（机械电子工程专业论文）冷轧生产线钢卷包装机组监控系统设计及研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 与发达国家相比，国内的钢卷包装技术起步比较晚，迄今只有十几年的时间， 技术水平和装备要落后很多，目前国内各大钢厂再建及己建成包装生产线数量较 少，其规格、产能、生产工艺及设备配置、装机水平、自动化程度等参差不齐， 整体水平不高。个别生产企业进口了几条整套包装生产线，但使用效果并不理想。 本文课题来自于西安重型机械研究所承接的鞍钢3 黔轧生产线设计建设项目，旨 在通过使用西门子公司最新型号p l c 控制系统，采用全集成自动化控制理念，设 计搭建一条具有世界较先进生产水平的钢卷包装生产线。 包装机组的自动化功能包括：四个步进梁的自动控制；三个步进梁的联动控制； 转运小车的自动控制；三个提升机的自动控制；穿心打捆提升机的自动控制；送 纸剪纸机的自动控制；三个打捆机的自动控制；称重仪的自动称重；钢卷数据的 自动跟踪；机组的连锁控制等。 本文在全面分析包装生产线生产工艺要求基础上，设计了控制系统网络结构， 分析了各个设备运行的运动特点和联动条件，根据运行条件逻辑判断，采用工控 领域流行的p c s 7 系统，编制了p l c 控制程序，包括顺序控制模块程序、运行逻 辑条件判断程序、运行动作控制程序，控制机组运行，自动跟踪钢卷信息，使包 装机组生产过程中联动设备所有动作逻辑化、顺序化自动完成，较好的达到了生 产线设备自动、半自动控制，满足工艺需求；在此基础上无缝整合搭建l 1 级生产 监控管理系统，即h m i 系统，对生产线生产过程的实时监控，显示机组设备的工 作状态，设定生产工艺参数以及故障报警提示；此外本文还设计了作为l 2 级生产 管理系统的包装线在线仓库管理平台，达到自动跟踪钢卷下线信息，自动分配入 库仓位，仓库库存信息管理，仓库信息报表生成等功能，使包装生产管理自动化 程度达到一个较高水平。 关键词：钢卷包装线，p l c 控制，p c s 7 ，仓库管理 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t a l i n a ss t e e lc o i lp a c k a g i n gt e c h n o l o g yh a sd e v e l o p e df o ro n l y1 0y e a r s ，w h o s o t e c h n o l o g ya n de q u i p m e n ti sb a c k w a r dc o m p a r e dw i t hd e v e l o p e dc o u n t r i e s c u r r e n t l y m a j o rd o m e s t i cs t e e lm i l l st ob u i l da n dp a c k a g i n gh a v eb e e nb u i l tf e w e rp r o d u c t i o n l i n e s ，w h o s es p e c i f i c a t i o n s ，p r o d u c t i o n , p r o d u c t i o nt e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n t c o n f i g u r a t i o n , i n s t a l l a t i o n , a u t o m a t i o na n do t h e ru n e v e n , t h eo v e r a l ll e v e li sn o th j 【g h t h o u g hs o m ep a c k a g i n gp r o d u c t i o nl i n e sw a si m p o r t e db yd o m e s t i ce n t e r p r i s e s ，t h e r e s u l t sa r en o ti d e a l t h ea i mo nt h i sp a p e r ，c o m ef r o mx i a ni n s t i t u t eo fh e a v y m a c h i n e r yu n d e r t a k e nb yt h ea n g a n gn o 3c o l dr