自動裝出料機電氣控制系統(tǒng)技術(shù)方案書

1、裝出料機電氣控制系統(tǒng)技術(shù)方案摘要：裝岀料機可手動或者自動完成裝料，裝爐，出爐，淬（回）火，卸 料工序；電氣控制系統(tǒng)與上位機的數(shù)據(jù)交互功能；上位機對裝出料 機進行遠程控制功能；上位機記錄電氣控制系統(tǒng)的報警信息功能；2臺裝出料機間的安全互鎖控制功能；利用多重控制策略對大小車 控制以求達到最佳的運行穩(wěn)定性；大車，小車驅(qū)動系統(tǒng)由變頻器進 行控制。關(guān)鍵詞：手動控制，自動控制，遠程控制，歷史數(shù)據(jù)記錄，報警記錄，安全控制，最優(yōu)控制，自適應(yīng)控制，PID閉環(huán)控制。1控制方案1.1控制目標裝出料機在室式燃氣熱處理生產(chǎn)線中處于十分重要的位置，它不僅要給熱處 理爐提供可黑、及時的裝料和卸料，還同時要保證熱處理工藝的連

2、續(xù)、準確完成。 裝料機的短時間中斷都會給整個生產(chǎn)流程帶來嚴重的損失。因此，必須把電氣控制系統(tǒng)的可黑性、穩(wěn)定性放在設(shè)計方案的首位。一個穩(wěn) 定、可靠的電氣控制系統(tǒng)山硬件、軟件兩方面組成。硬件的可靠性體現(xiàn)在關(guān)鍵元 器件的使用壽命上，軟件的可靠性體現(xiàn)在PLC控制程序的編寫合理性上，硬件與 軟件相互結(jié)合才能達到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠。室式燃氣熱處理生產(chǎn)線配備2臺裝出料車，一臺車備用，一臺車常用，備用 車輛停在安全區(qū)域。在特殊情況下也可以兩臺調(diào)試使用。2臺裝出料車的電氣控制采用激光通信模塊進行通信，抗光污染的干擾，性 能穩(wěn)定，可靠。每臺裝出料機均配置獨立的PLC電氣控制系統(tǒng)，并通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與總控 制系統(tǒng)

3、連接及互鎖；大車與小車的驅(qū)動系統(tǒng)山電機帶減速機控制，電機采用西門 子變頻控制，通過盤式剎車裝置進行剎車，帶有安全定位銷系統(tǒng)。2臺裝料車之間有運行安全互鎖控制單元；裝料車與熱處理爐爐門之間有安全互鎖控制單元。1.2控制概述1.2.1控制流程裝出料機從裝料臺義取實料盤后，按規(guī)定要求沿軌道行走到指定爐前并把 實料盤準確送入爐內(nèi)，爐子按設(shè)定的加熱工藝程序進行自動運行，待到工件加 熱完成以后，裝出料機從爐內(nèi)義取實料盤后，按規(guī)定要求沿軌道行走到指定冷 卻液池上按設(shè)定淬（回）火工藝進行淬（回）火。裝出料機把完成所有工序的 實料盤送到卸料臺上。1.2.2控制策略裝料車大車，小車，料義的液壓速度控制系統(tǒng)為整個裝

4、出料車電氣控制系 統(tǒng)的核心。重載的大車，小車山高速運行切換到低速運行并實現(xiàn)精確停車是電 氣控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，并對熱處理爐工件的裝料、卸料工序，淬（回）火工 序有著重要影響。因此采用最優(yōu)控制，自適應(yīng)控制，PID控制等多重控制策略相結(jié)合的方法對 液壓速度系統(tǒng)進行控制。1. 2. 2. 1最優(yōu)控制最優(yōu)控制是現(xiàn)代自動化控制理論的核心，在滿足一定約束條件下，尋求最 優(yōu)控制策略，使得性能指標取得最合理的數(shù)值。使控制系統(tǒng)的性能指標實現(xiàn)最優(yōu)化的基本條件和綜合方法，可概括為：對 一個受控的運動過程，從一類允許的控制方案中找出一個最優(yōu)的控制方案，使 系統(tǒng)的運動在山某個初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到指定的LI標狀態(tài)的同時，其性能

5、指標值為 最優(yōu)。1.2. 2. 2自適應(yīng)控制不論外界發(fā)生巨大變化或系統(tǒng)產(chǎn)生不確定性，控制系統(tǒng)能自行調(diào)整參數(shù)或 產(chǎn)生控制作用，使系統(tǒng)仍能按某一性能指標運行在最佳狀態(tài)的一種控制方法。1. 2. 2. 3 PID 控制PID控制是工業(yè)自動化系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的的一種控制方式,PID控制適用于 需要進行高精度控制的系統(tǒng)，可根據(jù)被控對象演算出最佳PID控制參數(shù)，達到 最佳的變頻器輸出曲線，實現(xiàn)大車、小車的平穩(wěn)停車。2硬件系統(tǒng)2.1電氣系統(tǒng)a裝出料車電源山安裝在地溝里的安全封閉式滑出線提供，確保用電安全。b電氣控制系統(tǒng)配備接地安全系統(tǒng)。c電氣控制系統(tǒng)良好的抗干擾性。d操作室設(shè)緊急停車按鈕。e低壓配電系統(tǒng)采用西

