傳統安全繼電器控制的安全方案
然而,隨著總線系統的日趨普及,所以出現針對自動控制PLC的安全技術、安全通信產品和安全的解決方案,到目前為止,自動化的安全產品日趨完善,相關的安全技術也日臻成熟。由于其靈活性,操作及復位方式簡單,診斷更方便,并且符合所有的安全規范所要求的安全等級,目前在過程自動化和機械自動化中的應用越來越廣泛,如下圖所示:
基于安全PLC控制的安全方案
歐美國家在自動化安全方面的研究發展包括相應的安全標準和規范的歷史已經有30余年。在工業安全方面也有著相應成熟的標準和技術方案。比如說國際性功能安全的基本標準 IEC 61508,是“涉及到電氣/電子/可編程電子系統安全的功能性安全”標準,它充分考慮了電氣裝備功能安全的要求,且包括基本原則與方法,在2007年,它也已經轉化為我國的國家安全基本標準 GB20438。它將安全的有效性要求(安全性能)根據相關風險進行了分級。該分級標準的安全級別稱為安全完整性等級 Safety Integrity Level,用來計算安全功能危險失效的概率,由低到高被劃分為SIL1到SIL3(SIL=Safety Integrity Level)。
當沒有SIL等級要求時,每小時產生危險故障可以認為是在104小時和10 5小時之間,意味著1年到10年的時間內產生 1次危險故障;當SIL等級為SIL3時,每小時產生危險故障可以認為是在107小 時和108小時之間,意味著1千年到1萬年的時間內產生1次危險故障。其實,這里的概念并不是指多少年會發生一次故障,而是說的一個概率的概念,就像交通工具中飛機發生事故的的安全概率要比其他交通工具的低很多一樣,即一個SIL3級的安全系統比一個無安全要求的系統發生危險的概率要低非常多,用以滿足在設備或系統運行周期內無風險的要求。
所以,要實現構建一個故障安全系統,首先需要這個系統中的設備和子系統都支持要求的SIL等級的規范。符合這個SIL 等級規范的模塊和產品是由TV這個安全認證機構來進行認證的,說明相應的安全模塊所能支持的安全SIL等級。西門子所提供的安全產品都有其相應的 TV 的認證證書,標明它能夠支持到的安全等級。
如表2 的分類,安全系統主要分為三個子系統,安全信號的檢測,安全信號的分析和處理及安全信號的響應。本系統從安全系統圖的三個子考慮,達到設備安全目的。故障-安全設計應保證故障不影響系統,或使系統不會造成損害。在大多數實踐中,這種設計使系統發生故障時停止工作。在任何情況下,故障-安全設計的基本原則是:
● 保護人員的安全;
● 保護環境,避免引發爆炸、火災等災害;
● 防止設備損壞;
● 防止降低或喪失使用性能。
讓設備自動
自動化技術廣泛用于工業、農業、軍事、科學研究、交通運輸、商業、醫療、服務和家庭等方面。采用自動化技術不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環境中解放出來,而且能擴展人的器官功能,極大地提高勞動生產率,增強人類認識世界和改造世界的能力。是指機器或裝置在無人干預的情況下按規定的程序或指令自動進行操作或控制的過程。因此,自動化是工業、農業、國防和科學技術現代化的重要條件和顯著標志。美國機械工程師D.S.哈德最先提出“自動化”一詞,并用來描述發動機汽缸的自動傳送和加工的過程。50年代,自動調節器和經典控制理論的發展,使自動化進入以單變量自動調節系統為主的局部自動化階段。60年代,隨著現代控制理論的出現和電子計算機的推廣應用,自動控制與信息處理結合起來,使自動化進入到生產過程的最優控制與管理的綜合自動化階段。70年代自動化的對象變為大規模、復雜的工程和非工程系統,涉及許多用現代控制理論難以解決的問題。這些問題的研究,促進了自動化的理論、方法和手段的革新,于是出現了大系統的系統控制和復雜系統的智能控制,出現了綜合利用計算機、通信技術、系統工程和人工智能等成果的高級自動化系統,如柔性制造系統、辦公自動化、智能機器人、專家系統、決策支持系統、計算機集成制造系統等。21世紀以后,特別是近幾年,機械自動化檢測、分類、生產、包裝、印刷,已經廣泛應用于工廠。提高工業效率、減少成本,為中國現代工業的發展做出了巨大的貢獻。本方案中,設計自動控制的包括:桁架機械手自動取絲餅,自動稱重,并與絲餅在線式毛刺檢驗設備對接,絲餅自動輸送,機器人自動抓取掛絲,AGV小車自動取空車與自動運絲,AGV小車自動充電系統,標簽自動生成與打印、貼標系統、紡絲設備對接系統、AGV小車對接信息管理系統等。
