重型汽車前軸鍛造生產(chǎn)線由于涉及設備較多，工序較長。而實現(xiàn)此類生產(chǎn)線的自動化控制，則需要處理的信息量較大，過程繁瑣。下面以前軸鍛造為例，對自動化鍛造生產(chǎn)線的控制進行分析。

前軸鍛造工藝過程與生產(chǎn)線主要設備配置

前軸鍛造的工藝過程為：料段加熱、輥鍛制坯、壓彎、預鍛、終鍛、切邊、校正。

圖1 前軸鍛造工藝過程流程圖

所需設備為：中頻感應電爐、φ930mm自動輥鍛機、120MN熱模鍛壓力機、16MN切邊壓力機、20MN液壓校正機、機器人及石墨站、毛邊輸出鏈、鍛件輸出懸掛鏈等。其他必備的壓縮空氣、水（軟化水、自來水）、電、天然氣等。

實現(xiàn)鍛造生產(chǎn)線自動化的條件

前軸鍛造生產(chǎn)的步驟:人工上料→感應加熱→輥鍛機自動輥鍛制坯→壓彎→預鍛→終鍛→切邊→校正。

生產(chǎn)線區(qū)域劃分

為簡化通訊便于控制，對生產(chǎn)線進行區(qū)域劃分：⑴電爐區(qū)域，該區(qū)域包括人工上料、中頻電爐，屬于半開放區(qū)；⑵輥鍛區(qū)域，該區(qū)域包括自動輥鍛機及機械手、1號機器人；⑶鍛造區(qū)域，鍛造主機、噴淋機器人及石墨站、2號機器人、4號機器人；⑷切邊區(qū)域，切邊壓力機、5號機器人；⑸校正區(qū)域，20MN液壓校正機、6號機器人；⑹懸鏈區(qū)域，毛邊輸送鏈、鍛件懸掛鏈。

自動化控制的初始條件

自動化控制的初始條件如表1所示。

表1 自動化控制初始條件

設備名稱	運行模式	運行狀態(tài)
生產(chǎn)線全部急停	-	OFF
生產(chǎn)區(qū)域門鎖	-	ON
機器人	自動模式	等待位
鍛造主機	自動模式	滑塊位于上死點位置
切邊機	自動模式	滑塊位于上死點位置
液壓校正機	自動模式	滑塊位于上死點位置
鍛件輸送裝置	自動模式	等待位
全部接料臺	-	清空

編制流程圖

實現(xiàn)自動化鍛造生產(chǎn)的控制順序如圖2所示。

圖2 實現(xiàn)自動化鍛造生產(chǎn)的控制順序

自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡與配置

硬件部分

生產(chǎn)線采用西門子profibus現(xiàn)場總線技術，由工控機、主站PLC、設備從站PLC及通信模塊組成，總線控制系統(tǒng)分為兩層：上層為車間監(jiān)控層，由以太網(wǎng)控制，用來完成車間主生產(chǎn)設備之間的連接，實現(xiàn)車間級設備的監(jiān)視和主控；下層為現(xiàn)場設備層，profibus-DP控制。通過以太網(wǎng)路由器PLC與總控交換機、人機界面進行信息共享，實現(xiàn)人機交互，從站PLC連接分布式遠程IO、智能信息傳感器數(shù)據(jù)采集、變頻器等驅(qū)動裝置的DP通信。通過每臺設備中DP耦合器，各設備控制系統(tǒng)PLC完成與主控PLC的接口通信，從而實現(xiàn)控制和監(jiān)視現(xiàn)場設備的實時運行狀況，并由總控PLC來分發(fā)信號，以此達到生產(chǎn)線各級設備信號的快速傳遞和功能連鎖等功能。

⑴主控PLC的系統(tǒng)配置組態(tài)。

主站控制系統(tǒng)采用Siemens S7-319F故障安全型CPU為主控制器，總線上所有設備的生產(chǎn)工藝控制程序存儲在主站中，并由主站執(zhí)行。主站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 主站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

⑵從站PLC的系統(tǒng)配置組態(tài)。

以生產(chǎn)線中從站中頻感應爐為例，作為生產(chǎn)線的源頭供應，該部分起著至關重要的作用，設備信息要同時反饋至下一工序輥鍛機和總控，以便后續(xù)設備可以及時作出響應。從站PLC硬件組態(tài)如圖4所示。

圖4 從站PLC硬件組態(tài)

⑶DP-DP耦合器的應用。

Siemens的DP/DP Coupler作為一種網(wǎng)絡耦合器，配有2個獨立的DP接口，用于連接兩個物理上相互獨立的profibus-DP網(wǎng)絡。DP/DP Coupler在其兩側(cè)DP網(wǎng)絡中都作為從站工作，以從站的方式將一側(cè)網(wǎng)絡上的主站數(shù)據(jù)傳送給另外一側(cè)網(wǎng)絡上的主站。使用DP/DP Coupler組建的多主站profibus-DP系統(tǒng)，網(wǎng)絡狀態(tài)穩(wěn)定，通信可靠，容錯性能好，在任何一條網(wǎng)絡出現(xiàn)故障后，也不會影響其他網(wǎng)絡的正常工作。

⑷工控機實現(xiàn)上位監(jiān)控及與故障診斷。

工控機系統(tǒng)主要負責生產(chǎn)信息的管理及生產(chǎn)線的實時監(jiān)控，現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)，控制系統(tǒng)參數(shù)的顯示，均以圖形或數(shù)字形式幫助操作人員及時掌握生產(chǎn)線的信息。同時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將生產(chǎn)現(xiàn)場相關數(shù)據(jù)進行采集分類，并將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫，供技術人員對統(tǒng)計、品質(zhì)等方面的分析。

