炸藥的包裝工藝特點,對炸藥進(jìn)行自動排列、中包包裝、裝箱。
其自動控制系統(tǒng)采用CC-Link現(xiàn)場總線、分散控制、變頻定位控制等技術(shù),保證了生產(chǎn)線穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行?,F(xiàn)場各PLC利用CC-Link總線進(jìn)行通訊,使得整個生產(chǎn)線配置變的靈活,安裝維護(hù)容易。友好的人機(jī)界面降低了操作難度與事故率,提高了經(jīng)濟(jì)效益。整個生產(chǎn)線運(yùn)行后,減少了大量操作人員,體現(xiàn)了較好的使用效果與較高的安全性。
此線在全國各地炸藥生產(chǎn)企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,并被國家民爆總局評為國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步2等獎。
二、控制對象簡介
整個生產(chǎn)線效果圖如圖所示
民爆中包生產(chǎn)線分為若干相對獨立的功能塊:
中包功能塊 此功能塊用于將前段輸送而來的藥條進(jìn)行排列整理,并用塑料膜包裝成真空袋。一條中包生產(chǎn)線可能包含2至3個中包功能塊
裝箱功能塊 此功能塊接受包裝完成的中包袋,并將其裝入紙箱,并控制輔助設(shè)備自動封箱捆扎
輸送功能塊 此功能塊根據(jù)不同廠房配置,完成物料的轉(zhuǎn)移輸送。
三、控制系統(tǒng)硬件配置
1、系統(tǒng)配置
全系統(tǒng)含數(shù)字IO約350點,變頻器6-11臺,另有獨立溫度控制回路12-18路。
主控制單元采用FX2NPLC,約100點數(shù)字IO,負(fù)責(zé)控制電機(jī),并提供人機(jī)界面和上位機(jī)接口。
中包控制單元采用FX1NPLC,約80點數(shù)字IO,負(fù)責(zé)單臺中包的控制。根據(jù)不同的生產(chǎn)線配備的中包控制單元數(shù)目也有所不同。
裝箱控制單元采用FX2NPLC,約80點數(shù)字IO,負(fù)責(zé)裝箱機(jī)的控制。
非標(biāo)的現(xiàn)場輸送設(shè)備可以采用遠(yuǎn)程IO進(jìn)行控制。
各單元采用CC-Link現(xiàn)場總線進(jìn)行連接,每個單元使用一個站。
由于廠房的布置一般在200米以內(nèi),整個網(wǎng)絡(luò)采用2.5Mbps的運(yùn)行速度[page]
2、CC-Link網(wǎng)絡(luò)配置
主站設(shè)置為:STATION NO(站號):0
MODE(模式):0
B RATE(通訊速度):2(2.5M)
中包1設(shè)置為: STATION NO:01 * 站號為1
OCCUPY STATION:1 *占用站數(shù)為1站
B RATE:2 *傳送速度為2.5M
中包2設(shè)置為: STATION NO:02 * 站號為2
OCCUPY STATION:1 *占用站數(shù)為1站
B RATE:2 *傳送速度為2.5M
中包3設(shè)置為: STATION NO:03 * 站號為3
OCCUPY STATION:1 *占用站數(shù)為1站
B RATE:2 *傳送速度為2.5M
裝箱模塊設(shè)置為:STATION NO:04 * 站號為4
OCCUPY STATION:1 *占用站數(shù)為1站
B RATE:2 *傳送速度為2.5M
四、軟件配置
全系統(tǒng)采用分散控制、集中管理的思路。
1、主站軟件功能
一臺FX2NPLC作為網(wǎng)絡(luò)主控站,控制整個CC-Link網(wǎng)絡(luò)。為了保證整個生產(chǎn)線的安全性,避免接觸器、變頻器及電機(jī)啟動器接觸到包裝材料,主站放置在遠(yuǎn)離爆炸危險環(huán)境的控制室內(nèi),因此主站還需要協(xié)調(diào)生產(chǎn)線數(shù)十臺電機(jī)運(yùn)行。同時主控制站搜集各從站的工作數(shù)據(jù),提供生產(chǎn)統(tǒng)計,故障報警及系統(tǒng)調(diào)試診斷等功能。還可以通過串行口與上位機(jī)連接,提供生產(chǎn)現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)。
2、從站軟件功能