桁架機械手自動取絲餅
系統采用自主設計研發的桁架機械手完成自動取絲餅,并自動將取出的絲餅掛在絲餅輸送線上。每個桁架機械手由4~5軸伺服驅動運行。系統與巴馬格或TMT設備對接。對接信號要求:
序號 紡絲設備 自動落絲系統
1 紡絲完成信號(輸出) 接輸入
2 允許落絲信號(輸入) 輸出給紡絲系統
3 落絲完成信號(輸出) 接輸入
落絲流程:纏絲設備纏絲完成后,告知自動落絲系統,自動落絲系統的桁架機械手在X軸方向,走到對應的紡絲工位,系統走Z軸方向下降,下降至紡絲工位,告知紡絲系統允許落絲信號,紡絲設備將4卷(細旦絲為8卷)絲餅退出,轉移至接絲部件中。絲餅退出完成后,紡絲設備給出落絲完成信號。桁架機械手在X軸方向上升,檢測輸送線上對應位置是否有絲餅,如果沒有,則將取到的4或8個絲餅依次掛在輸送線上的掛鉤上。并根據對應掛鉤上的條碼,在PLC控制器內存中記錄數據,便于后續標簽打印系統的調用。在SQL數據庫中,記錄絲餅的信息,后續可查找,包括質量追溯。
自動落筒,目前國內外常見有以下幾種解決方案:
采用自動落筒小車:
自動落絲車應用圖
分析:地面上需要設計軌道,工業絲在繞絲過程中會出現斷絲現象,操作工需要過程參與,在多個工位中移動,存在人員安全問題,取絲效率問題,故該方案在這里是不可取的。
采用磁軌或無軌AGV自動落筒:
磁軌AGV自動落筒應用圖
分析:該方案適于無需人工參換紙筒操作的場合。雖然地面上不需要設計軌道,但工業絲在繞絲過程中會出現斷絲現象,操作工需要過程參與,在多個工位中移動,存在人員安全問題,取絲效率問題,故該方案同樣不可取。與之相類似的是有軌自動落筒小車方式,同樣不可取。
本設計方案中涉及產品,核心部件,元器件,原材料均采用成熟穩定的國際知名品牌:
PLC選用1500西門子高度的故障安全型S7-1515F作為主控制器
低壓電氣件采用:施耐德、西門子、歐姆龍
檢測傳感器采用:SICK,歐姆龍,松下
機器人選用庫卡KUKA
產品輸送線和桁架機械手伺服電機與伺服控制器,減速機選用西門子
旋轉平臺采用西門子變頻器,電機選用SEW
工控機:西門子
觸摸屏:西門子
視覺系統:康耐視
氣動部分:SMC
AGV小車:海康,主要部件P+F
軸承,絲杠:SKF
設計制造過程嚴格按相關行業標準執行。
設備中所有使用的貨物均通過其他實際項目驗證,具備長期穩定、可靠。
設備技術性能參數描述
桁架機械手HH-GYS01~ HH-GYS03
驅動模塊 X軸 推料軸 Z軸
行程 5200mm 1200mm 2000mm
重復精度 0.1mm 0.1mm 0.02mm
減速機 5:1 5:1 3:1
電機類型 伺服馬達 伺服馬達 伺服馬達
電機位置 左 左 頂部
額定相電壓 3相 3相 3相
導向裝置負載 21% 25% 21%
驅動負載 7% 6% 23%
軸負荷 0% 0% 45%
桁架機械手HH-XDS01
驅動模塊 X軸 推料軸 Z軸
行程 11500mm 1200mm 2000mm
重復精度 0.1mm 0.05mm 0.1mm
減速機 3:1 5:1 3:1
電機類型 伺服馬達 伺服馬達 伺服馬達
電機位置 左 左 頂部
額定相電壓 3相 3相 3相
導向裝置負載 21% 25% 21%
驅動負載 7% 6% 23%
軸負荷 0% 0% 45%
桁架機械手HH-XDS02
驅動模塊 X軸 Y軸 推料軸 Z軸 旋轉軸
行程 11500mm 4200mm 1200mm 2000mm 180度
重復精度 0.1mm 0.1mm 0.05mm 0.1mm 0.1度
減速機 3:1 3:1 5:1 3:1 3:1
電機類型 伺服馬達 伺服馬達 伺服馬達 伺服馬達 伺服馬達
電機位置 左 左 左 頂部 頂部
額定相電壓 3相 3相 3相 3相 3相
導向裝置負載 21% 21% 25% 21% 10%
驅動負載 7% 7% 6% 23% 18%
軸負荷 0% 20% 0% 45% 45%
工業絲絲餅輸送線HH-SSX01
滿足12個工位絲餅輸送前端配合機器人協作作業節奏。
細旦絲絲餅輸送線HH-SSX02
滿足8個工位絲餅輸送前端配合機器人協作作業節奏.
