徐杰 丁勇剛
摘要:為應對公司2019年產能爬升,提升測試區(qū)空間利用率,改善測試安全環(huán)境和提高生產測試效率,對現有測試區(qū)進行自動化改造。本系統(tǒng)包含8個測試區(qū)改造,屬于新一代集成化綜合測試工作區(qū),為地鐵和動車項目的各類變流器控制箱提供了高效率測試,滿足絕對的安全性以及遠程一體化操控,且具備自動采集數據和監(jiān)控功能,在充分保證了測試質量的基礎上進一步提高生產效率和空間利用率。
關鍵詞:PLC;HMI;遠程懸臂控制;智能儀表;鋼結構;安全門
0 背景
原測試區(qū)為傳統(tǒng)平面化布局形式,具有如下局限性:
1、原測試區(qū)域設備與被試產品處于同一平臺,占用了大量空間,車間愈發(fā)局促擁擠。
缺點:空間利用率極低,無法滿足因產能提升而迫使車間空間重新布局的新要求。
2、測試人員工作區(qū)域緊靠在設備旁邊進行測試,缺乏有效的安全隔離防護措施。
缺點:測試人員在高壓設備邊上進行操作,存在安全隱患,安全無保證。
3、各測試區(qū)域相對分散,不能同時滿足EMU/CVZ/B-Car產品測試。
缺點:待測產品及測試人員需往返于各測試區(qū)域之間,工作效率較低。
4、各測試區(qū)域操作人員須分別操作電源設備與電阻設備進行測試。
缺點:測試人員容易誤操作,甚至影響產品質量。
1 系統(tǒng)設計
本系統(tǒng)的設計理念是:搭建2層鋼結構平臺,對原測試區(qū)設備、設施重新整合布局,并遵循各測試區(qū)原有設備的控制原理,增加了遠程懸臂控制系統(tǒng)和安全門控制系統(tǒng)。設計出一種空間利用率高、布局合理、科技感強、安全穩(wěn)定的新型EMU/CVZ/B-Car 綜合測試區(qū)。
為達到上述目的,本系統(tǒng)從鋼結構平臺、遠程懸臂控制系統(tǒng)和安全門控制系統(tǒng)三個方面來設計:
1.1鋼結構平臺
本系統(tǒng)首先在原測試區(qū)搭建2層鋼結構平臺,整個鋼結構平臺上下均為8個區(qū)域,通過鋼結構平臺承載配重計算,合理布局,將各設備主體移至2層平臺上,被試產品則位于1層平臺下。這樣,能同時滿足EMU/CVZ/B-Car產品測試,待測產品及測試人員無需往返于各測試區(qū)域之間,提高工作效率,進而迎合2019年產能提升的新要求。各測試區(qū)域布局如下圖:
1.2遠程懸臂控制系統(tǒng)
1)懸臂設計
本系統(tǒng)開創(chuàng)性地將懸臂控制箱與鋼結構平臺巧妙地結合,根據各測試區(qū)設備各自的特點,結合測試操作人員的實際需求,將控制按鈕、智能儀表、HMI和工業(yè)平板電腦等人機交互組件集成到懸臂控制箱上,將懸臂安裝于鋼結構平臺立柱上。操作人員在一層通過懸臂控制箱操作,懸臂箱體可以水平方向擺動、旋轉,從而可以調整控制箱位置,方便操作人員觀察產品測試情況。
2)全自動數據采集、分析和控制
本系統(tǒng)新增一套西門子S7-1200PLC,將各設備機柜面板上的機械儀表更換為數字智能儀表,通過基于Modbus RTU通訊協(xié)議的RS485串口通訊網絡連接至PLC,把設備運行時的主要工藝參數(如電壓、電流等)自動傳輸到PLC中,進行各種邏輯運算和控制,掌握設備運行的主要數據并進行集中監(jiān)控,進而實現更多自動化控制功能的擴展。
增加基于S7協(xié)議的Profinet網絡連接PLC與HMI及工業(yè)平板電腦,將PLC中的各項數據傳輸到HMI顯示出來,同時把HMI上的操作指令信號傳輸到PLC中進行邏輯運算和控制。工業(yè)平板電腦裝于懸臂雙箱體控制箱上,控制產品與設備聯(lián)動測試,并實時反饋產品測試過程中的各項參數曲線。
