[摘要]:介紹了利用組態(tài)軟件SIMATICWinCC編制程序的工控機(jī)為上位機(jī)，PCC（ProgrammableComputerController）可編程計(jì)算機(jī)控制器為下位機(jī)，以氣動(dòng)元件作為執(zhí)行元件的雷管皮帶自動(dòng)輸送打標(biāo)線；該生產(chǎn)線取代了打標(biāo)過程中的人工傳輸，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了打標(biāo)過程的人機(jī)隔離，大大提高了生產(chǎn)線的本質(zhì)安全，符合國家行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的指導(dǎo)意見。
　　[關(guān)鍵詞]:雷管生產(chǎn)線，輸送，PCC，可編程計(jì)算機(jī)控制器，組態(tài)軟件，分時(shí)多任務(wù)
　　
　　引言
　　近年來，國家為了加強(qiáng)民用爆炸物品的管制，要求在每一發(fā)雷管進(jìn)行編碼，即在雷管管體上雕刻上數(shù)字或字母。剛開始，有些廠家采用機(jī)械壓印，有些采用激光打標(biāo)，因?yàn)榧す獯驑?biāo)的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)械壓印，所以現(xiàn)在民用爆炸物品生產(chǎn)廠家基本上都采用激光打標(biāo)，而雷管是一種高度敏感的爆炸物品，所以必須在激光打標(biāo)過程中進(jìn)行人機(jī)隔離，因此我廠據(jù)此設(shè)計(jì)建立了一條電雷管自動(dòng)輸送打碼線。
　　1、雷管生產(chǎn)線流程介紹
　　生產(chǎn)線示意圖如圖1所示，輸送皮帶分上下層，將一定數(shù)量的雷管排放在模具上，通過輸送皮帶上層輸送到激光打碼處進(jìn)行激光打碼，然后將打碼后的雷管收回，將空模具通過輸送皮帶下層回送到排模工位。分8個(gè)排模工位，3個(gè)收模工位，各個(gè)工位之間、各個(gè)工位與輸送皮帶之間、輸送皮帶與激光打碼工位之間進(jìn)行防爆隔離。一個(gè)工位分上下兩個(gè)通道，上通道為送模，下通道為回模，通道與皮帶之間用氣動(dòng)防爆門進(jìn)行隔離，從各工位至皮帶及皮帶至各工位的動(dòng)作用氣動(dòng)實(shí)現(xiàn)，一個(gè)工位上有送模氣缸、回模氣缸、上關(guān)門氣缸、下關(guān)門氣缸、回模擋模氣缸，每個(gè)氣缸上有兩個(gè)位置檢測磁控開關(guān)，此外每個(gè)工位還有6個(gè)模具位置檢測開關(guān)。
　　激光打碼
　　
　　打碼模輸送皮帶前進(jìn)方向
　　
　　隔離墻
　　1號(hào)排模工位•••8號(hào)排模工位1號(hào)收模工位•••3號(hào)收模工位

　　圖1生產(chǎn)線流程圖
　　2、控制系統(tǒng)
　　控制系統(tǒng)由上位機(jī)（利用組態(tài)軟件SIMATICWinCC設(shè)計(jì)的監(jiān)控軟件）與下位機(jī)PCC可編程計(jì)算機(jī)控制器組成
　　2．1下位機(jī)的設(shè)計(jì)
　　根據(jù)工藝要求，由于工位較多且要求各個(gè)工位能夠獨(dú)立運(yùn)行，因此考慮采用分時(shí)多任務(wù)來完成各個(gè)工位的控制，同時(shí)由于輸入輸出點(diǎn)較多，因此選用奧地利貝加萊（B&R）工業(yè)自動(dòng)化公司的X20CP1484系統(tǒng)。X20CP1484系統(tǒng)屬于PCC可編程計(jì)算機(jī)控制器，常規(guī)的PLC大多依賴于單任務(wù)的時(shí)鐘掃描或監(jiān)控程序，來處理程序本身的邏輯運(yùn)算指令以及外部的I/O通道的狀態(tài)采集與刷新，整個(gè)應(yīng)用程序采用一個(gè)循環(huán)周期。與常規(guī)PLC相比較，PCC最大的特點(diǎn)就在于其引入了類大型計(jì)算機(jī)的分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)理念，并輔以多樣化的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)手段，由于分時(shí)多任務(wù)的運(yùn)行機(jī)制，使得應(yīng)用任務(wù)的循環(huán)周期與程序長短無關(guān)，而是由設(shè)計(jì)人員根據(jù)工藝需要自由設(shè)定，從而將應(yīng)用程序的掃描周期同真正外部的控制周期區(qū)別開來，滿足了真正實(shí)時(shí)控制的要求，而且這種控制周期是可以在CPU運(yùn)算能力允許的前提下，按照用戶的實(shí)際要求而做相應(yīng)設(shè)定。
