傳統(tǒng)安全繼電器控制的安全方案
然而,隨著總線系統(tǒng)的日趨普及,所以出現(xiàn)針對自動控制PLC的安全技術(shù)、安全通信產(chǎn)品和安全的解決方案,到目前為止,自動化的安全產(chǎn)品日趨完善,相關(guān)的安全技術(shù)也日臻成熟。由于其靈活性,操作及復(fù)位方式簡單,診斷更方便,并且符合所有的安全規(guī)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(yīng)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(fā)展包括相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的歷史已經(jīng)有30余年。在工業(yè)安全方面也有著相應(yīng)成熟的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)方案。比如說國際性功能安全的基本標(biāo)準(zhǔn) IEC 61508,是“涉及到電氣/電子/可編程電子系統(tǒng)安全的功能性安全”標(biāo)準(zhǔn),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(jīng)轉(zhuǎn)化為我國的國家安全基本標(biāo)準(zhǔn) GB20438。它將安全的有效性要求(安全性能)根據(jù)相關(guān)風(fēng)險進行了分級。該分級標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)沒有SIL等級要求時,每小時產(chǎn)生危險故障可以認(rèn)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(nèi)產(chǎn)生 1次危險故障;當(dāng)SIL等級為SIL3時,每小時產(chǎn)生危險故障可以認(rèn)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(nèi)產(chǎn)生1次危險故障。其實,這里的概念并不是指多少年會發(fā)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(fā)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(tǒng)比一個無安全要求的系統(tǒng)發(fā)生危險的概率要低非常多,用以滿足在設(shè)備或系統(tǒng)運行周期內(nèi)無風(fēng)險的要求。
所以,要實現(xiàn)構(gòu)建一個故障安全系統(tǒng),首先需要這個系統(tǒng)中的設(shè)備和子系統(tǒng)都支持要求的SIL等級的規(guī)范。符合這個SIL 等級規(guī)范的模塊和產(chǎn)品是由TV這個安全認(rèn)證機構(gòu)來進行認(rèn)證的,說明相應(yīng)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(chǎn)品都有其相應(yīng)的 TV 的認(rèn)證證書,標(biāo)明它能夠支持到的安全等級。
如表2 的分類,安全系統(tǒng)主要分為三個子系統(tǒng),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(yīng)。本系統(tǒng)從安全系統(tǒng)圖的三個子考慮,達到設(shè)備安全目的。故障-安全設(shè)計應(yīng)保證故障不影響系統(tǒng),或使系統(tǒng)不會造成損害。在大多數(shù)實踐中,這種設(shè)計使系統(tǒng)發(fā)生故障時停止工作。在任何情況下,故障-安全設(shè)計的基本原則是:
● 保護人員的安全;
● 保護環(huán)境,避免引發(fā)爆炸、火災(zāi)等災(zāi)害;
● 防止設(shè)備損壞;
● 防止降低或喪失使用性能。
讓設(shè)備自動
自動化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面。采用自動化技術(shù)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(huán)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(chǎn)率,增強人類認(rèn)識世界和改造世界的能力。是指機器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)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(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件和顯著標(biāo)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(fā)動機汽缸的自動傳送和加工的過程。50年代,自動調(diào)節(jié)器和經(jīng)典控制理論的發(fā)展,使自動化進入以單變量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)為主的局部自動化階段。60年代,隨著現(xiàn)代控制理論的出現(xiàn)和電子計算機的推廣應(yīng)用,自動控制與信息處理結(jié)合起來,使自動化進入到生產(chǎn)過程的最優(yōu)控制與管理的綜合自動化階段。70年代自動化的對象變?yōu)榇笠?guī)模、復(fù)雜的工程和非工程系統(tǒng),涉及許多用現(xiàn)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(xiàn)了大系統(tǒng)的系統(tǒng)控制和復(fù)雜系統(tǒng)的智能控制,出現(xiàn)了綜合利用計算機、通信技術(shù)、系統(tǒng)工程和人工智能等成果的高級自動化系統(tǒng),如柔性制造系統(tǒng)、辦公自動化、智能機器人、專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)等。21世紀(jì)以后,特別是近幾年,機械自動化檢測、分類、生產(chǎn)、包裝、印刷,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工廠。提高工業(yè)效率、減少成本,為中國現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻。本方案中,設(shè)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(shè)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(tǒng),標(biāo)簽自動生成與打印、貼標(biāo)系統(tǒng)、紡絲設(shè)備對接系統(tǒng)、AGV小車對接信息管理系統(tǒng)等。