由于包裝材料——炸藥具有易爆屬性,需要生產(chǎn)線即使在通訊失效的情況下機(jī)器也能安全停止,因此每個獨立的功能單元在現(xiàn)場采用單獨PLC進(jìn)行信號采集與邏輯運(yùn)算。同時此PLC通過軟件檢測網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài),一旦異常,自動啟動急停程序,即使恢復(fù)鏈接也需要操作員進(jìn)行確認(rèn)后方能重新投入運(yùn)行。
PLC之間通過CC-Link現(xiàn)場總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)生產(chǎn)線協(xié)調(diào)運(yùn)行。如果一個單元異常,能自動退出連鎖運(yùn)行,并單獨調(diào)試檢修,不影響生產(chǎn)線其它單元。
3、生產(chǎn)線組態(tài)
生產(chǎn)線組態(tài)由一臺F940GOT完成,通過觸摸屏可以向生產(chǎn)線任何設(shè)備發(fā)送測試指令,并能實時監(jiān)測全線的工作狀態(tài)。
4、其它軟件功能及軟件特點
對于不需要實時響應(yīng)的數(shù)據(jù)采用分組傳輸?shù)牟呗?,每個從站僅需一個站就可以滿足功能。
配置軟件換點功能:若PLC輸出點發(fā)生損壞,無需配備編程工具就可替換損壞的點。配備現(xiàn)場PLC監(jiān)視功能:由于防爆,防腐需要現(xiàn)場控制柜處于全密封狀態(tài),通過此功能可監(jiān)視現(xiàn)場任意PLC的IO狀態(tài)。
軟件編制實現(xiàn)模塊化。對于不同的工程——由于要控制輸送線——只有主站程序略有變化,其他現(xiàn)場控制單元程序無需改變。
五、應(yīng)用狀況
目前正在在調(diào)試及已經(jīng)驗收交付使用的生產(chǎn)線有幾十條,遍及全國各地。CC-Link現(xiàn)場總線在各地的反應(yīng)均很良好,安調(diào)人員也反應(yīng)現(xiàn)場工作量大幅度下降,全系統(tǒng)連接時間從原來2天降低到不足半天。各現(xiàn)場無論外部環(huán)境如何,均沒有出現(xiàn)通訊異常終止或通訊不良造成的故障。同時在各地由權(quán)威部門組成的小組對生產(chǎn)線進(jìn)行安全評價時,CC-Link均獲得順利通過,也反應(yīng)了此種現(xiàn)場總線在民用爆破行業(yè)的安全性上得到了認(rèn)可。目前此線被選為民爆中包標(biāo)準(zhǔn)線,并獲得國家科學(xué)進(jìn)步2等獎。
六、CC-Link總線的應(yīng)用體會
本生產(chǎn)線最開始采用的是集中控制。試產(chǎn)幾套后,我們發(fā)現(xiàn)需要面對很多問題:
首先IO點數(shù)已經(jīng)到達(dá)FX的極限,其次現(xiàn)場反應(yīng)安裝工程量太大,調(diào)試維修困難,最后隨著機(jī)械的改進(jìn),編寫程序工作已經(jīng)成為一種極其艱苦而繁瑣的工作。
隨著CC-Link總線技術(shù)的應(yīng)用這些問題全部迎刃而解了。
分散控制使得整個控制點數(shù)顯然增加了。并且對單臺PLC距離256點的限制還有很遠(yuǎn)的距離,CC-Link系統(tǒng)還可以添加新站,系統(tǒng)的擴(kuò)展能力大大加強(qiáng)。
CC-Link電纜連接極其簡易,只需要連接3根導(dǎo)線就能實現(xiàn)所有的信號傳輸。原來的多根電纜(電線)不見了。維修工不需要面對幾十根顏色各異的電纜查找接線等故障。由于現(xiàn)場電纜的數(shù)量減少,使得整個系統(tǒng)成本也得到了很好的控制。
原來編寫一條生產(chǎn)線的程序需要一個人面對數(shù)千條語句查找細(xì)微的不同進(jìn)行修改。這些修改也許是配合輸送線的,也許是配合各個模塊本身的?,F(xiàn)在我們只需要配合不同的輸送線調(diào)整主控制柜的程序就可以完成系統(tǒng)編程。各模塊改變可以另行安排進(jìn)行。
另外,我們最開始的一些擔(dān)心也隨著應(yīng)用的深入漸漸消失了。
CC-Link是高速的現(xiàn)場總線,在實際應(yīng)用中,網(wǎng)絡(luò)的傳輸延遲僅為2-3ms。主控制站雖距離現(xiàn)場較遠(yuǎn),但在有些需要一定定位能力的場合依然可以保持滿意的定位精度。
CC-Link具備完善的RAS功能,一個站點失效不會引起全系統(tǒng)的崩潰。利用這一點,我們能簡單的完成各模塊的相對獨立控制。
現(xiàn)場使用環(huán)境雖然惡劣,存在強(qiáng)腐蝕性、爆炸及高電磁干擾環(huán)境。但CC-Link依然穩(wěn)定可靠的工作,可靠性得到了充分的展示。