6、門子品牌元器件。2.2 PLC控制系統(tǒng)PLC選用西門子S7-300系列，觸摸屏選用西門子TP系列，每臺裝出料車成 獨立電氣控制系統(tǒng)，1號與2號車通過激光通信模塊進行無線通信，不受現(xiàn)場光 污染干擾，性能穩(wěn)定，可靠。1號車系統(tǒng)通過Profibus-D現(xiàn)場總線與總控制系 統(tǒng)進行組態(tài)，并進行實時的交互數(shù)據(jù)處理。2.3傳感器系統(tǒng)a在導(dǎo)軌的兩端安裝雙保險重載型限位開關(guān)，保證裝出料車不會沖出軌道 兩端及發(fā)生碰撞危險。b在每臺熱處理的導(dǎo)軌相對位置安裝四只高性能接近開關(guān)，用于大車運行過 程中的減速，停止以及定位銷的安全保護。c限位開關(guān)，光電開關(guān)，接近開關(guān)都選用歐姆龍品牌的產(chǎn)品。2.4安全系統(tǒng)a為防止兩車碰撞發(fā)生

7、危險，在每臺裝出料車的相對一側(cè)安裝2只探測距 離不同的光電開關(guān)，用于控制兩車幕近時的減速及停止。在光電開關(guān)發(fā)射器上 安裝防護罩，并選用具有抗光源污染的激光式光電開關(guān)，防止現(xiàn)場光污染造成 的誤動作。b在小車的前端安裝限位開關(guān)機構(gòu)，用于檢測熱處理爐爐門的開合狀態(tài)，保 證在爐門沒有打開的情況下，小車不會前進進入爐內(nèi)裝料。c在料義液壓系統(tǒng)上面安裝壓力檢測裝置，用于檢測料義上工件的重量，當工件重量超過料義載重時，系統(tǒng)開始報警，防止因工件超載引起的料義變形， 損壞。d為了保證操作人員的人生安全，在控制系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置漏電保護單元。3軟件系統(tǒng)手動程序，自動程序，上位機控制系統(tǒng)可以實行無縫切換。為了保證操作的安全

8、性，大車、小車、料叉的動作程序采用SFC順序 控制指令編寫，此指令的特點是上面一個動作沒有完成，下面一個動作就 不可以執(zhí)行，此順序控制程序貫穿整個程序系統(tǒng)，不論在手動狀態(tài)下、自 動狀態(tài)下、上位機控制狀態(tài)下都起到保護作用。3. 1手動程序操作員在操作室內(nèi)通過操作手柄控制大車行走，小車行走、升降動作和卡固 裝置動作。當大車行走至爐前設(shè)定位置時且卡固裝置到位（卡固裝置到位給總控室信號 山總控室有線遙控打開爐門且卡固裝置與爐門開閉及小車前后行走互鎖。），小 車詢進到預(yù)定位置，料義義取料盤，料盤上升，小車后退至預(yù)定位置，大車行走 至淬火池上方，料義下降至預(yù)定位置，進行淬火處理。3.2自動程序?qū)t子、裝卸

9、料臺、冷卻池分別設(shè)定特定坐標，通過PLC控制。操作員在上 位機操作室內(nèi)通過觸摸屏發(fā)號指令，裝出料機按設(shè)定程序連續(xù)或分步自動完成相 應(yīng)的動作，大車運行、小車運行、料義升降按設(shè)定的精度精確定位。3.3安全程序3.3.1大車，小車，料叉互鎖程序33.1.1大車行走、小車行走、料義升降三種動作不能聯(lián)動。33.1.2大車全程行走必要保護條件：a小車在既定位置以內(nèi)；b料義在既定高度以上；c卡固裝置松開。保證大車全程行走時不因誤操作料叉伸出太長或料義下降高度過低與 其它設(shè)施相撞。33.1.3工件淬火或回火冷卻時大車行走必要保護條件：&小車在既定位置以內(nèi)；b料義下降到指定高度；c大車在指定的區(qū)域內(nèi)（冷

