電雷管激光打碼皮帶傳送監(jiān)控系統(tǒng)設計

夏百戰(zhàn)，駱 昊

(電子科技大學 中山學院，中山 528402）

0 引言

開發(fā)控制功能豐富可靠、界面友好的電雷管激光打碼皮帶傳送監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以保證安全生產、提高勞動生產率和產品質量，而且對進一步提高民用爆炸物品的安全管理具有重要意義。本文將從電雷管打碼皮帶傳送系統(tǒng)的工藝流程開始詳細介紹監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)過程。

1 工藝流程簡介

電雷管打碼皮帶傳送系統(tǒng)分為三部分：排模部分、打碼部分和收模部分。本系統(tǒng)排模部分包括8個功能完全相同的排模工位；收模部分包括3個功能完全相同的收模工位。排模部分和收模部分的均為雙層設計。收模工位上層的功能是將排好雷管的模具傳送到打碼工位；下層實現將來自收模工位的空模具回收。收模工位上層的功能是將打好碼的模具回收；下層實現將空模具送回到排模段。打碼部分的功能是對來自排模段的模具上的雷管打碼。為了結合生產效率、安全可靠生產的需要，電雷管打碼皮帶傳送系統(tǒng)具體有以下工藝要求：

1）具有同步或異步排模能力：同步排模指的是，被選定的所有排模工位全部準備好以后，同時執(zhí)行排模操作；異步排模指的是，各選定排模工位的排模不受別的工位影響，獨立工作。

2）回模具有缺工位回模能力：即回模時，不按照固定順序回到排模工位，而是按照一定的判斷，選擇當前回模位置空，且回模數量較少的工位優(yōu)先回模。

3）正確打碼：正確打碼指的是打碼區(qū)無模具不能進行打碼，有模具則要準確打碼。

4）連續(xù)雙模具進同一收模工位：即實現在任何情況下（包括停電）連續(xù)兩個模具進入一個收模工位，并能實現多個工位同時收模。

5）打碼排隊限制：限制打碼工位前的等待打碼模具的數量，以利安全。

6）異常情況及時停止生產：系統(tǒng)出現設備或者生產異常時，能夠自動暫停生產，待問題解決后繼續(xù)生產。

2 控制系統(tǒng)開發(fā)

2.1 控制系統(tǒng)簡介

電雷管打碼皮帶傳送系統(tǒng)采用PLC作為控制器，具有使用成熟工作可靠等特點。考慮到生產線相對比較集中，所以采用現場設備儀表直接連控制器的IO模塊（不同于總線控制方式）?？刂破鞑捎秘惣尤R公司X20系列PLC模塊，配有數字量輸入DI模塊、數字量輸出DO模塊、模擬量輸入AI模塊和模擬量輸出AO模塊。貝加萊公司的PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)、程序開發(fā)及調試都使用該公司的Automation StudioTM軟件。

表1 控制系統(tǒng)具體配置

Automation StudioTM是針對貝加萊（B&R）所有工業(yè)自動化產品的集成化的軟件開發(fā)環(huán)境，可應用于任何規(guī)模任何范圍的項目。集成編程環(huán)境中可以處理工程項目開發(fā)中的每個步驟，提供了多種語言編程和大量的診斷工具。

2.2 程序設計思想

綜合電雷管打碼皮帶傳送系統(tǒng)的工作流程，工藝要求及選用控制器、設備儀表的特點，系統(tǒng)設計方案的具體思想如下。

2.2.1 模具檢測

由于電容接近開關和磁感應開關的特點，對模具是否有無的檢測不能直接使用傳感器的輸出信號，而是采用狀態(tài)位的方式。狀態(tài)位的置位和復位由真實檢測結果延時濾波得到。

2.2.2 生產方式、模式和狀態(tài)

生產方式按照工藝要求有同步方式和異步方式兩種生產方式。同步方式和異步方式可以很容易切換。

生產模式設計有自動生產模式和檢修生產模式，有正常、暫停、急停和復位4種生產狀態(tài)。自動生產模式指的是，系統(tǒng)根據工藝流程和現場檢測結果，使生產在不需要要人干預的情況下自動進行。檢修模式指的是，當處于某種需要，對現場的電機或者氣缸進行人工的單個操作時（相當于檢修，其實也實現了手動操作）的生產模式，此時生產暫停。

暫停指的是暫時停止當前的生產，電機停止，所以氣缸保持在線圈斷電后的位置。急停指的是當系統(tǒng)出現嚴重問題時執(zhí)行的操作，此時變頻器斷電，氣缸線圈斷電，氣缸保持不動。復位指的是，系統(tǒng)出現嚴重混亂，必須將生產狀態(tài)回復到原始狀態(tài)，系統(tǒng)復位時，除了相應設備停止外，系統(tǒng)的中間狀態(tài)位、計數器、定時器都清零。

2.2.3 多子任務處理

電雷管打碼皮帶傳送系統(tǒng)共有8個幾乎完全一致的排模工位和3個幾乎完全一致的收模工位加上打碼工位組成。這些一致性包括實現功能，儀表數量，安裝位置，工作方式等等。為了程序的可讀性和可重用性，程序設計為每個工位使用一個子任務；考慮到電機（變頻器）的重要性，為每個電機（變頻器）設定一個子任務；為系統(tǒng)的公共功能部分設定若干子任務；為下位機PLC程序與監(jiān)控界面通訊設定一個子任務。

