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1引言

隨著科學(xué)的進步和科學(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，人工稱重計量、噴碼標識，不僅勞動強度大，而且生產(chǎn)效率低、污染嚴重，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度的“瓶頸",急需進行技術(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)計思路，軟件、硬件設(shè)計方法?？刂葡到y(tǒng)分銅板自動包裝過程控制系統(tǒng)和精稱計量控制系統(tǒng)（精稱計量、數(shù)據(jù)釆集、數(shù)據(jù)通信、噴碼貼標）。兩部分釆用硬件信號握手，實現(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)實際應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)技術(shù)先進、設(shè)計合理、運行可靠，提升了陰極銅自動包裝的裝備水平,填補了國內(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)用了機械、電子、計算機、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，將銅板按照標準重量要求自動包裝打包成銅垛；精稱計量過程采用步進橫梁將銅垛平移到稱重計量工位、噴碼及貼標等工位，對銅垛進行精稱計量、數(shù)據(jù)釆集、數(shù)據(jù)通信、噴碼貼標。為了保證精稱計量數(shù)據(jù)的準確性、可靠性和穩(wěn)定性，以便達到貿(mào)易結(jié)算計量的標準要求，將精稱計量的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。各工位相對獨立、并行協(xié)調(diào)工作,實現(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—|貼標卜廂祈

                                                                                     b. 精稱計量生產(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，進行稱重。根據(jù)每塊銅板重量的概率統(tǒng)計，設(shè)計考慮采用加一減一的配重原理進行配重。如果:銅垛重量〉(2500±100)kg,機械臂自動減去一塊銅板；如果:銅垛重量V(2500±100)kg,機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)［的夾具對銅垛進行擠壓，旋轉(zhuǎn)90°再次擠壓，實現(xiàn)銅垛整形。

壓緊致密工位。是由壓力機對銅垛進行上下擠壓并保持一定時間，完成銅垛致密。

自動打包工位。是由自動打包機對銅垛自動捆扎井字形鋼帶。

稱重計量工位。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)進行校驗，如果2臺秤的數(shù)據(jù)超出了誤差范圍，進行報警提示，提醒用戶校驗電子秤。

噴碼工位。工控機向噴碼機傳送銅垛的重量數(shù)據(jù)及有關(guān)信息，進行噴碼標識。

68貼標工位。工控機根據(jù)稱重數(shù)據(jù)生成標簽，由貼標機進行在線貼標。

3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

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機界面)、檢測及執(zhí)行機構(gòu)，實現(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、故障報警及指示、設(shè)備運行過程的狀態(tài)監(jiān)視等功能。精稱計量釆集控制系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機為核心，釆用可視化程序設(shè)計軟件VisualBasic編程，實現(xiàn)銅垛的精稱計量、數(shù)據(jù)釆集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)通信、報表打印,標簽生成及噴碼標識，具有容錯報警和監(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

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；
5. 控制任務(wù)增加時，模塊擴展方便、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。考慮到現(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，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點輸出，DC24V,完成現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備的控制；
6. TP-270HMI單元實現(xiàn)銅自動包裝生產(chǎn)線運行狀態(tài)的就地監(jiān)視。

3.2精稱計量控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

該控制系統(tǒng)釆用研華工業(yè)控制計算機為核心,采用多串口與電子秤、噴碼機、貼標機進行通信，并采用開關(guān)量模板實現(xiàn)PLC和工業(yè)控制計算機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。

精稱計量控制系統(tǒng)包括:研華工業(yè)控制計算機(IPC610H),配以I/O板卡(PCI1761).網(wǎng)卡、打印機，依碼仕貼標機(2000)、依碼仕噴碼機(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

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)計釆用結(jié)構(gòu)化設(shè)計，具有良好的可讀性和可維護性。由于各工位相對獨立、并行處理,設(shè)計時將主要工位功能用子功能塊FC實現(xiàn)，然后再由主程序OB1進行調(diào)用。精稱計量控制系統(tǒng)采用可視化程序設(shè)計軟件VisualBasic編程,模塊化設(shè)計。

4.1銅板自動包裝過程控制程序設(shè)計同

銅板自動包裝過程控制程序設(shè)計采用STEP7梯形圖語言編程，實現(xiàn)對上料、自動配重、整形、壓緊致密、自動打包等運行過程控制。為了保證控制系統(tǒng)的正常運行，系統(tǒng)具有故障報警、故障指示和手動/自動切換功能?？刂瞥绦蛄鞒炭驁D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鍛壓機動作|
	,I,	,1 ,
	1提示上料1	1打包機動作］
	「上料臺動作］	1出料1
	圖3控制程序流程框圖
Fig.3	Theprogramflowchartofcontrolprogram

 

4.2精稱計量控制系統(tǒng)程序設(shè)計

精稱計量控制系統(tǒng)程序設(shè)計軟件采用Microsoft提供的VisualBasic6.0版本來設(shè)計⑺。VisualBasic6.0是Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下的程序設(shè)計語言，由于其具有設(shè)計界面可視化、操作簡單、功能強大、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,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,具有編程簡單、開發(fā)周期短等特點，完全滿足本控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計要求。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)計故障處理報警時，設(shè)計了手動操作臺聲光報警和故障指示，同時在HMKA機界面）進行運行過程監(jiān)視，直觀的顯示故障點，使操作者根據(jù)故障信號查出故障并進行快速排除，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

人機界面，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，用來實現(xiàn)操作人員與計算機控制系統(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點數(shù)，使機器的配線標準化、簡單化，降低了系統(tǒng)的成本。