o l l i n gp r o d u c t i o nl i n ep r o j e c td e s i g n , i st od e s i g nas t r u c t u r e 、i t l lt h ew o r l da d v a n c e dl e v e lo fp r o d u c t i o no fs t e e lc o i l p a c k a g i n gp r o d u c t i o nl i n e , u s i n gt h el a t e s tm o d e lo f s i e m e n sp l cc o n t r o ls y s t e m ，u n d e r t h et o t a l l yi n t e g r a t e da u t o m a t i o nc o n t r o lc o n c e p t p a c k i n ga u t o m a t i o nf e a t u r e si n c l u d e ：f o u rw a l k i n gb e a mo fa u t o m a t i cc o n t r o l ， s t e pt h r e eb e a m sl i n k a g ec o n t r o l ，d o l l yt h et r a n s i tc o n t r o l ，3h o i s tt h ea u t o m a t i cc o n t r o l ， c o r eb a l eh o i s tt h ea u t o m a t i cc o n t r o l ，f e e dp a p e rc u t t i n gm a c h i n ec o n t r o l ，3 - p a c k a g i n g m a c h i n ec o n t r o l ，w e i g h i n ga u t o m a t i cw e i g h i n gi n s t r u m e n t ，c o i ld a t aa u t o m a t i c a l l y t r a c k i n g , u n i tc h a i nc o n t r o la n ds o0 1 1 b a s e do nt h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so ft h ep a c k a g i n gp r o d u c t i o nl i n ea n dt h e b a s i so ft e c h n i c a lr e q u i r e m e n t s ，d e s i g nt h ec o n t r o ls y s t e mn e t w o r ks t r u c t u r e ，a n a l y s i s o ft h ev a r i o u ss p o r t se q u i p m e n to p e r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n di n t e r a c t i o n , a c c o r d i n gt o o p e r a t i n gc o n d i t i o n sl o g i cj u d g m e n ti p ca r e a sp o p u l a rp c s 7s y s t e m ，t h ep r e p a r a t i o no f t h ep l cc o n t r o lp r o c e d u r e s ， i n c l u d i n g t h es e q u e n c ec o n t r o lm o d u l ep r o c e d u r e s ， c o n d i t i o n a ll o g i cp r o c e d u r e s ，o p e r a t i n gm o t o rc o n t r o lp r o c e d u r e s ，c o n t r o lu n i to p e r a t i o n ， a u t o m a t i cc o i l t r a c k i n gi n f o r m a t i o n , p