M28圓盤澆鑄機(jī)控制系統(tǒng)的升級改造

紀(jì)利華

（金隆銅業(yè)有限公司，安徽銅陵 244021）

M28圓盤澆鑄機(jī)控制系統(tǒng)的升級改造

紀(jì)利華

（金隆銅業(yè)有限公司，安徽銅陵 244021）

金隆銅業(yè)公司M28圓盤澆鑄機(jī)原控制系統(tǒng)老舊、備件采購困難,因此針對其存在的主要問題,對控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、圓盤驅(qū)動定位控制系統(tǒng)、噴涂控制系統(tǒng)分別進(jìn)行了改造,并完成控制程序的編寫及HMI人機(jī)界面的設(shè)計。改造后,系統(tǒng)運(yùn)行良好,滿足生產(chǎn)需要。

M28圓盤澆鑄機(jī)；PLC；國產(chǎn)化；HMI；噴涂控制；驅(qū)動定位

金隆銅業(yè)有限公司的圓盤澆鑄機(jī)采用20世紀(jì)90年代初從芬蘭奧托昆普公司引進(jìn)的28模高精度圓盤澆鑄機(jī),自動化程度較高。但隨著時間的推移, M28圓盤的控制系統(tǒng)及定位模塊已經(jīng)淘汰,市場上缺少備品、備件,故需對M28圓盤整個控制系統(tǒng)進(jìn)行全面升級,即更換PLC控制系統(tǒng)和優(yōu)化系統(tǒng)。

1 存在問題分析

原控制系統(tǒng)目前存在的主要問題如下：1)PLC采用為Omron CV系列,整個系統(tǒng)采用集中式控制,給維護(hù)和檢修造成很大困難,再加上Omron CV系列目前已經(jīng)不再生產(chǎn),備件的采購成本極高。2)監(jiān)控的上位機(jī)采用Windows 2000系統(tǒng),Intouch9.0系統(tǒng),操作畫面及報警報表界面為英文,也給操作和維護(hù)帶來一定的不便。3)上位機(jī)和PLC之間的信號交換通過串口進(jìn)行,數(shù)據(jù)更新慢,由于需要串口,計算機(jī)采購和維護(hù)困難。4)圓盤的定位系統(tǒng)采用MC200和CT的矢量變頻器,連接采用硬點(diǎn)連接,故障點(diǎn)多,長時間運(yùn)行中容易跑偏,這些都給維護(hù)和備件采購成本造成極大浪費(fèi)。5)涂膜系統(tǒng)只是簡單的噴涂閥的控制,涂料無法均勻地噴涂到母模上,直接導(dǎo)致陽極板脫不了模、斷耳、飛邊等質(zhì)量問題。

2 系統(tǒng)改造方案

2.1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的改造

根據(jù)系統(tǒng)控制要求及總體控制結(jié)構(gòu),該系統(tǒng)采用PLC技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)及自動化儀表的應(yīng)用,綜合了電氣、液壓技術(shù)、氣動技術(shù)實(shí)現(xiàn)陽極板澆鑄的自動化生產(chǎn),具有高精度、高效率的特點(diǎn)。本系統(tǒng)設(shè)計采用3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):現(xiàn)場控制層以PLC控制為主, PLC的相關(guān)模塊檢測到底層現(xiàn)場的各種信號后,通過CPU控制器進(jìn)行程序運(yùn)算。中間層為工控機(jī)為主的操作站,通過Profibus-DP現(xiàn)場總線與底層PLC相連完成各種控制功能。上層是管理層,采用EtherNet/ IP工業(yè)以太網(wǎng)，主站通訊模塊連接到以太網(wǎng)交換機(jī)上，使得現(xiàn)場層的設(shè)備能夠與中間層和管理層的監(jiān)控計算機(jī)進(jìn)行通信、交換信息、接收命令等。M28圓盤網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 M28圓盤網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)以PLC為核心,采用RSview32作為上位機(jī)組態(tài)軟件,組成一個實(shí)時的監(jiān)控系統(tǒng)。操作人員通過人機(jī)界面設(shè)定現(xiàn)場各執(zhí)行元件的運(yùn)動參數(shù)，并通過Profibus-DP總線送至PLC[1]。PLC將參數(shù)轉(zhuǎn)化成各種運(yùn)動指令通過Profibus-DP總線傳輸給伺服控制器、智能閥島現(xiàn)場的I/O設(shè)備,控制伺服電動機(jī)完成精確的位置運(yùn)動,監(jiān)控氣動閥門機(jī)構(gòu)的狀態(tài),并根據(jù)工藝需求完成整個澆鑄系統(tǒng)的控制處理。同時,PLC通過Profibus-DP現(xiàn)場總線采集現(xiàn)場各執(zhí)行件的運(yùn)動信號送往上位機(jī)以便操作人員及時了解設(shè)備運(yùn)行狀況。圓盤澆鑄系統(tǒng)采用Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)后,作為人機(jī)界面的上位機(jī)控制系統(tǒng)對澆鑄單元的現(xiàn)場信號集中管理控制,保證了銅水澆鑄工藝的連續(xù)性和及時性。

