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1引言

隨著科學(xué)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，重要的工業(yè)原料陰極銅廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，并且需求量越來越大。而陰極銅生產(chǎn)要經(jīng)采礦、選礦、熔煉、精煉等工藝過程生產(chǎn)成陰極銅板,然后由人工按要求包裝成成品銅垛，人工稱重計(jì)量、噴碼標(biāo)識，不僅勞動強(qiáng)度大，而且生產(chǎn)效率低、污染嚴(yán)重，因此，陰極銅包裝已成為銅生產(chǎn)企業(yè)提高生產(chǎn)效率及降低工人勞動強(qiáng)度的“瓶頸",急需進(jìn)行技術(shù)改造和提升，陰極銅包裝自動生產(chǎn)線就是在這種背景下，自主研發(fā)的，集機(jī)械、控制、液壓于一體的大型冶金自動化包裝設(shè)備。

本文根據(jù)陰極銅自動包裝生產(chǎn)線工藝要求和技術(shù)要求，介紹了陰極銅自動包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，軟件、硬件設(shè)計(jì)方法?？刂葡到y(tǒng)分銅板自動包裝過程控制系統(tǒng)和精稱計(jì)量控制系統(tǒng)（精稱計(jì)量、數(shù)據(jù)釆集、數(shù)據(jù)通信、噴碼貼標(biāo)）。兩部分釆用硬件信號握手，實(shí)現(xiàn)兩部分的協(xié)調(diào)控制，完成銅板自動包裝和自動噴碼貼標(biāo)的全過程控制。

本文介紹的陰極銅自動包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)經(jīng)過安裝、調(diào)試已在某大型銅冶煉企業(yè)實(shí)際應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行可靠，提升了陰極銅自動包裝的裝備水平,填補(bǔ)了國內(nèi)大型銅板自動包裝生產(chǎn)裝備的空白。

2銅自動包裝生產(chǎn)線的工藝介紹

2.1工藝敘述

陰極銅自動包裝生產(chǎn)線是大型冶金自動化包裝設(shè)備，它綜合應(yīng)用了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、液壓、氣動等科學(xué)技術(shù)。銅板自動包裝過程是在間歇平移運(yùn)動的傳送鏈上均勻分布安裝有上料工位、在線自動配重工位、銅板整形工位、壓緊致密工位、

com自動打包工位，完成銅板的自動包裝，將銅板按照標(biāo)準(zhǔn)重量要求自動包裝打包成銅垛；精稱計(jì)量過程采用步進(jìn)橫梁將銅垛平移到稱重計(jì)量工位、噴碼及貼標(biāo)等工位，對銅垛進(jìn)行精稱計(jì)量、數(shù)據(jù)釆集、數(shù)據(jù)通信、噴碼貼標(biāo)。為了保證精稱計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性，以便達(dá)到貿(mào)易結(jié)算計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)要求，將精稱計(jì)量的2臺疊放電子秤固定安放，提高稱重的平穩(wěn)性和稱量的精度。各工位相對獨(dú)立、并行協(xié)調(diào)工作,實(shí)現(xiàn)陰極銅板的自動包裝。銅自動包裝工藝如圖1所示。

圧和T配重|-展期T壓緊出料|

                                                                                     a. 銅包裝自動生產(chǎn)工藝

I精稱|~行神—|貼標(biāo)卜廂祈

                                                                                     b. 精稱計(jì)量生產(chǎn)工藝

圖1銅自動包裝生產(chǎn)線工藝圖

                                                                                 Fig.1Theproducetechnicsfigureofcopperauto-packaging

2.2工位介紹

上料工位。此工位由叉車將18片基本重量的銅板放到上料臺上，上料臺落下，輸送鏈平移一個工位。

自動配重工位。當(dāng)銅垛平移到自動配重工位時，疊放在電子秤上的秤臺自動升起，進(jìn)行稱重。根據(jù)每塊銅板重量的概率統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)考慮采用加一減一的配重原理進(jìn)行配重。如果:銅垛重量〉(2500±100)kg,機(jī)械臂自動減去一塊銅板；如果:銅垛重量V(2500±100)kg,機(jī)械臂自動加上一塊銅板，如果岀現(xiàn)加一減一無法滿足要求的極少情況，可以采用連續(xù)加一減一進(jìn)行配重，直到將每垛銅板自動配重到(25OO±lOO)kg的要求內(nèi)。