a c k a g i n gu n i t ss ot h a tt h ep r o d u c t i o np r o c e s s m o v e sl i n k a g ee q u i p m e n ta l l l o g i c , a u t o m a t i cs e q u e n c oc o m p l e t e db e t t e rm e e tt h e a u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n ee q u i p m e n t , s e m i - a u t o m a t i cc o n t r o lt e c h n o l o g yt om e e t d e m a n d b a s e do nt h i ss e a m l e s si n t e g r a t i o ns t r u c t u r e sl 1p r o d u c t i o nm o n i t o r i n ga n d m a n a g e m e n ts y s t e m s ，h m is y s t e m , t h ep r o d u c t i o nl i n eo fr e a l - t i m em o n i t o r i n g , e q u i p m e n tu n i ts h o w st h ew o r k i n gs t a t es e tp r o d u c t i o np r o c e s sp a r a m e t e r sa n df a u l t a l a r m i ti sa l s od e s i g n e da sl 2p r o d u c t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mf o rt h ep a c k a g i n gl i n e o n l i n es t o r a g em a n a g e m e n tp l a t f o r ma u t o m a t i c a l l yt r a c k i n gc o i lo f f - l i n ei n f o r m a t i o n , a u t o m a t i ca l l o c a t i o no fp o s i t i o n sa tt h er a t i oo fs t o r a g e ，w a r e h o u s i n gi n f o r m a t i o n 重庆火学硕士学位论文英文摘要 m a n a g e m e n t , r e p o r tg e n e r a t i o ni n f o r m a t i o ns t o r a g ea n do t h e rf u n c t i o n s ，a l l o w i n gt h e p a c k a g i n gp r o d u c t i o nm a n a g e m e n ta u t o m a t i o nt oah i g h e rl e v e l k e y w o r d s ：c o i lp a c k a g i n gl i n e ，p l cc o n t r o l ，p c s 7 ，w a r e h o u s em a n a g e m e n t i l l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重迭盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：兰f签字日期：枷7 年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( 乙) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：兰，| 签字日期：z 肋7 年月，日 导师签名： 签字日期：日蒡月乏鸟年 1 z 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 绪论 包装是在物流过程中为了保护产品、方便储运、促进销售，按照一定技术方 法采用容器、材料及辅助物等，将物品包封并予以适当的装潢和标志的工作总称。 