　　2．2X20CP1484系統(tǒng)介紹
　　X20CP1484系統(tǒng)cpu采用Celeron266，它的循環(huán)時(shí)間最短為800μs仍然具有強(qiáng)大的性能。有32MBDRAM、1MBSRAM、可擦寫應(yīng)用內(nèi)存:CompactFlash、1個(gè)用于X20IF-模塊的插槽、2個(gè)USB接口、1個(gè)RS232接口、1個(gè)Ethernet接口10/100Base-T、、包括電源模塊、1POWERLINKV1/V2接口端子排TB12和插槽外罩、X20鎖片X20AC0SR1、由于X20CP1484系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可以大量擴(kuò)展輸入輸出模塊。
　　X20CP1484使用貝加萊PCC軟件系統(tǒng)，整個(gè)軟件系統(tǒng)可分為過程可視化接口(PVI)和AutomationStudio。PVI用于與上位機(jī)的通信，AutomationStudio則用于PCC的邏輯控制與運(yùn)動(dòng)控制等的編程。
　　本系統(tǒng)采用了19個(gè)12路數(shù)字輸入模塊X20DI9371、15個(gè)12路數(shù)字輸出模塊X20D09321。
　　3、控制程序
　　3．1排模控制
　　各工位人員只需將做好的排模放在推模位置，系統(tǒng)即可完成向生產(chǎn)線的自動(dòng)推模控制；推模時(shí)自動(dòng)判斷皮帶上狀態(tài)和安全門狀態(tài)，能防止在皮帶上發(fā)生碰撞和被安全門卡住情況發(fā)生回模能按一定的邏輯回送到各工位，自動(dòng)判斷工位是否空，在排模的送模、回模時(shí)自動(dòng)打開和關(guān)閉安全門實(shí)現(xiàn)與皮帶連接口隔離
　　3．2打碼控制
　　打標(biāo)前自動(dòng)判斷是否有模具準(zhǔn)備好，并向打標(biāo)區(qū)自動(dòng)輸送，打標(biāo)區(qū)的模具通過機(jī)械和電控配合精確定位，打標(biāo)完成后自動(dòng)送出；當(dāng)?shù)却�打�?biāo)模具超過規(guī)定數(shù)量時(shí)及時(shí)停止排模，當(dāng)打標(biāo)機(jī)出現(xiàn)異常情況皮帶輸送能及時(shí)停車，停車后開車時(shí)不出現(xiàn)激光打標(biāo)，即無模或異常情況后不能出現(xiàn)有激光打標(biāo)。
　　3．3收模控制
　　打標(biāo)后的模具可按工藝要求順序送到各收模工序自動(dòng)判斷各收模工位是否空、防止收模時(shí)碰撞回模時(shí)自動(dòng)判斷皮帶上狀態(tài)和安全門狀態(tài)，能防止在皮帶上發(fā)生碰撞和被安全門卡住情況發(fā)生在收模、回模時(shí)自動(dòng)氣缸打開或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)與皮帶連接口安全隔離。
　　3．4故障連鎖控制
　　在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，除了完成上述生產(chǎn)工序和連鎖控制外，系統(tǒng)還對一些重要設(shè)備故障進(jìn)行檢測，一旦發(fā)生故障，立即啟動(dòng)連鎖控制，首先保證系統(tǒng)安全，保證故障不再擴(kuò)大，在發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警，并記錄故障狀態(tài)，便于系統(tǒng)維護(hù)和故障原因分析，在故障排除后系統(tǒng)可以根據(jù)故障前狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行，恢復(fù)正常生產(chǎn)。