表2 程序子任務

2.2.4 故障檢測

雷管生產線要求控制系統(tǒng)盡可能安全可靠，需要知道現場的設備儀表是否正常或者故障狀態(tài)，才能正確執(zhí)行相關操作。而現場眾多傳感器基本上是點檢測儀表，無法直接得到這些儀表的故障狀態(tài)，因而設計程序通過儀表的I/O狀態(tài)配合工作過程判斷儀表是否正常工作。

2.2.5 連控、順控混合模式

整個系統(tǒng)從工作流程上看，非常適合使用順控功能實現。但是系統(tǒng)狀態(tài)判斷、故障診斷確比較適宜連控實現。所以本系統(tǒng)采用連控、順控混合方式，將工作流程分為若干子過程，這些自過程按照順控思想編程；而其它部分采用連控方式。

2.2.6 LAD、STL組合模式

貝加萊工控系統(tǒng)開發(fā)軟件Automation StudioTM提供了多種可選編程方式（比如梯形圖LAD，結構化文本STL等。詳細資料見相關手冊），本系統(tǒng)根據需要選擇某種編程方式。

為了程序的可讀性和易交流性，絕大部分程序采用梯形圖LAD編程方式；而對需要進行算術運算的程序部分，使用結構化文本STL進行編程。這兩種情況分別使用兩種編程方式，使得程序更容易閱讀、調試和日后升級。

2.3 應用程序整體流程

簡單說明，控制器檢測、氣缸時間和狀態(tài)狀態(tài)控制等控制獨立于系統(tǒng)復位或者檢修等狀態(tài)之外，即PLC每個循環(huán)周期，都要對它們進行處理。而故障診斷、檢修控制和自動控制在復位期間并不執(zhí)行。

圖1 控制系統(tǒng)整體流程

3 系統(tǒng)上位組態(tài)開發(fā)

考慮到雷管打碼皮帶傳送線的特殊性，顯示信息豐富，操作方便的監(jiān)控畫面顯得非常重要。本系統(tǒng)充分利用有限的檢測信號，使用德國西門子著名的組態(tài)軟件WinCC，認真設計實現了界面友好，信息量大，操作簡單可靠的監(jiān)控畫面。

3.1 畫面層次設計

為了使監(jiān)控界面操作方便，界面友好，本系統(tǒng)監(jiān)控畫面共分為三層，如下圖所示。

圖2 監(jiān)控界面總結構

第一層為主畫面。主畫面起著顯示系統(tǒng)最常用（最重要）信息、系統(tǒng)其他畫面調度等作用。從主畫面可以進入四個子部分：參數設置、系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)報表及系統(tǒng)檢修。參數設置和系統(tǒng)報表只有單獨一個畫面實現功能。系統(tǒng)檢修部分由三個畫面雙向隊列切換實現。系統(tǒng)狀態(tài)畫面下面又細分為四個系統(tǒng)狀態(tài)，每個狀態(tài)畫面針對一類設備（儀表）。這四個畫面構成監(jiān)控畫面的第三層。

3.2 畫面內容設計

為了畫面的一致性和操控的友好性，每個畫面的結構一致，顯示信息和操控內容盡可能按需設置。以主畫面為例介紹畫面的結構。

標題區(qū)主要是靜態(tài)顯示系統(tǒng)的屬性，比如所屬部門、系統(tǒng)名稱等信息。狀態(tài)區(qū)將整個系統(tǒng)的所有狀態(tài)進行匯總顯示，比如自動模式或檢修模式、同步模式或一步模式、系統(tǒng)正常還是有故障等等，使操作員對整個系統(tǒng)的狀況一目了然。主顯示區(qū)顯示當前畫面要顯示的內容，是整個畫面核心部分，占最大面積。操作區(qū)布置相應的操作按鈕或者畫面控制按鈕，幾乎系統(tǒng)所有的操控部分都在操控區(qū)，使用戶控制迅速可靠。輔助區(qū)顯示監(jiān)控系統(tǒng)一些相關信息，比如開發(fā)公司說明，系統(tǒng)相關參數等等。本系統(tǒng)出于大家的習慣，將網絡狀態(tài)放在的輔助區(qū)而沒有放在狀態(tài)區(qū)。

4 結論

本文針對電雷管激光打碼皮帶傳送系統(tǒng)的工藝特點，開發(fā)了可靠的監(jiān)控系統(tǒng)控。系統(tǒng)控制模式分生產模式和檢修模式兩種，生產模式有正常、暫停、急停和復位等狀態(tài)。系統(tǒng)對每個工藝單元采用一個子任務，合理使用LAD和STL編程方式，具有方便程序閱讀和日后升級的優(yōu)點。監(jiān)控畫面采用3層結構，畫面布局合理，人機界面友好。經過實際使用證明，系統(tǒng)功能豐富、運行穩(wěn)定、操作方便，具有一定的應用推廣價值。

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