達利小塊鎳機組控制系統國產化研發與應用

李 婧

（金川集團股份有限公司，甘肅金昌 737103）

0 引言

達利小塊鎳機組是全進口設備，于2012 年投入使用，設計功能為2″、4″小塊鎳的剪切加工，機組單機功率為80 kW，總功率為400 kW。2014 年為滿足客戶對1″小塊鎳的需求，金川集團股份有限公司（下文簡稱為“公司”）開發了1″小塊鎳的剪切加工能力；2019 年8 月，因上海造幣廠需求，公司又開發了0.8″小塊鎳的剪切加工能力，這也是目前公司小塊鎳剪切加工主要設備。

1 機組存在問題

1.1 電氣部分

（1）達利機組控制系統使用的是西格馬泰克品牌PLC，不對非直接客戶進行技術支持，且封閉式程序及網關均未對公司開放，并設有密碼，出現疑難故障后，無法通過查看程序排查故障點，以郵件的形式與廠家進行交流，信息傳輸不便。由于時差原因，解決問題困難且耗時長。同時現場實際控制程序不能按照產能需求進行優化調試。

（2）廠家提供的網絡拓撲圖與現場實際網絡拓撲結構不同，且沒有提供原理圖，只能按照廠家提供的操作流程嚴格執行開機順序，后續整機的系統國產化和硬件優化無法進行。

（3）備件清單無規格、型號、圖紙等技術參數，且部分備件無替代產品，如PLC 模塊、稱重控制器、伺服驅動器等，通用性差。備品備件只能通過達利公司進行采購，價格昂貴、進貨周期長，造成備件成本高、滯存物資金額大，盤活困難。

1.2 設施、人員安全部分

由于現機組生產已不能滿足現場需求，整個生產過程中均需要人員頻繁地進入機組內部調整鎳板、遮擋傳感器、處理故障，長時間的非常規作業使安全風險增大，職工勞動強度也隨之提升。

2 達利小塊鎳機組控制系統國產化的研究內容

2.1 系統控制程序逆向分析

達利機組由4 臺剪板機、1 套取放裝置和1 套條料轉運系統組成，各個設備控制系統既獨立又相互配合。為完整地實現各個設備的動作及系統間的相互協調，需要對原有控制流程進行梳理分析，詳細拆解每一個動作步驟，具體執行線路為：生產流程程序化梳理→設備清單整理→動作及關聯關系拆解→控制流程梳理→邏輯關系驗證→輸入輸出定義→重新架構通信網絡→通信接口程序設計→主流程程序設計→硬件系統改造→程序測試及功能驗證→系統運行。

2.2 盤點梳理設備清單

由于達利機組控制系統有大量傳感器作為每一步動作到位的信號或限位保護的信號，驅動電機及執行機構的動作大部分也依賴傳感器。梳理傳感器功能及驅動電機的動作，是技術改造的首要任務。

2.3 機組動作流程及控制流程研發

達利機組的設備改造，一方面要完全復現原系統的動作及功能，另一方面要能根據實際生產需要，在設備能力允許的范圍內，對動作及工藝流程進行調整和升級。這就需要完全梳理清楚整個控制流程，掌握每一個傳感器、驅動器、執行機構的功能及其相互間的關聯關系，明確設備間的信息傳遞方式，在明確所有傳感器功能的基礎上，結合原設備控制程序、系統原理及設備實際生產過程的動作，研發出機組動作流程。圖1 為梳理出的部分流程。

圖1 梳理動作流程

2.4 網絡結構定義

根據改造后的硬件布置重新定義網絡結構，設置工業以太網交換機，利用星形網絡連接所有PLC 控制器、觸摸屏，使用Ethernet 協議實現所有控制器、觸摸屏的數據互聯互通，并預留網絡接入點，為今后的數據輸入、輸出擴展提供可能（圖2）。

圖2 拓撲結構

2.5 繪制系統原理圖，編制接線表

系統原理圖及接線表，是更換PLC 硬件的實施依據，更換硬件涉及到所有傳感器及驅動器的重新連線，也是保證系統穩定運行的基礎。由于原系統PLC 與新PLC 在硬件接口、I/O 點分布、通信形式上的不同，需要根據實際情況對傳感器的接線進行調整，重新定義I/O 點并編制接線表。圖3 為部分截取的接線表。

圖3 系統接線表（部分）

2.6 PLC 更換及程序開發

原控制系統為西格馬泰克品牌的PLC，廠家未開放系統權限，當設備發生故障時，只能根據上位機的簡單報警提示做出故障判斷，不能通過對程序進行實時監控來準確定位故障點。程序發生故障時，只能等待廠家人員來現場處理故障，或者通過遠程聯機進行故障診斷。將控制系統更換為臺達AS 系列PLC，并根據工藝流程重新編寫控制程序。當發生故障時，技術員可以通過程序運行狀態方便地查找故障點，并根據現場工藝條件對程序進行持續優化改進。結構化的程序設計既方便程序閱讀、理解設備動作邏輯，也方便應對工藝調整和控制程序變更。新的PLC程序如圖4 所示。

圖4 PLC 程序（部分）

2.7 人機交互界面

設備原上位機是定制產品，訂貨周期長、價格昂貴。且人機交互系統顯示的設備信息和故障信息非常少，操作人員無法通過人機交互界面全面了解設備的運行狀態，而且系統提供可修改的參數也非常有限，設備只能按照既定程序流程動作，無法靈活應對不同的生產需求。更換臺達觸摸屏后，重新開發了人機交互界面，操作人員可以直觀地查看系統的運行狀態。人機系統提供了完備的報警信息，使操作人員可以快速定位故障點，排除故障。手動模式使設備的操作更加靈活，大大降低人工勞動強度。開放的參數配置功能，使設備的動作更加靈活，能應對不同產品和工藝的要求。新的人機交互界面如圖5 所示。

圖5 可編輯人機交互界面

2.8 剪板機聯動工藝流程

創新研制剪板機聯動工藝流程，采用結構化的程序設計，將每一個動作控制程序獨立編程，打破原有修邊機的固定工作流程，實現修兩邊、修三邊以及修四邊的自由選擇。開發推板步長自由調節功能，操作人員可以根據不同尺寸要求編輯切割長度。通過調節取放裝置機械臂的動作距離和速度參數，合理搭配機械臂的動作，調節生產節拍，在只投入3 臺剪板機的情況下，達到原系統4 臺剪板機的加工速度，最大限度地發揮機組性能，以應對各種生產工藝的要求，同時為剪板機整體拆除、測繪、制作創造了條件。

3 應用前景及意義

達利小塊鎳機組控制系統的國產化研發與應用，提升了達利機組的智能化水平及運行效率，節約生產維護成本，降低作業風險，堆垛站及取放裝置故障率降低80%，條料輸送鏈條故障率降低50%，提升達利小塊鎳機組運行連續性，提高生產運行效率，減小維護維修難度。

通過本次技術改造工作，以改促學，公司技術員和部分職工接受了系統的程序編寫培訓，培養了一批懂程序、有技術的運修合一人員，提升公司自動化、智能化檢修維護能力，切實推了進產業工人隊伍升級工作，勞動方式也由原來的看護型崗位向現在的技術型崗位推進。同時，達利小塊鎳機組控制系統的國產化研發與應用，打破了技術壟斷，創建了開放自主的控制系統，為金川小塊鎳產品平穩有序生產提供保障。

4 結論

達利小塊鎳機組控制系統國產化研發與應用，經歷了“引進、消化、吸收、再創新”的過程，從源頭上解決了備件采購被壟斷、故障處理靠別人、機械損傷修不了的問題。