　　3．5程序流程圖(如圖2)
　　主程序
　　
　　
　　排模工位１排模工位２•••排模工位8打碼工位收模工位１收模工位２收模工位皮帶控制
　　圖2程序流程圖
　　各工位采用分時(shí)多任務(wù)，每個(gè)工位程序掃描時(shí)間為５0μs，程序如下：
　　CODE_CYCLIC
　　     (*程序運(yùn)行*)
　　      LD progrun
　　      ORN progrun
　　      ST zzBOOL0000
　　      ST progrun
　　      LD zzBOOL0000
　　      ST Q(*控制器故障，整個(gè)系統(tǒng)停止，系統(tǒng)停止后，必須通過啟動(dòng)按鈕重新啟動(dòng)*)
　　   LDN kzqok
　　      S xtzt
　　     •••
　　 END_PLC
　　END_PROJECT
　　4、 輸送打碼過程說明
　　以第8排模工位和第1收模工位為例，如圖3操作工將碼放好雷管的模具放置在P8J1（排好模位置檢測開關(guān)）位置，在P8J3（位置檢測開關(guān)）到P8J2（位置檢測開關(guān)）間隔內(nèi)沒有模具通過的情況下，P8Q2（排模工位隔離門氣缸）打開，P8Q1（排模工位推出氣缸）將模具推到皮帶上，然后P8Q1氣缸收回，P8Q2氣缸關(guān)閉。
　　模具經(jīng)過皮帶傳送到D1J2（位置檢測開關(guān)）處，如果D1J3（位置檢測開關(guān)）處沒有模具，則D1Q1（打碼工位橫推模氣缸）推動(dòng)模具從D1J2位置到D1J3位置。如果此時(shí)D1SU2處沒有打碼操作，那么打開D1Q3（打碼工位左隔離門氣缸）和D1Q4（打碼工位右隔離門氣缸），然后D1Q2（打碼工位輸送氣缸）將模具推到D1SU2位置。然后D1Q2氣缸收回，D1Q3和D1Q4氣缸關(guān)閉。接著開始打碼過程。打碼完成后，打開D1Q3和D1Q4，D1Q2推動(dòng)模具到D1J4位置，然后氣缸D1Q2收回，D1Q3和D1Q4關(guān)閉。D1Q5（打碼工位出模氣缸）將模具從D1J4位置推到D1J5位置。
　　模具到了S1J3（位置檢測開關(guān)）位置后，S1Q3（收模擋模氣缸）放下，當(dāng)模具到S1J2位置后，S1Q2（收模擋模隔離門氣缸）打開，S1Q1推動(dòng)模具到S1J1位置。然后S1Q1收回，S1Q2氣缸關(guān)閉。
　　操作工將雷管拿走后，將空模具放在S1J4（有空模檢測開關(guān)）位置處，在S1J6（位置檢測開關(guān)）到（S1J5位置檢測開關(guān)）間隔內(nèi)沒有模具的情況下，氣缸S1Q5（回空模隔離門氣缸）打開，S1Q4（回空模推出氣缸）將模具推到皮帶上，然后S1Q4收回，S1Q5關(guān)閉。
　　模具到P8J6（位置檢測開關(guān)）后，P8Q5（回空模擋模氣缸）放下，模具到P8J5（位置檢測開關(guān)）后，P8Q4（回空模隔離門氣缸）打開，P8Q3（回空模推模氣缸）推動(dòng)模具到P8J4位置，然后P8Q3收回，P8Q5打開，P8Q4關(guān)閉。整個(gè)過程完成
　　
　　
　　圖3輸送打碼過程圖
　　5、上位機(jī)的設(shè)計(jì)
　　5．1組態(tài)軟件選擇
　　組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。
　　在這里選用SIMATICWinCC，SIMATICWinCC是第一個(gè)使用最新的32位技術(shù)的過程監(jiān)視系統(tǒng)，具有良好的開放性和靈活性，適合工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；內(nèi)置有操作和管理功能，可簡單、有效地進(jìn)行組態(tài)；可基于Web持續(xù)延展，采用開放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡便；集成適用于工業(yè)領(lǐng)域。
　　5．2監(jiān)控軟件的功能