整形工位。是由安裝在輸送鏈兩側(cè)［的夾具對銅垛進(jìn)行擠壓，旋轉(zhuǎn)90°再次擠壓，實(shí)現(xiàn)銅垛整形。

壓緊致密工位。是由壓力機(jī)對銅垛進(jìn)行上下擠壓并保持一定時間，完成銅垛致密。

自動打包工位。是由自動打包機(jī)對銅垛自動捆扎井字形鋼帶。

稱重計(jì)量工位。釆用2臺梅特勒一托利多(KINGBIRD系列)電子秤雙秤復(fù)用對銅垛進(jìn)行精稱,一臺作為主秤，另一臺作為復(fù)秤，對稱量數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，如果2臺秤的數(shù)據(jù)超出了誤差范圍，進(jìn)行報(bào)警提示，提醒用戶校驗(yàn)電子秤。

噴碼工位。工控機(jī)向噴碼機(jī)傳送銅垛的重量數(shù)據(jù)及有關(guān)信息，進(jìn)行噴碼標(biāo)識。

68貼標(biāo)工位。工控機(jī)根據(jù)稱重?cái)?shù)據(jù)生成標(biāo)簽，由貼標(biāo)機(jī)進(jìn)行在線貼標(biāo)。

3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

陰極銅自動包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)分銅板自動包裝過程控制系統(tǒng)和精稱計(jì)量采集控制系統(tǒng)組成。銅板自動包裝過程控制系統(tǒng)以可編程序控制器(PLC)為核心，配以HMI(A機(jī)界面)、檢測及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)銅板的上料、配重、整形、致密、打包等過程控制，系統(tǒng)具有手動/自動切換、故障報(bào)警及指示、設(shè)備運(yùn)行過程的狀態(tài)監(jiān)視等功能。精稱計(jì)量釆集控制系統(tǒng)以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心，釆用可視化程序設(shè)計(jì)軟件VisualBasic編程，實(shí)現(xiàn)銅垛的精稱計(jì)量、數(shù)據(jù)釆集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)通信、報(bào)表打印,標(biāo)簽生成及噴碼標(biāo)識，具有容錯報(bào)警和監(jiān)控功能?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖2所示。

 

圖2控制系統(tǒng)框圖

Fig.2Thecontrolsystemfigure

 

3.1包裝過程控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)以德國SIEMENS公司S7-300PLC為核心。S7-300是模塊化小型PLC,但能滿足中等性能的控制系統(tǒng)要求,主要具有以下特點(diǎn)⑶：

1. 大范圍的各種功能模塊可以滿足和適應(yīng)自動控制任務(wù)；
2. 簡單實(shí)用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)功能；
3. 控制靈活，可靠性高，方便用戶；
4. CPU處理速度快,集成功能強(qiáng)；
5. 控制任務(wù)增加時，模塊擴(kuò)展方便、靈活。

陰極銅自動包裝生產(chǎn)線的控制信號主要有開關(guān)量輸人信號、開關(guān)量輸出信號、數(shù)字量信號等?？紤]到現(xiàn)場工況及設(shè)備控制要求，系統(tǒng)選用高抗干擾能力和高可靠性的SIEMENS公司S7-300PLC,并充分利用S7-300的資源,S7-3OOPLC配置如下；

DPS307-24V/10A電源模塊，具有輸入電壓范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)，為PLC提供24V電源；

2. CPU315-2DP,128kB工作存儲器，MPI接口可以與TP-270HMI進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；
3. CP340通信模塊，具有RS-232C/RS-422/RS-485通信接口，實(shí)現(xiàn)與梅特勒一托利多電子秤之間的數(shù)據(jù)通信；
4. SM321數(shù)字量輸入模塊，16點(diǎn)輸入，DC24V,完成現(xiàn)場數(shù)字量信號的采集；
5. SM322數(shù)字量輸出模塊，16點(diǎn)輸出，DC24V,完成現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備的控制；
6. TP-270HMI單元實(shí)現(xiàn)銅自動包裝生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)的就地監(jiān)視。