包装是生产过程的最后一道工序，即是生产的终点，同时它又是物流的起点。包 装质量的好坏将影响整个流通过程。若包装不当，将会给流通中的物资带来一些 不应有的损失。 从传统意义上讲，包装的主要功能主要有三个方面。首先是保护功能，它是 物资包装最基本最重要的功能，主要起保护物资使用价值的作用。其次是便利功 能，物资经过包装以后，既利于实行装卸搬运作业的机械化，又利于提高运输工 具的装卸效率；最后是对产品的促销功能。包装过去主要依靠人力作业的人海战 术，进入大量生产、大量消费时代以后，包装的机械化也就应运而生。 1 1 冷轧生产线钢卷包装机组概述 钢卷包装是钢卷储存和运输的重要保护措施，工业发达国家的钢铁企业都非 常重视钢卷包装，将其提高到“保证安全运输，提高产品档次”的高度，基本实现了 钢卷包装的自动化。钢卷包装机组是钢卷冷轧生产线最后一道工序，用钢卷包装 机组代替钢卷人工手动包装，能节省人力，降低工作强度。钢卷包装机组连接重 卷机组或连退机组，中间不需要吊车，减少了吊车对钢卷的损伤，这对于较簿的 带钢，尤其重要。在钢卷的运输和多次搬运过程中，钢卷包装的好坏，决定了用 户的钢材使用率。 1 2 国内研究应用现状 中国的钢卷包装起步比较晚，迄今只有十几年的历史，技术和装备与发达国 家钢铁企业相比要落后很多，改变这种落后状况成为中国钢铁企业的迫切要求。 伴随着宝钢冷轧1 5 5 0 项目两条进口钢卷包装机组的投产，我国的钢卷包装机组及 其设备便走上了自主发展之路。据统计，目前国内各大钢厂运行的钢卷包装机组 总计9 套，其中宝钢冷轧1 5 5 0 两条，宝钢3 # 硅钢一条，鞍钢2 # 冷轧一条，鞍 钢硅钢两条，武钢冷轧一条，武钢硅钢两条。在建的四套，其中鞍钢3 # 冷轧两条， 本钢冷轧两条。拟建的约九套，其中宝钢5 # 冷轧三条，鞍钢4 # 5 # 冷轧四条， 泰钢一条，菱钢一条等。运行的和在建的十三条钢卷包装机组中国内供货厂家分 别为西安重型机械研究所( 6 条) 、北京机科院( 3 条) 、深圳金达( 2 条) ，国外供货商 为德马克( 1 条) ，三菱重i ( 1 条) 。这1 3 套运行和在建的包装机组，其产品规格、 重庆、学硕士学位论文i 绪论 产能、生产工艺及设备配置、装机水平、自动化程度等均有较大差别。 1 3 课题研究的目的、意义 随着国内对高质量板材需求的增长和出口高质量钢卷的需求，钢卷包装机组 成为钢铁企业的投资热点。国内的钢铁企业刚开始配置钢卷包装机组，个别大型 钢铁企业进口了几条钢卷包装机组，但使用情况并不理想。其主要问题在于没有 形成全集成自动化，其远程计算机，过程监控计算机，工业控制器以及生产线控 制系统软硬件间较为独立，全自动化整合度不高，导致生产效率较低。 本论文旨在通过利用德国西门子p c s 7 这一优秀的开发工具，合理地进行硬件 选择和系统配置，结合包装线工艺、机械和监视要求进行应用软件开发工作，形 成较好的人机界面，实现对整个包装生产线的集中的自动化监视。建立一个全集 成自动化包装生产线的控制平台。全集成自动化是用一种系统或者一个自动化平 台完成原来由多种系统搭建起来才能完成的所有功能。应用全集成自动化可以克 服过程计算机和工业控制器之间，连续控制和逻辑控制之间，集中控制和分散控 制之间的界限。全集成自动化解决方案为所有的自动化应用提供了统一的技术环 境，主要包括统一的数据管理；统一的通讯；统一的组态和编程软件。 1 4 本论文的研究内容 分析和研究包装生产线的生产工艺，通过分析转运小车和步进梁的结构工 艺特点，以及其运动模型，在配合多个设备联动的条件下，提高生产效率。 详细分析系统的运动状态，掌握生产线的运动特点和联动条件，编制p l c 控制程序，自动跟踪钢卷信息，使包装机组生产过程中联动设备所有动作逻辑化、 顺序化自动完成。包装机组的自动化功能包括；液压站的自动控制；四个步迸梁 的自动控制；三个步进梁的联动控制；转运小车的自动控制：三个提升机的自动 控制；穿心打捆提升机的自动控制；送纸剪纸机的自动控制；三个打捆机的自动 控制；称重仪的自动称重；钢卷数据的自动跟踪；生产数据的管理功能；生产过 程监控功能；钢卷包装类型的自动显示；机组的连锁控制。 搭建生产过程监控平台h m i 系统，实时监控包装线生产状况。达到控制 自动化，管理自动化。所有的操作员与管理人员及维护工程师都能够在标准、友 好和面向工艺的窗口上跟踪生产过程活动或者参与生产控制，同时得到报警和操 作提示。 建立包装线在线仓库入库出库管理平台，提高生产线自动化水平。 