機器人
采用KR 60-3,KR60-3 就像是位行為藝家它形同拳頭的工作空間為應用領域提供了節省空間的設備方案。
負荷 負荷 60千克
附加負荷 35 千克
工作范圍 最大作用范圍 2033毫米
軸數 6
重復精確度 <±0.20毫米
重量 665千克
安裝位置 可變
AGV
功能特性
?自主定位導航,采用慣性導航、視覺導航等技術實現精確定位。
?柔性運動控制,采用雙輪差速驅動,支持前進、后退、旋轉等運動控制,運動過程平滑柔順。
?智能電源管理,支持多等級電量閥值控制,低電量時自主充電,完成充電后自主返回工作。
?多重安全防護,支持前遠距離檢測,前近距離檢測,前碰撞檢測,前/后急停按鈕等多級安全防護,實現安全可靠的運動控制。
?大型貨物搬運,支持 1000kg 貨物舉升、搬運、旋轉、下放。
?設備狀態指示,通過三色指示燈、數碼管,提示電量、設備狀態等。
?無線網絡通信,支持 WIFI 網絡通信和無縫漫游,網絡覆蓋區域無障礙運行。
系統參數
尺寸(mm) 1120(L)890(W)300(H)
自重(kg) 350
最大舉升高度(mm) 60
額定負載能力(kg) 1000
額定運行速度(空載)(mm/s) 1000
額定運行速度(額定負載)(mm/s) 1000
額定加速度(空載)(mm/s2) 60
額定加速度(額定負載)(mm/s2) 300
導引定位精度(mm) ±10
停止角度精度(°) ±1
停止位置精度(mm) ±10
電池額定電壓(V) 48
電池容量(Ah) 30
充電循環次數(次) 完全充放電1500
額定工況下工作時間(h) 8
充電時間(h) 完全放電后充電時長≤1.5
激光避障 前置激光避障
碰撞條檢測 前置碰撞條檢測
急停按鈕 前/后急停按鈕
機器人路徑引導系統:
采用康耐視DIS8402-max視覺檢測系統,相機采用200萬像素智能相機系統,DIS8402-MAX視覺引導系統,包含:光源,鏡頭,相機,相機線材,光源控制器,相機采用Profinet方式通訊。
系統組成
按照提供的設備劃分:
主要設備介紹:
控制所需電氣設備介紹
系統采用西門子TIA平臺,全集成自動化(TIA) —— 是落實數字化智能制造的第一步。
全集成自動化(TIA) 基于西門子豐富的產品系列和優化的自動化系統,遵循工業自動化領域的國際標準, 著眼于滿足先進自動化理念的所有需求, 并結合系統完整性和對第三方系統的開放性, 為各行業應用領域提供整體的自動化解決方案。 全集成自動化以一致的軟件和硬件接口,可實現與運營層、 管理層數據的無縫集成。
●總控制器采用西門子1500系列中CPU 1515F-2 PN,該控制器通過了EN61508(電氣功能性安全標準),符合IEC62061中的SIL 3級安全應用標準,以及ISO 13849中PL e級安全應用標準。指令執行時間:位運算30ns,字運算36ns,浮點運算192ns,集成100Mbps RJ-45以太網,最大支持32G裝載存儲器(SIMATIC存儲卡)
控制器產品定位
●現場采用西門子觸摸屏SIMATIC HMI KTP900 BASIC
9” TFT 顯示屏,800 x 480 像素,64K 色;按鍵和觸摸操作,8 個功能鍵;1 x PROFINET,1 x USB
觸摸屏
實際項目中,進行HMI 操作面板與 SIMATIC PLC 之間的時鐘同步組態。解決多個HMI 操作面板和 SIMATIC 控制器等組件在同一工廠工作時具有相同時間。
