徐杰 丁勇剛

摘要：為應(yīng)對(duì)公司2019年產(chǎn)能爬升，提升測(cè)試區(qū)空間利用率，改善測(cè)試安全環(huán)境和提高生產(chǎn)測(cè)試效率，對(duì)現(xiàn)有測(cè)試區(qū)進(jìn)行自動(dòng)化改造。本系統(tǒng)包含8個(gè)測(cè)試區(qū)改造，屬于新一代集成化綜合測(cè)試工作區(qū)，為地鐵和動(dòng)車項(xiàng)目的各類變流器控制箱提供了高效率測(cè)試，滿足絕對(duì)的安全性以及遠(yuǎn)程一體化操控，且具備自動(dòng)采集數(shù)據(jù)和監(jiān)控功能，在充分保證了測(cè)試質(zhì)量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和空間利用率。

關(guān)鍵詞：PLC;HMI;遠(yuǎn)程懸臂控制;智能儀表;鋼結(jié)構(gòu);安全門

0 背景

原測(cè)試區(qū)為傳統(tǒng)平面化布局形式，具有如下局限性：

1、原測(cè)試區(qū)域設(shè)備與被試產(chǎn)品處于同一平臺(tái)，占用了大量空間，車間愈發(fā)局促擁擠。

缺點(diǎn)：空間利用率極低，無(wú)法滿足因產(chǎn)能提升而迫使車間空間重新布局的新要求。

2、測(cè)試人員工作區(qū)域緊靠在設(shè)備旁邊進(jìn)行測(cè)試，缺乏有效的安全隔離防護(hù)措施。

缺點(diǎn)：測(cè)試人員在高壓設(shè)備邊上進(jìn)行操作，存在安全隱患，安全無(wú)保證。

3、各測(cè)試區(qū)域相對(duì)分散，不能同時(shí)滿足EMU/CVZ/B-Car產(chǎn)品測(cè)試。

缺點(diǎn)：待測(cè)產(chǎn)品及測(cè)試人員需往返于各測(cè)試區(qū)域之間，工作效率較低。

4、各測(cè)試區(qū)域操作人員須分別操作電源設(shè)備與電阻設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。

缺點(diǎn)：測(cè)試人員容易誤操作，甚至影響產(chǎn)品質(zhì)量。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是：搭建2層鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，對(duì)原測(cè)試區(qū)設(shè)備、設(shè)施重新整合布局，并遵循各測(cè)試區(qū)原有設(shè)備的控制原理，增加了遠(yuǎn)程懸臂控制系統(tǒng)和安全門控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)出一種空間利用率高、布局合理、科技感強(qiáng)、安全穩(wěn)定的新型EMU/CVZ/B-Car 綜合測(cè)試區(qū)。

為達(dá)到上述目的，本系統(tǒng)從鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)、遠(yuǎn)程懸臂控制系統(tǒng)和安全門控制系統(tǒng)三個(gè)方面來(lái)設(shè)計(jì)：

1.1鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)

本系統(tǒng)首先在原測(cè)試區(qū)搭建2層鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)上下均為8個(gè)區(qū)域，通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)承載配重計(jì)算，合理布局，將各設(shè)備主體移至2層平臺(tái)上，被試產(chǎn)品則位于1層平臺(tái)下。這樣，能同時(shí)滿足EMU/CVZ/B-Car產(chǎn)品測(cè)試，待測(cè)產(chǎn)品及測(cè)試人員無(wú)需往返于各測(cè)試區(qū)域之間，提高工作效率，進(jìn)而迎合2019年產(chǎn)能提升的新要求。各測(cè)試區(qū)域布局如下圖：

1.2遠(yuǎn)程懸臂控制系統(tǒng)

1）懸臂設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)開(kāi)創(chuàng)性地將懸臂控制箱與鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)巧妙地結(jié)合，根據(jù)各測(cè)試區(qū)設(shè)備各自的特點(diǎn)，結(jié)合測(cè)試操作人員的實(shí)際需求，將控制按鈕、智能儀表、HMI和工業(yè)平板電腦等人機(jī)交互組件集成到懸臂控制箱上，將懸臂安裝于鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)立柱上。操作人員在一層通過(guò)懸臂控制箱操作，懸臂箱體可以水平方向擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，從而可以調(diào)整控制箱位置，方便操作人員觀察產(chǎn)品測(cè)試情況。

2）全自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、分析和控制

本系統(tǒng)新增一套西門子S7-1200PLC，將各設(shè)備機(jī)柜面板上的機(jī)械儀表更換為數(shù)字智能儀表，通過(guò)基于Modbus RTU通訊協(xié)議的RS485串口通訊網(wǎng)絡(luò)連接至PLC，把設(shè)備運(yùn)行時(shí)的主要工藝參數(shù)（如電壓、電流等）自動(dòng)傳輸?shù)絇LC中，進(jìn)行各種邏輯運(yùn)算和控制，掌握設(shè)備運(yùn)行的主要數(shù)據(jù)并進(jìn)行集中監(jiān)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更多自動(dòng)化控制功能的擴(kuò)展。

增加基于S7協(xié)議的Profinet網(wǎng)絡(luò)連接PLC與HMI及工業(yè)平板電腦，將PLC中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)紿MI顯示出來(lái)，同時(shí)把HMI上的操作指令信號(hào)傳輸?shù)絇LC中進(jìn)行邏輯運(yùn)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(chǎn)品與設(shè)備聯(lián)動(dòng)測(cè)試，并實(shí)時(shí)反饋產(chǎn)品測(cè)試過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)曲線。