　　系統(tǒng)生產(chǎn)流程監(jiān)控：動(dòng)態(tài)顯示整個(gè)系統(tǒng)的工藝流程圖，如圖4，以畫面形式可以直觀地監(jiān)控到整條生產(chǎn)線的狀態(tài)，同時(shí)可對局部重要工藝流程提供更為詳細(xì)的顯示，屏幕窗口顯示打碼操作提示，以及當(dāng)前報(bào)警內(nèi)容等重要信息，以保證系統(tǒng)高效率運(yùn)行，參數(shù)
　　顯示和輸入。可根據(jù)生產(chǎn)需求更改系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置故障報(bào)警記錄，系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)在畫面相應(yīng)位置通過動(dòng)畫形式直觀反映出故障發(fā)生部位，并給出文字提示，然后自動(dòng)記錄故障名稱、發(fā)生時(shí)間等信息；
　　
　　圖4組態(tài)畫面監(jiān)控圖
　　
　　當(dāng)系統(tǒng)突然斷電時(shí)，所有數(shù)據(jù)及信息均保存于PLC控制器的存貯器中，恢復(fù)供電后，系統(tǒng)重啟后，用保存數(shù)據(jù)對過程狀態(tài)和各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行初始化，一切操作將繼續(xù)執(zhí)行，還具有生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以對各工位的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成和打印。
　　6、生產(chǎn)運(yùn)行總結(jié)
　　在本生產(chǎn)線投入使用之前，采用人工傳送模具，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，且存在著傳送過種中碰撞掉模的危險(xiǎn)，而且打標(biāo)效率低，在采用自動(dòng)打標(biāo)輸送線后，每分鐘可打標(biāo)打標(biāo)效率提高約50%，如表1。
　　表1改造前后打標(biāo)速度對比
　　　　
　　系統(tǒng)從投產(chǎn)到目前為止運(yùn)行已1年多，雷管打碼2000千多萬發(fā)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)監(jiān)控實(shí)時(shí)性好，故障報(bào)警和安全連鎖反應(yīng)快速可靠，產(chǎn)運(yùn)行表明，該監(jiān)控系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠，故障響應(yīng)及時(shí)，操作簡單方便，生產(chǎn)過程的模擬逼真，組態(tài)畫面豐富等特點(diǎn)，大大提高了生產(chǎn)的本質(zhì)安全，獲得了我廠廣大職工干部的充分好評，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
　　
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]西門子（中國）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).深入淺出西門子WinCCV6.北航出版社，2004.
　　[2]GB50087-2007.民用爆破器材工程設(shè)計(jì)安全規(guī)范.中國計(jì)劃出版社，2007,56~69.
　　[3]徐惠攀.基于PCC的水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).電力自動(dòng)化設(shè)備,2006,05,58~60.
　　[4]譚國俊.基于WinCC的主運(yùn)帶式輸送機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng).煤炭科學(xué)技術(shù),2006,09,11~14.
　　[5]朱小永.雷管激光編碼中的安全問題及其防護(hù).煤礦爆破,2006,04，17~19.