●PLC+HMI+KUKA機器人
SIMATIC S7-1500 控制器和 KUKA 工業機器人通過 PROFINET 連接進行通信。SIMATIC 控制器和機器人通過此連接完成所有命令和狀態信息交換。
機器人與PLC高度集成圖
采用并聯柜方式,與MCC柜組合安裝。產品參數如下:
材料 箱體架:鋼板,1.5mm
頂蓋:鋼板,1.5mm
門:鋼板,2.0mm
后壁:鋼板,1.5mm
底板:鋼板,1.5mm
安裝板:鋼板,3.0mm
表面 門,頂蓋和后壁,箱體架:噴塑,安裝板和底板:鍍鋅
顏色 RAL 7035
防護等級 IP55
尺寸 寬度:800mm
高度:2200mm
深度:600mm
安裝板 寬度:699mm
高度:2096mm
重量 194kg(未安裝電氣件情況下)
●MCC柜
MCC(Motor Control Center)柜柜體同PLC柜,與PLC柜并聯安裝。管理現場設備的動力電源。
●工控機(工程師站)
安裝博圖TIA V14.0軟件與WINCC V7.4組態軟件,編輯PLC程序,維護控制系統。
按照系統功能劃分:
系統整體工作流程
]]>關于浸膠系統,我公司目前在技術可以做到如下幾點:
1、根據配方設置做到專人管理,操作工只需知道配方代碼,目的是配方的保密。
2、罐體內部加有噴淋裝置,做到自動清洗罐體,清洗的水溶液可以作為低純水原料繼續使用,目的是避免罐體內壁結皮并且降低排污。
3、反應釜,儲罐,高位槽以及成品膠罐做到全密封,在進出料時有氣動球閥自動打開排氣(包括甲醛,氨水罐體),目的是減少膠液以及原料與空氣接觸氧化同時也可以做到環保,外排時間少。
4、 ?在反應的過程中,考慮整個反應是升溫的過程,通過冷凍水以及加熱器,做到瞬間降溫,確保反應在28度,另外通過加熱器保證膠罐的成品膠在恒溫下保存。目的是滿足在反應中不受高溫影響改變原料的化學變值。
5、就甲醛的特殊性,低溫下結晶,在技術做了保溫處理,保證溫度一直在15度左右。解決了管路以及泵的結晶難題等等。。。
? ? 在整個生產中,以上的工藝是全自動的,根據每個客戶以及工藝自行設定參數。稱重部分精度是1/3000,溫度是正負2度。
]]>其一,承載重量極限,地磅設備并不是可以無限完成稱重,設備在設計過程是存在的極限,大家在進行使用環節就一定要全面了解到設備承載重量走勢,減少損壞情況發生,讓稱重設備性能可以充足得到展現,全面了解到設備使用說明是可以起到很大解決效果,通過廠家產品說明來對使用注意細節得到了解,這樣工作人員在使用環節就不會出現損壞情況。
其二,操作正確性,由于現在地磅設備更加智能,多數是跟智能軟件相互結合使用,工作人員在使用環節對兩者都需要展開必要了解,從而得到操作正確性,減少設備性能丟失情況發生。
]]>(2)正常開機后稱重成果偏輕或許側重。
解決辦法:依照運用說明書進行電子吊秤從頭標定。假如標定結束后疑問依然沒有得到解決,應當思考傳感器已被損壞。
(3)稱重結束后,取下稱重物是顯示器不歸零。
解決辦法:上述情況應當是線路破損致使信號衰減,仔細查看電子吊秤數據線是不是有破損情況,如有應當及時替換。
(4)稱重是顯示器顯示的數字不穩定。
解決辦法:查看是不是吊秤置于水平面,從頭調整其方位。
(5)翻開電源后,電子吊秤顯示器無反響。
解決辦法:仔細查看電源連接線是不是無缺,顯示器連接線是不是無缺,發現破損立即替換即可。