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 5 创新之处 该钢卷包装机组以完善的工艺、较高的自动化程度及装机水平替代了进口产 品，填补了国内空白。所有设备的各个动作功能及其整个包装区域都设有检测控 制元件，通过基础过程计算机按设备动作顺序时间表自动进行控制、监控计算机 进行监控，同时进行钢卷信息跟踪及生产管理和安全保护，考虑安全因素，除三 台提升机和整个机组需人工进行一次确认外，整个生产机组及其设备都在安全的 前提下全自动运行。 3 重庆大学硕士学位论文2 冷轧生产线钢卷包装机组工艺流程及设备构成 2 冷轧生产线钢卷包装机组工艺流程及设备构成 2 1 生产工艺流程 根据用户( 鞍钢3 荐冷轧生产车间) 生产大纲，确定钢卷包装工艺流程如图2 1 所示。其中成品钢卷来自包装线上游生产线重卷机组。出卷后由车间行车吊 装入库。 图2 1 包装线生产流程 f i 9 2 1p a c k a g i n gl i n ep r o d u c t i o np r o c e s s 在生产流程中，纸包装、塑料套包装、外钢板包装、内护板包装、纸端板纸 护角、塑料端板钢护角为人工作业，称重、p e t 打捆、周向打捆、穿心打捆为机 械化作业。钢卷包装工艺流程，是进行设备选型、机组布局的依据。 2 2 钢卷包装线生产设备的组成与布置 2 2 1 设备的组成 设备选型由生产工艺决定，其中打捆动作由整机进口打捆机完成，称重由进 口称重仪完成，生产线钢卷步进由4 条步进梁完成，3 台提升机辅助完成打捆、包 纸等工艺动作。步进梁、提升杌与转运小车委托国内机械加工企业加工制作。设 备的具体组成见表2 1 。 4 重庆大学硕士学位论文2 冷轧生产线钢卷包装机组工艺流程及设备构成 表2 1 包装线设备组成 序号 名称 数量( 台)备注 1 i # 步进梁 l 2 称重装置 1 整机外购配套 3 p e t 打捆机l 整机外购配套 4 转运小车 l 5 2 # 步进梁 l 6 l # 提升机 l 7 给纸机l 整机外购配套 8 2 瓣g 升机 l 93 根升机 l l o 3 髯步进梁 1 l l 周向打捆机 1 整机外购配套 1 2 穿心打捆机 l 整机外购配套 1 3 4 撑步进粱 l 2 2 2 机组工艺参数 产品品种： 低碳钢、超低碳钢( i f 钢) 、高强度钢等退火冷轧卷。 产品规格； 带钢厚度 带钢宽度 钢卷内径 钢卷外径 钢卷重量 包装方式 包装速度 包装工位 工位步长 机组总体说明： 设备布置图 机组总长约 机组总宽约 设备最高 地下深度 o 3 2 0 m m 1 0 0 0 1 9 5 0 m m 0 5 0 8 ，m 6 l o m m 西1 1 0 0 m 1 6 0 0 m m 5 2 0 t 半自动 2 0 2 2 v ( 卷讹 7 + 2 2 个 2 5 0 0 m m 见图2 2 7 0 m 1 8 m + 5 5 m - - 4 5 m 叠i d ln晏叠lo口导nbd量a18盘。叠q锅芷 匝嘲梧雄魁蝌钆酬裂司qh豳 善隶掣罂器毒戤 餐霉雉魁越醛臻桐h毒浆固粕器繇钆删1毒佥h 议嵇堪扑书隧瓣长送栅 重庆大学硕士学位论文 2 冷轧生产线钢卷包装机组工艺流程及设备构成 2 2 3 设备简介 l 撑步进梁 用途： 1 撑步进梁用于步迸移送钢卷。 技术参数： 固定鞍座数量 运输钢卷最大重量 步进梁移动步距 步进梁升降高度 结构简述： 6 个 7 x 2 0 = 1 4 0 t 2 5 0 0 m m 1 7 0 m m 步进梁主要由固定梁、活动梁、步进液压缸及支座、液压配管及拖链、限位 开关等组成。 活动梁的升降由升降油缸驱动偏心轴实现，活动梁的横移由横移液压缸驱动 实现。 活动梁框架为焊接结构，焊后退火，活动梁滚轮采用4 5 钢，滚轮表面淬火， 活动粱轴承座为剖分结构，便于装拆。滚轮轴承采用短圆柱滚子轴承。活动梁尾 部装有升降液压缸，利用曲柄连杆机构，实现活动梁升降。 固定梁由立柱、框架、滚轮导轨、及限位轨道组成，主体为焊接结构。活动 梁、固定梁与带卷接触面均装有尼龙垫板。步进梁装有限位开关用于联锁控制。 2 3 撑步进梁同l 撑步进梁。 称重装置( 整机外购配套) 用途： 称重装置用于对钢卷进行称重。 技术参数： 称重周期 3 5 s 称重速度 2 0 2 2 、，m 称重能力 2 0 t 称量范围022t 结构简述： 称重装置主要包括称体、传感器、仪表等。称体包括上部u 形鞍座，下部压 力负载传感器及支座、底座、联接件和双限位系统等。