鋼管防腐廠側向出管交庫效率提升自控系統的研制

摘要：針對某公司鋼管防腐廠生產區與交庫區處于平行線上且相隔較近，生產線側向出管方式導致天車頻繁接管，影響吊管交庫效率的情況，設計了一套能夠提升交庫效率的自控系統。從總體架構設計、開合臺架電控設計、天車雙保險安全聯鎖控制設計、上位機系統設計等方面進行了闡述，可為同行業鋼管防腐廠側向出管交庫效率提升提供參考。

關鍵詞：鋼管防腐廠;交庫效率;自控

中圖分類號：TP273" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）24-0052-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.24.013

0" " 引言

某公司鋼管防腐廠部分建設受限于廠房用地長度，成品交庫區域與生產線廠房并不在一條直線上，而是在平行線上，且廠房出管區與交庫區距離較近。此類鋼管防腐產線的交庫，國內大多采取以下方式：在廠房最后一個工序沿廠房側面墻壁開門，設立一個側向臺架稍微伸出側面墻壁（2～3 m），成品防腐管在側向臺架上存儲，每存儲3根鋼管，交庫天車便需要移動至側向臺架，將側向臺架的幾根鋼管吊運至堆垛區儲存，之后天車將堆垛的鋼管吊運至發運貨車。

這種方式帶來的弊病如下：1）每當側向臺架上存儲了幾根鋼管后，天車就必須及時移動至側向臺架區域，將臺架上的幾根鋼管吊運至交庫堆垛，當生產節奏較快時，天車來不及吊運，側向臺架就會滿管堵塞使得生產線暫停。2）由于天車頻繁運動去執行吊運臺架鋼管至堆垛的任務，天車保養維護周期縮短。3）天車吊運堆垛鋼管至發運車上的時間較為緊湊，總體吊運發貨交庫效率低下。

觸摸屏是一種電腦輸入設備，是最簡單、方便、自然的人機交互方式，因而在工業控制中逐漸得到廣泛應用。隨著計算機控制技術的不斷發展，可編程邏輯控制器（PLC）的應用也不斷普及，成為自動化技術的重要組成，其中西門子系列的PLC在我國的自動控制應用中占比很大[1]。本文所設計的能夠提升側向出管交庫效率的自控系統便是以觸摸屏與S7-300 PLC以太網通信的方式來實現，以解決相關技術中側向臺架存儲鋼管數量少，導致天車需要在堆垛和發運位置間頻繁切換，總體吊運發貨交庫效率低下的問題。

1" " 總體架構設計

圖1為本公司交庫區改造前的狀態，由于生產區與交庫區相隔較近，出管臺架伸出的長度不能過長，實際只能存儲3根成品防腐管。為不堵管停機影響生產，天車需要實時移走圖1中出管臺架上的3根鋼管，之后天車才有時間去執行將堆垛鋼管吊運至發運車的任務。

圖2為改造后總體架構。在臺架1端部設立可旋轉連接桿，該連接桿由可伸縮電動推桿連接，連接桿下面水平位置安裝有平置傳感器，連接桿垂直位置下面安裝有豎置傳感器，天車行走輥輪外罩上安裝有中止運動傳感器，操作臺安裝有操作工提示無線發射器，天車操作室安裝有無線接收器，總體控制使用西門子S7-300 PLC作為控制核心。在PLC控制方式下，設計出硬件電路、繪出順序功能圖、編制PLC梯形圖相應程序，實現多種控制方式[2]。

效率提升原理：當臺架1上累積鋼管鋪滿后，按下操作控制柜的“臺架豎置”按鈕，該按鈕信號被PLC CPU獲取，PLC CPU發出指令由PLC DO模塊中轉給繼電回路，繼電回路發出信號給西推板電機、東推板電機，使西推板電機、東推板電機產生伸出動作，推板電機的推桿通過耳軸推出電動連接桿，電動連接桿運動到豎置位置后，豎置限位傳感器感應到的信號反饋給PLC，PLC綜合信號與程序判斷，發出指令中止給西/東推板電機運動，此時臺架1與臺架2通過電動連接桿連通，臺架1上的鋼管可以輸送至臺架2進行儲存。由于臺架2較長，可存儲較多數量鋼管，天車可等臺架2存滿成品防腐管后，再過來取管，其他時間可去執行發運吊裝任務，從而提升吊運發貨效率。

2" " 開合臺架電控設計

對比圖1與圖2，改造后的開合臺架由臺架1、電動連接桿、臺架2組成。其中臺架2有一定的傾斜度，便于鋼管在其上滾動。電動連接桿使用兩線制直流電機帶動，電動連接桿的控制有兩點較為重要：

