基于PLC與HMI程序設計的淋雨線節能改造

陳良銀

（安徽江淮汽車集團股份有限公司重型車分公司，安徽合肥 230601）

0 引言

隨著技術的進步，由PLC組成的自動控制系統在很多行業和領域都得到了廣泛的應用，PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器），HMI（Human Machine Interface，人機界面）及現場總線大量用于汽車的焊裝、涂裝以及總裝等車間。汽車總裝廠淋雨試驗線作為汽車總裝生產線的重要環節，對汽車密閉性指標的衡量有著重要意義。江淮汽車乘用車一工廠總裝淋雨試驗線采用國際標準的PLC，HMI，現場總線以及變頻器驅動系統，承擔著多種車型的下線淋雨試驗工作，該淋雨試驗線在不飽和生產時，噴淋與吹風系統存在設備浪費大量能源的問題。

1 淋雨試驗線

（1）淋雨試驗線結構組成。主要由輸送板鏈、淋雨室、噴淋系統、吹干系統、蓄水池、照明系統與控制系統等組成。見圖1。

（2）設備組成。驅動系統、噴淋系統、吹干系統與排霧系統。

（3）電氣控制系統組成。控制系統由可編程序控制器SIEMENS PLC S7-300，SIEMENS MP277觸摸屏、三菱E500變頻器、電源、液位控制器、執行元件、控制按鈕、壓力控制器、繼電器、接觸器、濾波器等組成。

2 存在的問題及原因分析

淋雨試驗線分為本地和遠程雙向控制，在自動狀態下，當線體上沒有車輛或很長時間沒有車輛上線時，板鏈、噴淋泵與吸霧風機及吹干風機仍然運行，設備空運行造成大量的水電浪費，尤其在淡季或不飽和生產的情況下更為突出。根據國際標準設計，淋雨試驗線在自動狀態下，如果長時間沒有檢測到車輛進入板鏈，線體驅動、噴淋泵與吸霧風機以及吹干風機將自動停機，系統進入等待狀態；待檢測裝置檢測到車輛進入板鏈時，以上各類設備再次自動轉入運行狀態。實際情況是該淋雨試驗線既沒有車輛檢測裝置也沒有相應的控制程序，在設計上存在缺陷。

3 優化設計方案的提出與實施

3.1 優化設計方案的提出與備件選型要求

（1）優化設計方案。在板鏈入口處安裝一對車體檢測光電開關，當線體自動運行時，負責對上線車輛進行檢測，實時進行計算，然后通過修改優化PLC程序實現上述設備的啟停切換以達到節能的目的。

（2）光電對射開關型號的選擇。由于雙板鏈與中間格柵以及兩邊蓋板的寬度＞2.5 m，且S7-300PLC輸入輸出電壓DC24 V，因此選E3Z-T81-L/D，DC24 V、接收距離5 m且可調的光電對射開關，既滿足接收距離的需要，也滿足PLC輸入輸出電壓和現場潮濕環境對安全的要求。由于車輛輪胎緊貼地面，完全可以阻擋對射開關的光線，因此，對光電對射開關固定支架的高度不作要求，只要固定支架強度滿足即可，選用普通U形槽鋼作為固定支架，備件材料見表1。

表1 備件材料清單

（3）根據現場I/O規劃，考慮原硬件配置中預留的輸入輸出點已經能夠滿足要求，不再增加I/O模塊。因此，將進車檢測光電開關信號接入輸入模塊I1.6輸入點，等待警示燈（黃色）接入輸出模塊Q16.0輸出點。

3.2 優化設計方案的實施

（1）在板鏈入口處安裝一對車體檢測光電對射開關（圖2）。

（2）程序設計。在PLC程序中增加車體檢測與響應以及設備啟停等待等控制功能的程序段（圖3），使系統程序更具科學性。

當線體自動運行時，入口處的車體檢測開關I1.6開始對上線車輛進行檢測，并且每一臺車體離開檢測開關后系統便開始計時，按照車輛正常上線頻率，前一臺車與后一臺車之間的時間間隔是2 min12 s，即檢測開關每隔2 min12 s就可以檢測到一次車輛信號；而噴淋區域剛好是4個停車位的長度（24 m），因此最后一輛車從離開檢測開關到駛出噴淋區域用時8 min 48 s，綜合考慮線速與其他因素，把等待時間暫定為10 min，10 min后或更長時間沒有檢測到車輛信號，系統將自動逐一關閉各設備，轉入等待狀態，同時，黃色等待警示燈開始秒閃。如果光電開關再次檢測到車輛信號，系統將會重新逐一啟動各設備，為了避免各設備同時啟動出現的大電流造成對電網的沖擊，程序中把兩種風機啟動間隔時間設置為10 s（圖4）。

為了便于修改和調整檢測等待時間，在MP277觸摸屏中增加了修改等待時間的程序，現場操作人員只要點擊觸摸屏，就可以隨時修改檢測等待時間（圖5），但時間的調整必須采用密碼管理。

4 方案驗證與經濟效益分析

4.1 方案驗證

為了驗證3個設計方案的科學性、合理性與可靠性，對整個項目進行綜合測試。在自動運行模式下，先讓板鏈空運行，然后把等待時間調至10 min，如圖5所示，10 min后系統開始動作。然后再把等待時間調整至5 min，5 min后系統再次動作。至此，整個項目的設計方案全部通過了科學驗證。

圖2 車體檢測光電對射開關

圖3 車輛檢測啟停與等待程序

圖4 風機啟動間隔時間程序

圖5 觸摸屏修改等待時間

4.2 經濟效益分析

按每條淋雨線以每天節電0.8 h，每度電為1元人民幣計算，2 條線每天節約電費：1×(15＋9×7.5)×0.8×2=132 元人民幣，每月生產22 d,每年共節電：22（每月生產天數）×12（每年月數）×132=34 848元人民幣；2條線蓄水池共有160 t水，改造后每天節水6 t，按每噸水3元人民幣計，每天節水18元人民幣計，每年節省水費：22（每月生產天數）×12（每年月數）×18=4752元人民幣。改造后每年水電共節省：34848+4752=39 600元人民幣。此次設計改造，不但為公司節省了大量的費用，同時也消除了部分隱患，節省人力物力，被評為乘用車公司年度優秀節能改造項目。

5 結語

通過對淋雨試驗線節能項目進行設計、改造與優化，并進行了長時間的跟蹤驗證，取得了良好的經濟效益與社會效益，為公司節省了大量的能源費用，同時也降低了隱患，提高了個人的創新能力，為類似的設備改造提供了借鑒作用。