称重装置具有称重显示、 打印及与上位机联网功能。 p e t 打捆机( 整机进口配套) 用途： 7 重庆大学硕士学位论文2 冷轧生产线钢卷包装机组工艺流程及设备构成 p e t 打捆机用于对钢卷进行周向打捆。 技术参数： 捆带规格 捆带材质 捆带厚度 捆带宽度 捆带内径 捆带外径 打捆方式 打捆道数 打捆力 打捆周期 打捆速度 结构简述： p e t ，p c d 1 2 7 r a m 1 9 m m 0 4 0 6 m m m 8 0 0 m m 无扣 1 2 道 4 5 k n 3 5 s 2 0 2 2 v m 打捆机主要由机座及其推进装置、打捆机头及其调整装置、捆带供给装置、 捆带提升机及吊具、气动系统以及电控系统等组成。 转运小车 用途： 转运小车用于将l 群步进梁尾部固定鞍座( 0 7 撑工位) 上的钢卷转运至2 弹步进 梁头部固定鞍座( 0 8 撑工位) 上。 技术参数： 升降行程3 0 0 m m 升降速度 1 0 0 m m s 横移行程4500mm 横移速度 2 5 0 m m s 升降油缸tdl6001 1 0 x 3 0 0 m m 液压缸工作压力1 4 m p a 结构简述： 转运小车由横移机构和置于其上的v 形架升降机构组成，车体为焊接结构件， 下部有4 个轮子，车体横移由交流变频电机驱动，v 形架升降机构由油缸驱动。 并附有自动测宽及对中装置。 l 撑提升机 用途： 1 鹕黾升机用于将钢卷提起进行钢卷的外包装( 包纸、套塑料套、包外护板) 。 3 重庆大学硕士学位论文2 冷轧生产线钢卷包装机组工艺流程及设备构成 技术参数： 横移行程 升降行程 升降液压缸 横移液压缸 液压缸工作压力 结构简述： 2 0 0 0 m m 6 0 0 r a m m 1 6 0 西1 1 0 x 6 0 0 m m m l o o m 7 0 x 2 0 0 0 m m 1 4 m p a 提升杌由提升臂升降机构、本体横移机构、定位装置及自动对中装置组成。 提升机的提升臂升降机构为箱形导向、液压驱动。 提升机的本体横移机构为四轮小车结构、液压驱动。 定位装置为复式斜面型式。 给纸机 用途： 给纸机用于在钢卷包装时外包装纸的供给。 技术参数： 纸卷规格 纸卷宽度 纸卷内径 纸卷外径 纸卷重量 给纸速度 包装速度 给纸电机 结构简述： 3 2 0 0 m mm a x 7 5 m m 5 0 0 m m 6 0 0 k g 5 0 m m i n 2 0 2 2 v m y t s p l1 0 i ，61 5 k w 给纸机由支架、底座、两个卷筒，给纸辊及断纸装置、检测装置等组成。 给纸辊由交流变频电机驱动，用于纸带定长输送。卷筒带磁粉制动器用于建 立纸张力。 给纸机支架由外方设计，中方转化设计及制造。 周向打捆机( 整机进口配套) 用途： 周向打捆机用于对包装好的带卷进行周向打捆。 技术参数： 打捆方式无扣、全自动 打捆道数2 4 道 9 重庆大学硕士学位论文 2 冷轧生产线钢卷包装机组工艺流程及设备构成 打捆力 打捆周期 打捆速度 结构简述： 1 6 2 0 k n 9 0 s 2 0 2 2 v ，l l 周向打捆机主要由机座及其推进装置、打捆机头及其调整装置、捆带供 给装置、捆带提升机及吊具、气动系统以及电控系统等组成。 穿心打捆机( 整机进口配套) 用途； 穿心打捆机用于对包装好的带卷进行穿心打捆。 技术参数： 捆带规格 捆带材质 捆带厚度 捆带宽度 捆带内径 捆带外径 打捆方式 打捆道数 打捆力 打捆周期 打捆速度 结构简述： 冷轧低碳钢，表面氧化发蓝 0 。8 l o m m 3 1 7 5 r a m m 4 0 6 r a m 西7 0 m n m 无扣，全自动 4 6 道 1 6 2 0 k n 9 0 s 2 0 2 2 v m 穿心打捆机主要由机座及其推进装置、机头架及其旋转装置、打捆机头、捆带 供给装置、钢卷提升机、气动系统以及电控系统等组成。 钢卷提升机由外方设计，中方转化设计及制造。 2 3 生产工艺描述 重卷机组卸卷小车将钢卷运送至交接工位，即o l # i 位；并使钢卷中心自动初 对中包装线。钢卷上线确认。 l 群步进梁动作顺序为：横移、上升、步进、下降、返回、停止。如图2 3 所示， 初始位置为停止位置。 l o 重庆大学硕士学位论文 2 冷轧生产线钢卷包装机组工艺流程及设备构成 k 匿至熏习t 至亘j 一e 塑了j 图2 3l # 步进梁动作顺序 f i 9 2 3a c t i o ns e q u e n c eo fl # w a l k i n gb e a m l 撑步进梁步进，钢卷到达0 2 撑工位，称重装置称重。 