桁架機械手自動取絲餅
系統(tǒng)采用自主設(shè)計研發(fā)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(qū)動運行。系統(tǒng)與巴馬格或TMT設(shè)備對接。對接信號要求:
序號 紡絲設(shè)備 自動落絲系統(tǒng)
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(tǒng)
3 落絲完成信號(輸出) 接輸入
落絲流程:纏絲設(shè)備纏絲完成后,告知自動落絲系統(tǒng),自動落絲系統(tǒng)的桁架機械手在X軸方向,走到對應(yīng)的紡絲工位,系統(tǒng)走Z軸方向下降,下降至紡絲工位,告知紡絲系統(tǒng)允許落絲信號,紡絲設(shè)備將4卷(細(xì)旦絲為8卷)絲餅退出,轉(zhuǎn)移至接絲部件中。絲餅退出完成后,紡絲設(shè)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(yīng)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(jù)對應(yīng)掛鉤上的條碼,在PLC控制器內(nèi)存中記錄數(shù)據(jù),便于后續(xù)標(biāo)簽打印系統(tǒng)的調(diào)用。在SQL數(shù)據(jù)庫中,記錄絲餅的信息,后續(xù)可查找,包括質(zhì)量追溯。
自動落筒,目前國內(nèi)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(yīng)用圖
分析:地面上需要設(shè)計軌道,工業(yè)絲在繞絲過程中會出現(xiàn)斷絲現(xiàn)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(yīng)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(shè)計軌道,但工業(yè)絲在繞絲過程中會出現(xiàn)斷絲現(xiàn)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(shè)計方案中涉及產(chǎn)品,核心部件,元器件,原材料均采用成熟穩(wěn)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(chǎn)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(zhuǎn)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(tǒng):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(shè)計制造過程嚴(yán)格按相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
設(shè)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(wěn)定、可靠。
設(shè)備技術(shù)性能參數(shù)描述
桁架機械手HH-GYS01~ HH-GYS03
驅(qū)動模塊 X軸 推料軸 Z軸
行程 5200mm 1200mm 2000mm
重復(fù)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(dǎo)向裝置負(fù)載 21% 25% 21%
驅(qū)動負(fù)載 7% 6% 23%
軸負(fù)荷 0% 0% 45%
桁架機械手HH-XDS01
驅(qū)動模塊 X軸 推料軸 Z軸
行程 11500mm 1200mm 2000mm
重復(fù)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(dǎo)向裝置負(fù)載 21% 25% 21%
驅(qū)動負(fù)載 7% 6% 23%
軸負(fù)荷 0% 0% 45%
桁架機械手HH-XDS02
驅(qū)動模塊 X軸 Y軸 推料軸 Z軸 旋轉(zhuǎn)軸
行程 11500mm 4200mm 1200mm 2000mm 180度
重復(fù)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(dǎo)向裝置負(fù)載 21% 21% 25% 21% 10%
驅(qū)動負(fù)載 7% 7% 6% 23% 18%
軸負(fù)荷 0% 20% 0% 45% 45%
工業(yè)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(xié)作作業(yè)節(jié)奏。
細(xì)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(xié)作作業(yè)節(jié)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(yīng)用領(lǐng)域提供了節(jié)省空間的設(shè)備方案。
負(fù)荷 負(fù)荷 60千克
附加負(fù)荷 35 千克
工作范圍 最大作用范圍 2033毫米
軸數(shù) 6
重復(fù)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(dǎo)航,采用慣性導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航等技術(shù)實現(xiàn)精確定位。
?柔性運動控制,采用雙輪差速驅(qū)動,支持前進、后退、旋轉(zhuǎn)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(xiàn)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(zhuǎn)、下放。
?設(shè)備狀態(tài)指示,通過三色指示燈、數(shù)碼管,提示電量、設(shè)備狀態(tài)等。
?無線網(wǎng)絡(luò)通信,支持 WIFI 網(wǎng)絡(luò)通信和無縫漫游,網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域無障礙運行。
系統(tǒng)參數(shù)
尺寸(mm) 1120(L)890(W)300(H)
自重(kg) 350
最大舉升高度(mm) 60
