中小型码垛自控系统开发与应用

莫瑞强

（山信软件股份有限公司，山东莱芜271104）

1 系统规划

1.1 硬件配置

根据中小型车间对码垛工艺、设备改造的思路，初步制定码垛控制系统西门子改造方案。

（1）控制系统采用CPU加远程I/O的系统结构：采用一套西门子CPU S7-316，安装在码垛操作台底部PLC室；远程I/O分三部分，传统设备同各大硬件的信息交互由传统变频器、P网络实现。

（2）操作站2台，采用WinCC监控软件替代4#台操作终端：1台用于码垛平台设备监控、参数设定；1台用于收集、输出辊道等设备的监控和参数设定。

（3）控制程序和监控画面优化：操作站上可实时监控码垛系统的各种状态，如CMD、SG、BG等检测元件和变频器等状态；对重要数据进行查看、修改；对实时故障进行即时报警；同时可随时查看重要数据的历史趋势等，方便各方人员操作和维护。

1.2 软件配置

监控系统由原有的ABB MV320系统升级为西门子监控系统，操作系统为Windows 7，编程软件为STEP7 5.5；一级监控软件采用WinCC 7.0软件；工作站采用DELL OPTIPLEX9010系列工作站。

2 总体控制技术

我们根据现场实际和控制工艺，对整个码垛区域进行了重新划分和简化，在不影响码垛功能的前提下，将原有的分离指、单磁头和双磁头等设备拆除，原有的固定筐不再进行升降运动，固定在中位，减少故障的同时提升了码垛效率。

整个码垛区域现在分为制动区、短尺收集区、码垛区、成层区和筐区等五个控制区域，每个区域都有手自动选择控制；同时，整个码垛区域可分为A、B两个大区，我们主要以码垛区域A区自动控制为例进行叙述。

2.1 制动区控制

制动区的控制设备包括剪后制动辊道、A1/A2/B1/B2双辊道小车（即“辊道夹”）、1～4段对齐辊道等，冷剪剪切后的成品材经剪后制动辊道传送至制动区，制动区域自动情况下，制动区域的三个光电管CMD1、CMD2、CMD3，三选二，即两用一备，检测到成品材后触发双辊道小车动作。

制动区域选自动，双辊道小车则自动；制动区域不选自动，双辊道小车则手动。在4#台操作面板上可对双辊道小车A1、A2、B1、B2分别进行选择，在制动区域选择自动的条件下，光电管可触发双辊道小车动作，按照先B区后A区的BABA触发顺序依次循环启动，每个区域按上升、前进、下降、后退的顺序依次动作一个周期；也可选择只用一个区进行自动控制。

对齐辊道共四段，1、2段对齐辊道对应辊道夹A区，3、4段对齐辊道对应辊道夹B区；对齐辊道分为自动控制和手动控制，对齐辊道手动控制可在制动区手动情况下，操作4#台对应按钮进行前进和后退动作。对齐辊道自动控制分为以下两种情况：

（1）挑短尺辊道不动作，1、2段对齐辊道在A区辊道夹的前位和下位接近开关都有信号时，1、2段对齐辊道自动向前旋转6 s后停止；3、4段对齐辊道在B区辊道夹的前位和下位接近开关都有信号时，3、4段对齐辊道自动向前旋转6 s。

（2）在挑短尺辊道动作时，1、2段对齐辊道依旧跟随A区辊道夹动作；而3、4段对齐辊道则跟随挑短尺辊道动作，不再受辊道夹控制：挑短尺辊道前进时3、4段对齐辊道后退，挑短尺辊道后退时3、4段对齐辊道则前进。

2.2 短尺收集区控制

短尺收集区域除短尺收集辊道外其他设备只有手动控制，短尺收集辊道和挑短尺辊道由变频器控制运行，速度可在监控画面上进行设定。

短尺收集辊道分为自动控制和手动控制，当短尺收集辊道选自动并且A区辊道夹和B区辊道夹都选择锁定时，短尺收集辊道自动旋转50 s后自动停止，同时短尺提升链不能动作；短尺收集辊道自动控制专为定尺短尺所设计：正常生产时短尺收集辊道需选自动，当冷剪处出现短尺时，需要锁住A区和B区的辊道夹，这时自动触发短尺收集辊道前转，让短尺可以传至短尺收集区对齐、移走。

2.3 码垛区控制

码垛区的控制设备包括A1A2B1B2码垛传送链1、A1A2B1B2码垛传送链2。码垛区域设备均由变频器控制运行，速度可在监控画面上进行设定；若码垛区域选择自动控制，则以上设备都自动运行。

2.4 成层区控制

成层区的设备包括A区传送链3和B区传送链3。此区域包括A、B两区的计数，由各自区域的接近开关完成，计数支数在画面进行设定，计数数值在画面上实时显示，并可在画面上通过按钮加一或减一手动修改，在筐区满足自动条件下（筐区自动条件：无急停+筐区选择自动+活动筐变频器送电无跳闸+筐区无锁定按钮+筐区安全按钮在正常位），当计数数值到达画面设定的“计数支数”时，可触发活动筐自动动作。

2.5 筐区控制

筐区的设备包括A区活动筐、B区活动筐。各区活动筐的升降和平移都分别由变频器控制，同时由各自的增量型编码器反馈实时位置。筐区设为自动控制时，活动筐在等待位（升降等待位+平移后位）进行等待，当成层区的计数到达设定的“计数支数”时，可触发活动筐动作。活动筐按照上升、前进、下降、后退、上升等顺序依次完成动作，并且结合现场实际还实现了活动筐自动返回等待位、活动筐编码器清零等功能。

2.6 与其他PLC通信

2.6.1 西门子码垛PLC与ABB RMC6 PLC通信

码垛PLC可以控制冷剪的启停，码垛PLC在“无急停+制动区选自动+剪后辊道变频运行”的条件下，可以启动冷剪剪切；若以上条件不满足，冷剪不能自动启动。

2.6.2 西门子码垛PLC与西门子收集PLC通信

（1）西门子码垛PLC：在筐区自动情况下，若打捆输出辊道1、打捆输出辊道2处的光电管（来自西门子收集PLC）有信号，此时若活动筐在“有钢等待位”东侧，则活动筐自动前进至“有钢等待位”停止并等待；光电管信号消失，活动筐继续前进。

（2）西门子收集PLC：打捆输出辊道1、打捆输出辊道2在自动条件下，若“A筐OK”“B筐OK”（来自码垛PLC）信号返回，同时在辊道光电管有信号时，打捆输出辊道自动前进。打捆输出辊道在手动情况下无联锁。

2.7 安全联锁控制

在4#台操作面板上有一个急停按钮，可控制整个码垛区域的急停；而在现场共有四个安全检修锁定开关，分别为A区双辊道锁定开关、B区双辊道锁定开关、A区传送链3锁定开关、B区传送链3锁定开关。各安全联锁开关状态在操作画面上实时显示。

检修时将对应区域开关打到锁定状态，对应设备将无法动作，从而保证设备和检修人员的安全。

3 结语

棒材厂中小型码垛自控系统开发与应用勘察设计项目实施后，整个码垛区域的制动区、短尺收集区、码垛区、成层区和筐区等五个控制区域实现了全自动控制，提升了控制功能；采用远程站的方式连接现场设备，节省了大量电缆；改造后码垛效率提升，应用效果良好；同时，各操作台画面大幅简化，操作简单方便，界面友好，便于操作人员监控。