2.2 圓盤驅(qū)動定位控制系統(tǒng)改造

原有的圓盤澆鑄機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是馬耳他槽輪間隙傳動機(jī)構(gòu),其定位控制程序集成在MC200控制器中，采用變頻驅(qū)動。但因MC200控制器備件已停產(chǎn)銷售，必須尋找新的控制方法取代MC200控制器。為了實(shí)現(xiàn)圓盤驅(qū)動定位控制,采用了基于PLC的變頻控制方法,利用PLC程序編制了一個隨時間變化的拋物線函數(shù),讓圓盤的速度隨著時間的變化依據(jù)S曲線進(jìn)行改變。其運(yùn)動過程可分為加速、穩(wěn)定運(yùn)行、減速和停車滑行幾個過程。圓盤起動時,其速度按一段平滑曲線上升到最大值,運(yùn)行一段時間后,再按一段平滑曲線下降,通過一段時間的緩慢滑行后,當(dāng)碰到定位限位時進(jìn)行剎車過程。圓盤按照這種曲線運(yùn)行穩(wěn)定可靠,不會產(chǎn)生累計誤差,無需進(jìn)行誤差的修正。生產(chǎn)的陽極板不易產(chǎn)生飛邊以及表面產(chǎn)生不平等問題,有效地降低了陽極板的廢品率。圓盤運(yùn)行曲線見圖2。

圖2 圓盤運(yùn)動曲線

根據(jù)理想的S曲線,可以得出加加速度J,加速度a,速度V和位移S的計算公式：

2.3 噴涂控制系統(tǒng)的改造

M28單圓盤原噴涂系統(tǒng)存在噴涂不均勻、不全面、易粘模、易堵塞管道等缺點(diǎn)。改造后采用隔膜泵作為噴涂動力,增設(shè)可單動耳部雙噴嘴,使用SEW的伺服控制驅(qū)動曲柄搖桿機(jī)構(gòu),以使噴頭的運(yùn)動精度(速度的均衡及速度的調(diào)節(jié))得到根本性的提高,解決了噴涂不均勻和易粘模的問題?，F(xiàn)場操作面板采用西門子公司MP337觸摸屏,通過面板可以實(shí)現(xiàn)整個噴涂系統(tǒng)的自動和手動切換。當(dāng)模位到達(dá)噴涂區(qū)并且圓盤已經(jīng)停止時,噴涂操作開始,伺服電機(jī)就開始移動噴嘴。當(dāng)噴嘴到達(dá)陽極板區(qū)時,控制閥門打開;在兩個噴嘴移動到陽極板區(qū)域上方時,噴涂料被噴淋到模子上。噴嘴移回時也可以選擇在頂針和澆鑄位置再噴一層噴涂料(可在面板上進(jìn)行設(shè)置)。移動噴嘴向板體部分噴涂時,固定噴嘴向耳部噴涂。如果噴涂操作沒有啟動,隔膜泵持續(xù)循環(huán)噴涂料漿從槽到噴涂系統(tǒng)再流回,這樣噴涂料不會留在管道中并堵塞管道。當(dāng)圓盤作業(yè)結(jié)束,使用清水及氣路清理管路,防止堵塞管道。改造后噴涂控制系統(tǒng)如圖3所示,當(dāng)圓盤在正常運(yùn)動時,噴嘴停止在0位,當(dāng)空陽極模運(yùn)動到噴涂裝置下時,噴嘴自動由伺服電機(jī)帶動從0位到1位,然后再回到0位,同時在移動過程中進(jìn)行噴涂作業(yè),使涂料可以均勻地分布在陽極模上;在PLC畫面中可以通過設(shè)置來回的速度,實(shí)現(xiàn)對噴涂量的控制。