軟件部分

軟件部分由PLC組態(tài)編程軟件和工控機組態(tài)軟件共同組成。

⑴PLC應用軟件。

采用Siemens step 7 V5.5完成硬件組態(tài)、參數(shù)設置和特殊模塊GSD文件的導入，通過軟件編程來實現(xiàn)設備的控制過程。step 7組態(tài)編程靈活方便，在線調(diào)試、仿真功能先進，模塊化的編程模式為程序設計提供了較好的技術支持。

⑵工控機組態(tài)軟件。

采用Siemens WINCC 7.0組態(tài)軟件，集控制、人機界面、數(shù)據(jù)系統(tǒng)等技術于一體，集成各種通訊接口，可以和各種智能設備互相通訊。工業(yè)以太網(wǎng)將各個設備信息快遞給工控機數(shù)據(jù)系統(tǒng)，通過WINCC組態(tài)界面，清晰的將數(shù)據(jù)、報警、統(tǒng)計等信息顯示，從而實現(xiàn)整個生產(chǎn)線的自動化控制。

監(jiān)控系統(tǒng)

控制系統(tǒng)必須實時掌握生產(chǎn)線內(nèi)各執(zhí)行單元的運行狀態(tài)。因此，必須建立監(jiān)控系統(tǒng)，包括功能監(jiān)和工藝監(jiān)控。

功能監(jiān)控

用于收集設備信息， 功能監(jiān)控信息定義為一般信息、報警信息和錯誤信息。針對不同級別的信息，要制定相應的處置制度。

⑴一般信息。

為操作人員提供的生產(chǎn)線尚未進入生產(chǎn)狀態(tài)的工作參考，例如在連線時，當某個單元不能啟動時（例如，泵、主電機或控制系統(tǒng)），屏幕上就會出現(xiàn)該信息。如果信息起因發(fā)生了變化，則消息會自動在屏幕上消失。 一般性信息處置方式為：自動記錄，班后匯總，定期維保時集中處理。表2所示為常見一般信息。

表2 常見一般信息

信息編碼	顯示內(nèi)容	電氣名稱	分程序代號
001	輥鍛機不在自動運行模式	*****	***
002	防護柵欄門未關閉	*****	***
003	切邊機不在自動運行模式	*****	***
004	照明/電源插頭過載	*****	***
...	...	...	...

⑵報警消息。

為操作人員提供的暫時對生產(chǎn)沒有直接影響的信息。如果消息起因發(fā)生了變化，則消息會自動在屏幕上消失。表3所示為常見報警信息。報警信息的處置：自動記錄，當班完成生產(chǎn)時排除，不得帶到下一班次。

 

 表3 常見報警信息

報警編碼	顯示內(nèi)容	電氣名稱	分程序代號
001	空調(diào)/排風扇超負荷	*****	***
002	冷卻裝置未就緒	*****	***
003	機器人液壓裝置最低液位預警告	*****	***
004	機器人液壓過濾器監(jiān)控預警告	*****	***
...	...	*****	***

⑶錯誤信息。

錯誤消息表示機器出現(xiàn)故障，它會直接影響到生產(chǎn)并導致設備停機。機器故障分為控制系統(tǒng)立即關閉、 控制系統(tǒng)在設備本次工作完成后關閉、 控制系統(tǒng)在機器清空運行后關閉三個級別。錯誤信息的處置：自動記錄，立即處理。常見錯誤信息如表4所示。

表4 常見錯誤（故障）信息

錯誤編碼	顯示內(nèi)容	電氣名稱	分程序代號
001	CPU-編程錯誤	*****	***
002	CPU-時間錯誤	*****	***
003	CPU-通訊錯誤	*****	***
004	通道錯誤	*****	***
...	...	*****	***

工藝監(jiān)控

工藝監(jiān)控用于對設備的操作、監(jiān)控和優(yōu)化進行控制，以及故障原因的查找。該系統(tǒng)在多個方面簡化了鍛造生產(chǎn)線的操作。可以在裝有Windows XP Prof.系統(tǒng)的普通個人電腦上運行，運行的基本程序為Siemens WinCC 。數(shù)據(jù)保存在一Microsoft SQL服務器數(shù)據(jù)庫中。裝有該系統(tǒng)的電腦通過以太網(wǎng)與鍛造生產(chǎn)線的其他機器設備連接。通過鍵盤和鼠標執(zhí)行操作。 系統(tǒng)的顯示屏幕安裝在控制室內(nèi)的控制臺上。

各種信息在相連接的機器設備工藝層面（以太網(wǎng)）被收集。包括測量值、設定值、運行狀態(tài)、報警、警告。此外還備有配方數(shù)據(jù)、機器技術資料，維護計劃等輔助信息供使用。對所收集的資料將進行壓力變化情況、打擊力總計、溫度變化情況、報警統(tǒng)計幾個方面的評估。

結(jié)束語

鍛造生產(chǎn)線的自動化控制涉及的設備多、工序長、信息量大，要充分考慮到鍛造行業(yè)特點和現(xiàn)場安全管理。同時需要對連線設備的狀態(tài)、運行情況、工藝參數(shù)進行實時監(jiān)控，而采取基于profibus現(xiàn)場總線技術的控制系統(tǒng)確實可行的。

——本文選自《鍛造與沖壓》雜志2017年第19期

來源：鍛造與沖壓公眾號，版權歸作者所有