原測試區(qū)的電源設備與電阻設備是獨立設備,實際生產過程中需分別對2臺設備進行分開操作才能完成一項任務,自動化程度低?,F直接把需要執(zhí)行的測試動作集成到HMI軟件系統(tǒng)中進行一鍵操作,兩臺設備會自動執(zhí)行各自所需的動作。
3)人機分離及防呆功能
把高壓設備放到上層平臺上,生產時只需在下層連接好預留的接口,在懸臂控制箱上完成整個測試的控制。實現了高壓設備和作業(yè)區(qū)域分開管理,保證了人員的安全性,并提高了場地的利用率。
將各電源設備和電阻設備的控制功能集成到各懸臂控制箱上,通過一個懸臂控制箱操控2臺設備,并增加電源設備和電阻設備聯(lián)鎖功能,防止操作人員遺忘啟動電阻。
增加數據監(jiān)控功能,實現了對設備輸出過壓、過流保護功能,一旦輸出超出設定電壓和額定電流,則停止升壓,防止因誤操作產生過壓、過流等致使設備故障及產品損壞。
1.3安全門控制系統(tǒng)
增加4臺快速卷簾門和4道PVC折疊門,對測試操作人員與被試產品進行有效隔離,進一步提高測試區(qū)安全系數。
1)快速卷簾門控制系統(tǒng)
由控制箱、卷簾門、電機及編碼器等組成,門的開啟通過電機驅動,關閉則是依靠重力驅動,主要具有以下特點:
l自動/手動模式切換功能,手動模式即為人工操作,在停電或門出現故障等異常情況時,可使用曲柄手動開啟卷簾門。
l具有無線探測障礙功能,即關門時遇到產品等障礙物時卷簾門會自動重新開啟,避免了人為誤操作關門。
l控制箱內部提供了I/O接口,可實現卷簾門與設備的聯(lián)鎖控制,即測試人員必須先關閉卷簾門,才能操作設備啟動高壓輸出進行測試,且高壓測試過程中時,卷簾門無法開啟,避免了人為誤操作開門,保證了高壓設備與人員的安全隔離。
l控制箱內部提供了地磁、外部緊急停止開關、紅外線光電等多種功能擴展接口,為日后測試區(qū)安全門功能擴展提供基礎。
l控制箱配置了LED顯示窗口,能夠顯示卷簾門狀態(tài)及故障信息,便于設備人員故障診斷與檢修。
2)PVC折疊門控制系統(tǒng)
沒有安裝快速卷簾門的4個測試區(qū)將增設PVC折疊門,并加裝安全門鎖與設備聯(lián)鎖控制,通過解鎖按鈕發(fā)出開鎖指令,實現測試操作人員與被試產品間的有效隔離。
2 結論
綜上所述,與原測試區(qū)相比,基于本系統(tǒng)設計的綜合測試區(qū)增加了鋼結構平臺、遠程懸臂控制系統(tǒng)和安全門控制系統(tǒng)。主要體現了以下優(yōu)點:
l實現了8個測試區(qū)域集中布局,大大提高了車間空間利用率,拉近了各測試區(qū)域間的距離,使對設備、產品及測試操作人員的管理效率顯著提升,從而打破了產能提升在空間上的瓶頸。
l實現了測試操作人員與設備、被試產品的人機隔離,形成安全可靠的測試區(qū)生產模式,充分貫徹了安全第一的原則。
l新添加的智能儀表、PLC、HMI、工業(yè)PC及工業(yè)網絡等諸多自動化元素的運用,不僅使整個測試生產過程閉環(huán)可控,提高了測試數據的精確度和測試過程的可靠性,避免了誤操作導致的設備故障,增強了設備的穩(wěn)定性,還為日后測試區(qū)更多自動功能的擴展打下堅實基礎,貼合工業(yè)4.0時代潮流。
l別具一格的懸臂控制系統(tǒng)設計,在符合人體工程學的前提下,更加美觀,富于科技感,體現了以人為本、不斷創(chuàng)新的理念。