額定負(fù)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(fù)載)(mm/s) 1000
額定加速度(空載)(mm/s2) 60
額定加速度(額定負(fù)載)(mm/s2) 300
導(dǎo)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(huán)次數(shù)(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(dǎo)系統(tǒng):
采用康耐視DIS8402-max視覺檢測系統(tǒng),相機采用200萬像素智能相機系統(tǒng),DIS8402-MAX視覺引導(dǎo)系統(tǒng),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(tǒng)組成
按照提供的設(shè)備劃分:
主要設(shè)備介紹:
控制所需電氣設(shè)備介紹
系統(tǒng)采用西門子TIA平臺,全集成自動化(TIA) —— 是落實數(shù)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(chǎn)品系列和優(yōu)化的自動化系統(tǒng),遵循工業(yè)自動化領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn), 著眼于滿足先進自動化理念的所有需求, 并結(jié)合系統(tǒng)完整性和對第三方系統(tǒng)的開放性, 為各行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)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(xiàn)與運營層、 管理層數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)),符合IEC62061中的SIL 3級安全應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),以及ISO 13849中PL e級安全應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。指令執(zhí)行時間:位運算30ns,字運算36ns,浮點運算192ns,集成100Mbps RJ-45以太網(wǎng),最大支持32G裝載存儲器(SIMATIC存儲卡)
控制器產(chǎn)品定位
●現(xiàn)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(tài)。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(yè)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(tài)信息交換。
機器人與PLC高度集成圖
采用并聯(lián)柜方式,與MCC柜組合安裝。產(chǎn)品參數(shù)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(lián)安裝。管理現(xiàn)場設(shè)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(tài)軟件,編輯PLC程序,維護控制系統(tǒng)。
按照系統(tǒng)功能劃分:
系統(tǒng)整體工作流程
AGV小車將裝有絲餅的運絲車運輸至車間待檢測區(qū)后,再由人工曬選,后續(xù)再由倉儲系統(tǒng)取走。(倉儲系統(tǒng)不在本系統(tǒng)規(guī)劃中)
關(guān)于浸膠系統(tǒng),我公司目前在技術(shù)可以做到如下幾點:
1、根據(jù)配方設(shè)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(nèi)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(xù)使用,目的是避免罐體內(nèi)壁結(jié)皮并且降低排污。
3、反應(yīng)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(huán)保,外排時間少。
4、 ?在反應(yīng)的過程中,考慮整個反應(yīng)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(yīng)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(yīng)中不受高溫影響改變原料的化學(xué)變值。
5、就甲醛的特殊性,低溫下結(jié)晶,在技術(shù)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(jié)晶難題等等。。。
? ? 在整個生產(chǎn)中,以上的工藝是全自動的,根據(jù)每個客戶以及工藝自行設(shè)定參數(shù)。稱重部分精度是1/3000,溫度是正負(fù)2度。
]]>其一,承載重量極限,地磅設(shè)備并不是可以無限完成稱重,設(shè)備在設(shè)計過程是存在的極限,大家在進行使用環(huán)節(jié)就一定要全面了解到設(shè)備承載重量走勢,減少損壞情況發(fā)生,讓稱重設(shè)備性能可以充足得到展現(xiàn),全面了解到設(shè)備使用說明是可以起到很大解決效果,通過廠家產(chǎn)品說明來對使用注意細(xì)節(jié)得到了解,這樣工作人員在使用環(huán)節(jié)就不會出現(xiàn)損壞情況。
其二,操作正確性,由于現(xiàn)在地磅設(shè)備更加智能,多數(shù)是跟智能軟件相互結(jié)合使用,工作人員在使用環(huán)節(jié)對兩者都需要展開必要了解,從而得到操作正確性,減少設(shè)備性能丟失情況發(fā)生。
]]>(2)正常開機后稱重成果偏輕或許側(cè)重。
解決辦法:依照運用說明書進行電子吊秤從頭標(biāo)定。假如標(biāo)定結(jié)束后疑問依然沒有得到解決,應(yīng)當(dāng)思考傳感器已被損壞。
(3)稱重結(jié)束后,取下稱重物是顯示器不歸零。
解決辦法:上述情況應(yīng)當(dāng)是線路破損致使信號衰減,仔細(xì)查看電子吊秤數(shù)據(jù)線是不是有破損情況,如有應(yīng)當(dāng)及時替換。
(4)稱重是顯示器顯示的數(shù)字不穩(wěn)定。
解決辦法:查看是不是吊秤置于水平面,從頭調(diào)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(xì)查看電源連接線是不是無缺,顯示器連接線是不是無缺,發(fā)現(xiàn)破損立即替換即可。