10、卻水池上設(shè)定的區(qū)域）。保證大車行走時不因誤操作料義與池壁及池內(nèi)其它設(shè)施相撞。33.1.4小車行走必要保護條件：a大車在固定位置（爐門或裝卸料臺前）且卡固裝置到位;b料義在既定高度范圍以內(nèi)（料義高度在大車橫梁上平面以上）。保證小車行走時不因誤操作在大車定位不準或料義高度不到位情況下與爐口、爐門、大車橫梁及其它設(shè)施相撞。33.1.5工件淬（回）火冷卻時料義升降必要保護條件：a大車在固定位置（冷卻池之上），b料義可下降到大車橫梁上平面以下。保證大車行走時不因料義下降高度過低與其它設(shè)施相撞。3.3.2裝出料車與熱處理爐互鎖程序裝料車到達熱處理爐前，小車開始前進，如果熱處理爐爐門沒有打開，并 且總控制系

11、統(tǒng)上位機的聯(lián)鎖信號沒有發(fā)出，操作人員未觀察到爐門沒有打開， 小車就會撞上熱處理爐爐門，造成危險。因此在裝出料車的獨立電氣控制系統(tǒng) 內(nèi)設(shè)定保護程序，即使在上位機數(shù)據(jù)出現(xiàn)故障時，操作人員誤操作時，也不會 發(fā)生碰撞危險。3.3.3 2臺裝出料車間防撞程序為防止兩車碰撞發(fā)生危險，在每臺裝出料車大車的相對一側(cè)安裝2只探測 距離不同的光電開關(guān)，用于控制兩車靠近時的減速及停止。當裝料車大車一側(cè) 探測距離長（探測距離約3米）的那個光電開關(guān)有信號輸出時，裝料車大車立 刻做減速運動，當探測距離短（探測距離約1米）的光電開關(guān)有信號輸出時， 裝料車大車立刻停車。3.3.4料叉超載保護程序PLC系統(tǒng)根據(jù)料車液圧系統(tǒng)的檢

12、測壓力來汁算料義上工件的重量，當重量 超過額定負載時，發(fā)出報警信號，料叉停止運行。3. 4數(shù)據(jù)交互程序3. 4. 1 PLC到上位機PLC實時向上位機傳遞大車的位置信號，淬火位置信號，出爐時間，冷卻時間。3. 4. 2上位機數(shù)據(jù)記錄功能上位機可以保存6個月的出爐位置，出爐時間（年.月.日.時.分）,冷卻時間等歷史記錄并有輸出功能。3.4. 3上位機到PLC上位機實時向PLC傳遞控制指令，工藝流程參數(shù)指令。3.5上位機控制程序3. 5. 1大車到位程序大車行走到指定裝料臺，卸料臺，室式爐、冷卻池（3個）既定位置，卡固裝置到位（冷卻池上既定位置無卡固裝置），大車到位程序結(jié)束。3. 5. 2小車到位

13、程序大車到位程序結(jié)束后，料義移動到既定高度，小車前進，料義下降，小車 回退到原位，卡固裝置脫離，裝料程序結(jié)束。3. 5.3出料程序大車到位程序結(jié)束后，料義移動到既定高度，小車前進，料叉上升，小車 回退到原位，卡固裝置脫離，出料程序結(jié)束。3.5.4冷卻程序大車到位程序結(jié)束后，料義下降，大車在既定范圍內(nèi)移動，冷卻時間到， 料義提升到原位，冷卻程序結(jié)束。3. 5. 5連續(xù)冷卻程序出料程序、大車到位程序、冷卻程序連續(xù)執(zhí)行。3. 5. 6設(shè)定時間程序?qū)ぜ鋮s時間進行設(shè)定，編輯。3.6大車精確定位程序每臺爐子的中心正對面軌道上安裝四個高精度接近開關(guān)，第一個用于變頻器 高速轉(zhuǎn)中速控制，第二個用于變頻器中速

14、轉(zhuǎn)低速控制，第三個用于變頻器停止控 制，笫四個用于定位銷安全位置檢測，防止定位銷沒有在正確位置插入定位洞內(nèi)。變頻器實行閉環(huán)PID控制，對運行速度進行控制，變頻器安裝制動電阻對電 機進行制動剎車控制，保證大車，小車的運行速度的平滑性能。通過安裝在電機軸上的編碼器進行大車，小車位置訃算，通過與導(dǎo)軌上的接 近開關(guān)相結(jié)合的方式進行精確定位的控制。3.7報警程序裝出料車電氣控制系統(tǒng)設(shè)紅，黃，綠三色聲光報警裝置。紅色指示燈表示出 現(xiàn)嚴重故障報警信號，此時所有的操作均停止，只到排除故障；黃色表示一般故 障報警信號，此時部分動作停止，只到排除故障；綠色指示燈表示系統(tǒng)在正常運 行狀態(tài)；大車在行走過程中紅色指示燈，蜂鳴器工作，起到警示的作用。在裝出料車報警列表