1 襻步进梁步进，钢卷到达0 3 # 2 1 1 位，p e t 打捆机进入，自动打捆1 2 道，p e t 打捆机退出。 1 群步进梁步进，钢卷到达0 4 # i 位，标签打印机打印内标签，人工贴内标签。 l 群步进梁步进，钢卷依次到达0 5 # 0 8 # i 位，以备转运小车从0 8 # i 位取卷 或天车从0 5 # 0 8 # i 位上下卷。 转运小车动作程序与l 稃步进梁相同。 转运小车将钢卷从0 8 存工位转运至雠工位，并使钢卷中心自动对中包装线， 人工放内衬纸。 当钢卷到达嘴工位后，勰错步进梁即可开始工作。 2 弹步进梁动作顺序为：横移、上升、步进、下降、停止。如图2 4 所示，初始 位置为停止位置。 图2 42 # 步进梁动作顺序 f i 9 2 4a c t i o ns e q u e n c eo f 2 # w a l k i n gb e a m 2 拌步迸梁步进，钢卷到达l 撑工位，1 挣提升机进入并将钢卷升起， 定长给纸，入工铺纸，1 # 提升机下降并退出，人工包纸。 2 群步迸梁步进，钢卷到达2 撑工位，人工折纸。 2 撑步进梁步进，钢卷至q 达3 # 工位，人工继续折纸。 2 撑步迸梁步进，钢卷到达钟工位，2 群提升机进入并将钢卷升起， 套，2 撑提升机下降并退出，人工包塑料套。 2 舞步进梁步进，钢卷到达5 撑工位，人工继续包塑料套。 硝步进梁步进，钢卷到达蒯工位，3 妨邑升机进入并将钢卷升起， 板护板，3 鹕黾升机下降并退出，人工包外钢板护板。 同时给纸机 人工套塑料 人工放外钢 重庆大学硕士学位论文2 冷轧生产线钢卷包装机组工艺流程及设备构成 2 # 步进梁步进，钢卷到达7 撑工位，人工放内护板。 3 群步迸梁动作程序与2 桫进梁相同。 3 群步进梁步进，钢卷到达踹工位，人工放纸端板、纸护角。 3 撑步进梁步进，钢卷到达鲥工位，人工放塑料端板、钢护角。 3 撑步进梁步进，钢卷到达l 工位，l l # i 位，预留工位。 3 撑步进梁步进，钢卷到达1 2 群工位，周向打捆机进入，自动打捆2 4 道，周 向打捆机退出。 3 样步进梁步进，钢卷到达1 3 # 工位，预留工位。 3 撑步进梁步进，钢卷到达1 4 # i 位，穿心打捆机提升机将钢卷升起，穿心打捆 机进入，自动打捆4 6 道，穿心打捆机退出，穿心打捆机提升机下降。 钾步进梁动作程序与l 群步进梁相同。 错步进梁步进，钢卷到达1 5 # 工位，人工贴外标签，向上级计算机返回生产实 绩。 错步进梁步进，钢卷依次到达1 硎2 1 存工位，天车吊卷出卷。 以后，依次连续循环重复以上过程，机组正常工作。 2 撑错步进梁同时动作，各工位包装工作同时进行，两者交替连续循环运行。 2 4 小结 本章简要介绍了钢卷包装线生产工艺流程，生产线机组设备布置以及各个设 备参数和结构描述。 1 2 重庆大学硕士学位论文 3 机组的控制系统网络组成 3 机组的控制系统网络组成 一般而言，企业的通信网络可以划分为三级：管理级、监控级和现场级。 2 4 】 管理级通信网络 企业管理级通信网络为企业提供生产、经营、管理等数据，通过信息化的方 式优化企业的资源，提高企业的管理水平。 监控级通信网络 车间监控级通信网络介于企业管理级和现场级之间，它的主要任务是监控车 间生产情况，解决车间内各需要协调工作的不同工艺段之间的通信，从通信需求 的角度来看要求通信网络能够高速传递大量数据信息和少量控制信息，同时具有 较强的实对性。 现场级通信网络 现场通信网络处于工业网络系统的最底层，直接连接现场的各台设备，包括 i o 设备、传感器、变送器、变频与驱动装置，由于连接的设备各式各样，因此所 使用的通信方式也比较复杂。而且，由于现场级通信网络直接连接现场的设备， 网络上传递的主要是控制信号，因此，对网络的实时性和确定性有很高的要求。 在本课题中，机组采用p r o f i b u s 网络和以太网两级网络控制系统，一级网 络构成基础自动化控制系统，另一级网络构成生产过程监控计算机( l 1 ) 与生产管理 计算机( l 2 ) 网络系统。使该机组达到较高的电气控制和自动化水平。其网络分布如 图3 1 所示。 图3 1 计算机网络结构 f i 9 3 1c o m p u t e r n e t w o r k s t r u c t u r e 重庆大学硕士学位论文 3 机组的控制系统网络组成 3 1 基础自动化网络系统 机组的基础自动化控制网络，即现场级通信网络，采用p r o f i b u s d p 总线标 准。 