通過改造實(shí)現(xiàn)了噴涂量的可控性,噴涂的噴扇面積大、噴壓高、霧化效果好,耳部噴涂可單獨(dú)控制,噴涂量可以調(diào)節(jié),性能穩(wěn)定,極大提高了涂膜精度和厚薄均勻性,陽極板的質(zhì)量和模子的壽命也得到了提高。

圖3 改造后的噴涂控制系統(tǒng)示意

2.4 控制系統(tǒng)程序設(shè)計和上位機(jī)HMI

控制系統(tǒng)采用西門子S7-300系列,整個程序分成了14個部分,包括主程序、圓盤定位驅(qū)動、模子功能、1#預(yù)頂針、2#預(yù)頂針、1#頂針、2#頂針、1#提取機(jī)、2#提取機(jī)、1#水槽、2#水槽、1#噴涂、2#噴涂和其他控制程序。PLC程序主要完成對現(xiàn)場設(shè)備的自動控制和現(xiàn)場信號的采集，其結(jié)構(gòu)層次見圖4。

圖4 PLC程序結(jié)構(gòu)層次

控制系統(tǒng)與上位機(jī)之間的通訊采用SIMATIC NET,它是西門子在工業(yè)公共層面提供的一個開放、多元的通信系統(tǒng)。SIMATIC NET提供開放性的OPC協(xié)議,通過OPC協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與西門子S7-300的通訊[2]。

上位機(jī)HMI采用Rockwell公司提供的RSview32軟件,RSview32可有效地監(jiān)視并控制現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行[3]。此處使用西門子軟件SimaticNET建立OPC服務(wù)器,采集西門子PLC的變量,RSview32作為客服端來讀取或?qū)懭隣PC服務(wù)器的變量,從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)視和控制。圖5為M28圓盤澆鑄機(jī)HMI界面。

圖5 M28圓盤澆鑄機(jī)HMI界面

3 結(jié)束語

本次對芬蘭奧托昆普公司生產(chǎn)的M28圓盤澆鑄機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行國產(chǎn)化改造,并在隨后的生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)試中使整個生產(chǎn)的設(shè)備性能和操作方式與原有生產(chǎn)大致相同。改造后的控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng),滿足實(shí)際銅澆鑄生產(chǎn)的需要。實(shí)際應(yīng)用情況表明，此次改造取得了良好效果,同時也為金隆銅業(yè)公司其他進(jìn)口設(shè)備國產(chǎn)化改造提供了示范和有益的探索。

[1] 李曦,曹廣益,方康玲,等.PROFIBUS現(xiàn)場總線通訊技術(shù)的應(yīng)用研究[J].三峽大學(xué)學(xué)報,2003(1):1-3.

[2] 廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[3] 張明光.RSView32工控組態(tài)軟件功能分析和應(yīng)用舉例[J].自動化儀表,2006,23(6):53-55.

Upgrading and Modification on Control System of M28 Casting Wheel

JI Lihua
(Jinlong Copper Co.,Ltd.,Tongling,Anhui 244021,China)

Due to old original control system of M28 casting wheel and difficult procurement of spare parts of Jinlong Copper Co., Ltd.,therefore,aiming at main problems,control system network framework,wheel drive positioning control system and mould dressing control system should be modified respectively,and control program should be prepared and HMT human-computer interface should be designed.After modification,system will be in good condition and meet the production requirement.

M28 casting wheel;PLC;localization;HMI;mould dressing control;drive positioning

TP273

B

1004-4345(2014)04-0046-03

2014-05-12

紀(jì)利華(1982—),男,工程師,主要從事工廠自動化設(shè)備管理工作。