3.2精稱計(jì)量控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)釆用研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心,采用多串口與電子秤、噴碼機(jī)、貼標(biāo)機(jī)進(jìn)行通信，并采用開關(guān)量模板實(shí)現(xiàn)PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)之間的信號交互與協(xié)調(diào)，通過局域網(wǎng)使數(shù)據(jù)與信息中心共享。

精稱計(jì)量控制系統(tǒng)包括:研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(IPC610H),配以I/O板卡(PCI1761).網(wǎng)卡、打印機(jī)，依碼仕貼標(biāo)機(jī)(2000)、依碼仕噴碼機(jī)(4020)、梅特勒一托利多KINGBIRD系列XK3130型電子秤。

4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

銅板自動包裝過程控制采用西門子STEP7的LAD編程語言，程序設(shè)計(jì)釆用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，具有良好的可讀性和可維護(hù)性。由于各工位相對獨(dú)立、并行處理,設(shè)計(jì)時將主要工位功能用子功能塊FC實(shí)現(xiàn)，然后再由主程序OB1進(jìn)行調(diào)用。精稱計(jì)量控制系統(tǒng)采用可視化程序設(shè)計(jì)軟件VisualBasic編程,模塊化設(shè)計(jì)。

4.1銅板自動包裝過程控制程序設(shè)計(jì)同

銅板自動包裝過程控制程序設(shè)計(jì)采用STEP7梯形圖語言編程，實(shí)現(xiàn)對上料、自動配重、整形、壓緊致密、自動打包等運(yùn)行過程控制。為了保證控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，系統(tǒng)具有故障報(bào)警、故障指示和手動/自動切換功能。控制程序流程框圖如圖3所示。

	［開始|	,1, 1配重糸動作1
1手動操作1
	1油泵啟動1
	,1,
	1冷卻泵啟動1	i整形臺動作I
	1油加熱投入1	1鍛壓機(jī)動作|
	,I,	,1 ,
	1提示上料1	1打包機(jī)動作］
	「上料臺動作］	1出料1
	圖3控制程序流程框圖
Fig.3	Theprogramflowchartofcontrolprogram

 

4.2精稱計(jì)量控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

精稱計(jì)量控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)軟件采用Microsoft提供的VisualBasic6.0版本來設(shè)計(jì)⑺。VisualBasic6.0是Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下的程序設(shè)計(jì)語言，由于其具有設(shè)計(jì)界面可視化、操作簡單、功能強(qiáng)大、數(shù)據(jù)處理速度快、與數(shù)據(jù)庫(SQL)連接方便、在線幫助等特點(diǎn),使用戶能方便操作和使用。適用于小型數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信、可視化監(jiān)控程序設(shè)計(jì),具有編程簡單、開發(fā)周期短等特點(diǎn)，完全滿足本控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)要求。精稱系統(tǒng)程序流程圖如圖4所示

 

圖4精稱系統(tǒng)程序流程圖

Fig.4Theprogramflowchartofindustrialcontrolcomputer

 

4.3故障處理

按照陰極銅自動包裝生產(chǎn)線工藝要求，每個工位均在并行工作，系統(tǒng)運(yùn)行中任何工位出現(xiàn)故障，銅自動包裝生產(chǎn)線將無法正常工作。為了使現(xiàn)場操作人員及時排除故障，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)故障處理報(bào)警時，設(shè)計(jì)了手動操作臺聲光報(bào)警和故障指示，同時在HMKA機(jī)界面）進(jìn)行運(yùn)行過程監(jiān)視，直觀的顯示故障點(diǎn)，使操作者根據(jù)故障信號查出故障并進(jìn)行快速排除，在故障解決后，生產(chǎn)線可以繼續(xù)恢復(fù)自動生產(chǎn)狀態(tài)。

4.4監(jiān)控程序設(shè)計(jì)

人機(jī)界面，又稱觸摸屏（簡稱為HMD,是操作人員與PLC之間雙向溝通的橋梁，用來實(shí)現(xiàn)操作人員與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之間的對話和相互作用。用戶可以用觸摸屏上的組合文字、按鈕、圖形和數(shù)字信息等，來處理或監(jiān)控不斷變化的信息。觸摸屏還可以用畫面上的按鈕和指示燈等來代替相應(yīng)的硬件元件，以減少PLC需要的I/O點(diǎn)數(shù)，使機(jī)器的配線標(biāo)準(zhǔn)化、簡單化，降低了系統(tǒng)的成本。