1）由于其為兩線制直流電機驅動，為節約成本，采用簡易的開關電源外加繼電控制回路控制，未使用直流變頻器控制。實際調試過程中，圖3的控制驅動電路出現過直流電機換向斷電瞬間產生的反向電動勢多次把直流開關電源燒壞的情況，為此，特采用圖4所示驅動換向繼電電路解決了問題。

2）根據現場工況、電動連接桿的位置狀態，只能有平置和豎置兩種狀態，連桿處于中間位置的狀態是不允許的，因為當天車需要運動至臺架2進行倒管時，連桿若處于中間狀態，則存在撞斷連桿的可能。這個需要在程序上進行處理，實時監測連桿的位置，電動連接桿的控制程序如圖5所示。

之所以強調圖5中的中間狀態監視，是因為連桿處于旋轉過程中，天車工無法看到這個區域的情況，需要通過PLC信息判斷來達到限制天車向連桿運動的效果。該控制系統需要根據I/O分配正確連接PLC控制系統外部硬件接線，進行PLC控制系統的模擬靜態調試[3]。

3" " 天車雙保險安全聯鎖控制設計

采用圖2的機電架構，讓臺架和天車協作交庫時，要尤為注意天車的行走安全和防碰撞設計?，F場實際工況如下：當電動連接桿閉合時，產線出管臺架1上的鋼管需要經過電動連接桿輸送至臺架2，此過程禁止2臺天車移動橫跨臺架2，否則會出現天車撞斷電動連接桿的情況。為此，采用兩路安全聯鎖控制設計，讓其同時起作用。

第一路：采用一個有別于常規感應聯控的機制，常規機制是傳感器與感應對象二者中一個運動一個靜止，這里是二者均可運動。如圖2所示，在距離電動連接桿豎向位置6 m的地方設立一個電動推板作為感應對象，東西方向各一個，通過此電動推板的伸/縮來接近/遠離電磁傳感器（實際上，天車的底部橫梁側面是安裝有電磁傳感器的，該傳感器未在圖中顯示，位置大概在圖2中無線接收器旁），從而中止/放行天車橫跨電動連接桿。此路安全聯控邏輯框圖如圖6、圖7所示。

第二路：在控制柜里設立無線發射器，當圖2中的開合臺架豎置傳感器感應到開合臺架后，發射無線信號至天車操作室，天車操作室接收器接收信號后，驅動相關指示燈亮起，提醒操作人員天車下面開合臺架處于閉合的狀態，此時禁止天車橫跨電動連接桿。

4" " 上位機系統設計

從減少操作人員的角度出發，此電控裝置的控制柜放置于圖2中的室內位置，與現場原本存在的輥道操作臺共用一個操作人員。為便于室內操作人員及時獲取室外電動連接桿及天車感應推板的位置，特進行了上位機系統開發，以便進行室外現場情況的實時監控。上位機采用昆侖通泰MCGS國產屏進行開發，采用Profinet協議與西門子PLC300進行數據通信交互。

根據車間需求，需要用觸摸屏保存近2個月內天車、現場臺架等現場狀態數據，且可調出查看，即現場數據保存功能及查看追溯功能。由于選用的觸摸屏是MCGS國產屏，其對應的開發軟件為MCGSE V7.0版。MCGSE V7.0版開發數據保存功能，首先需要先在此開發平臺里建立存盤數據組并進行相關存盤周期、位置等設置，如圖8所示。

完成圖8步驟后，需要在軟件開發平臺的“運行策略”中編制相關存盤控制語句，采用vb scrpit語言進行編制。

//控制柜啟動信號=1開啟存運行存盤數據組存盤

IF 啟動信號=1 THEN

！SaveData（運行存盤數據組）

ENDIF

//存盤2個月清零

IF time2=86400 THEN

！DelSaveDat（運行存盤數據組，86400）

ENDIF

查看歷史數據功能，采用開發平臺的“歷史數據表格”控件進行設計，如圖9所示。

按圖9進行相關配置后，通過如下語句即可實現查看：

！SetWindow（查詢日期條件，歷史數據窗口）

5" " 結束語

本文對能提升鋼管防腐廠側向出管交庫效率的自控系統從總體架構設計、開合臺架電控設計、天車雙保險安全聯鎖控制設計、上位機系統設計等方面進行了闡述，系統已在該公司穩定運行使用，可為同行在此方面的改造設計提供借鑒。

[參考文獻]

[1] 萬勝前.TPC7062K與S7-300 PLC以太網通訊的實現[J].鄂州大學學報，2017，24（4）：101-103.

[2] 胡瑞玲.基于PLC和MCGS的帶式輸送機監控系統設計[J].時代汽車，2020（15）：115-116.

[3] 趙麗.基于液體混合裝置PLC控制與MCGS監控系統設計及實現[J].電子世界，2020（11）：193-194.