原測(cè)試區(qū)的電源設(shè)備與電阻設(shè)備是獨(dú)立設(shè)備，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中需分別對(duì)2臺(tái)設(shè)備進(jìn)行分開(kāi)操作才能完成一項(xiàng)任務(wù)，自動(dòng)化程度低。現(xiàn)直接把需要執(zhí)行的測(cè)試動(dòng)作集成到HMI軟件系統(tǒng)中進(jìn)行一鍵操作，兩臺(tái)設(shè)備會(huì)自動(dòng)執(zhí)行各自所需的動(dòng)作。

3）人機(jī)分離及防呆功能

把高壓設(shè)備放到上層平臺(tái)上，生產(chǎn)時(shí)只需在下層連接好預(yù)留的接口，在懸臂控制箱上完成整個(gè)測(cè)試的控制。實(shí)現(xiàn)了高壓設(shè)備和作業(yè)區(qū)域分開(kāi)管理，保證了人員的安全性，并提高了場(chǎng)地的利用率。

將各電源設(shè)備和電阻設(shè)備的控制功能集成到各懸臂控制箱上，通過(guò)一個(gè)懸臂控制箱操控2臺(tái)設(shè)備，并增加電源設(shè)備和電阻設(shè)備聯(lián)鎖功能，防止操作人員遺忘啟動(dòng)電阻。

增加數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備輸出過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)功能，一旦輸出超出設(shè)定電壓和額定電流，則停止升壓，防止因誤操作產(chǎn)生過(guò)壓、過(guò)流等致使設(shè)備故障及產(chǎn)品損壞。

1.3安全門控制系統(tǒng)

增加4臺(tái)快速卷簾門和4道PVC折疊門，對(duì)測(cè)試操作人員與被試產(chǎn)品進(jìn)行有效隔離，進(jìn)一步提高測(cè)試區(qū)安全系數(shù)。

1）快速卷簾門控制系統(tǒng)

由控制箱、卷簾門、電機(jī)及編碼器等組成，門的開(kāi)啟通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，關(guān)閉則是依靠重力驅(qū)動(dòng)，主要具有以下特點(diǎn)：

l自動(dòng)/手動(dòng)模式切換功能，手動(dòng)模式即為人工操作，在停電或門出現(xiàn)故障等異常情況時(shí)，可使用曲柄手動(dòng)開(kāi)啟卷簾門。

l具有無(wú)線探測(cè)障礙功能，即關(guān)門時(shí)遇到產(chǎn)品等障礙物時(shí)卷簾門會(huì)自動(dòng)重新開(kāi)啟，避免了人為誤操作關(guān)門。

l控制箱內(nèi)部提供了I/O接口，可實(shí)現(xiàn)卷簾門與設(shè)備的聯(lián)鎖控制，即測(cè)試人員必須先關(guān)閉卷簾門，才能操作設(shè)備啟動(dòng)高壓輸出進(jìn)行測(cè)試，且高壓測(cè)試過(guò)程中時(shí)，卷簾門無(wú)法開(kāi)啟，避免了人為誤操作開(kāi)門，保證了高壓設(shè)備與人員的安全隔離。

l控制箱內(nèi)部提供了地磁、外部緊急停止開(kāi)關(guān)、紅外線光電等多種功能擴(kuò)展接口，為日后測(cè)試區(qū)安全門功能擴(kuò)展提供基礎(chǔ)。

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(shè)備人員故障診斷與檢修。

2）PVC折疊門控制系統(tǒng)

沒(méi)有安裝快速卷簾門的4個(gè)測(cè)試區(qū)將增設(shè)PVC折疊門，并加裝安全門鎖與設(shè)備聯(lián)鎖控制，通過(guò)解鎖按鈕發(fā)出開(kāi)鎖指令，實(shí)現(xiàn)測(cè)試操作人員與被試產(chǎn)品間的有效隔離。

2 結(jié)論

綜上所述，與原測(cè)試區(qū)相比，基于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合測(cè)試區(qū)增加了鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)、遠(yuǎn)程懸臂控制系統(tǒng)和安全門控制系統(tǒng)。主要體現(xiàn)了以下優(yōu)點(diǎn)：

l實(shí)現(xiàn)了8個(gè)測(cè)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(cè)試區(qū)域間的距離，使對(duì)設(shè)備、產(chǎn)品及測(cè)試操作人員的管理效率顯著提升，從而打破了產(chǎn)能提升在空間上的瓶頸。

l實(shí)現(xiàn)了測(cè)試操作人員與設(shè)備、被試產(chǎn)品的人機(jī)隔離，形成安全可靠的測(cè)試區(qū)生產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)等諸多自動(dòng)化元素的運(yùn)用，不僅使整個(gè)測(cè)試生產(chǎn)過(guò)程閉環(huán)可控，提高了測(cè)試數(shù)據(jù)的精確度和測(cè)試過(guò)程的可靠性，避免了誤操作導(dǎo)致的設(shè)備故障，增強(qiáng)了設(shè)備的穩(wěn)定性，還為日后測(cè)試區(qū)更多自動(dòng)功能的擴(kuò)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，貼合工業(yè)4.0時(shí)代潮流。

l別具一格的懸臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在符合人體工程學(xué)的前提下，更加美觀，富于科技感，體現(xiàn)了以人為本、不斷創(chuàng)新的理念。