3 1 1p r o f i b u s 协议概述 p r o f i b u s 是世界上第一个开放式现场总线标准，各种各样的自动化设备均 可通过同样的接口交换信息，从1 9 9 1 年德国颁布f m s 标准至今已经历了1 0 余年。 其应用领域覆盖了从机械加工、过程控制、电力交通到楼宇自动化的各个领域。 p r o f i b u s 是目前国际上通用的现场总线标准之一，目前已被纳入现场总线的国 际标准i e c 6 1 1 5 8 和欧洲标准e n s 0 1 7 0 ，并于2 0 0 1 年被定为我国的国家标准 j b t 1 0 3 0 8 3 - 2 0 0 1 。 1 】 采用p r o f i b u s 的系统，对于不同厂家所生产的设备不需要对接口进行特别 的处理和转换就可以通信。用p r o f i b u s 连接的系统由主站和从站组成，主站能 够控制总线，当主站获得总线控制权后，可以主动发送信息。主站通常为传感器、 执行器、驱动器和变送器。它们可以接受信号并予以响应，但是没有控制总线的 权利。当主站发出请求时，从站回送给主站相应的信息。p r o f i b u s 除了支持主 从模式外，还支持多主多从的模式。对于多主站的模式，在主站之间按令牌传递 方式决定对总线的控制权，取得控制权的主站，可以向从站发送并获取信息，实 现点对点的通信。 1 0 】 p r o f i b u s 实际上是一种应用类的系统框架。其基本技术特点如下： 分为通用性自动化( f m s ) 、工厂自动化( d p ) 和过程控制自动化( p a ) 3 个体系。 设备之间的通信采用主从方式：结构采用o s i 参考模型的物理、数据链路 和应用层3 层结构。 标准采用e n 5 0 1 7 0 ：其接口标准，p a 采用i e c l l 5 8 - 2 ，f m s 和d p 采用 r s 4 8 5 。 ，信号线可用设备电源线。 每条总线区段可连接3 2 个设备，不同区段用中继器连接。 传输速率可在9 6 k b s 1 2 m b s 问选择。 传输介质可以用金属双绞线或光纤。 提供通用的功能模块管理规范。 在一定范围内可实现互操作。 没有统一的设备描述语言。 提供系统通信管理软件。 提供2 4 4 b 报文格式，提供通信接口的故障安全模式。 重庆大学硕士学位论文 3 机组的控制系统网络组成 3 1 2p r o f i b u s 协议组成 p r o f i b u s 由三个相互兼容的部分组成，即p r o f i b u s d p 、p r o f i b u s - p a 、 p r o f i b u s f m s 。 p r o f i b u s d p ( d i s t r i b u t e dp e r i p h c r y ) p r o f i b u s d p 是制造业自动化的主要协议内容，是满足用户快速通信的最佳 方案，每秒可传输1 2 兆位。扫描1 0 0 0 个i o 点的时间少于l m s 。它可以用于设备 级的高速数据传输，位于这一级的p l c 或工业控制计算机可以通过p r o f i b u s 同 分散的现场设备进行通信。 p r o f i b u s p a ( p r o c e s sa u t o m a t i o n ) p a 主要用于过程自动化的信号采集及控制，是专为过程自动化所设计的协议， 可用于安全性要求较高的场合。 p r o f i b u s f m s ( f i d d b u sm e s s a g es p e c i f i c a t i o n ) f m s 主要用于非控制信息的传输，可以用于车间级监控网络。f m s 可提供大 量的通信服务，用以完成中等级传输速度进行的循环和非循环的通信。对于f m s 而言，它考虑的主要是系统功能而不是系统的相应时间，应用过程中通常要求的 是随机的信息交换，如改变设定参数。f m s 服务向用户提供了广泛的应用范围和 更大的灵活性，通常用于大范围、复杂的通信系统。 1 0 】 3 1 3 包装线基础自动化网络配置 机组基础自动化网络系统采用西门子现场总线控制的p r o f i b u s d p 网络。 p r o f m u s d p 网络所连设备有以下几种类型： 主p l c 与h m i s e r v c r 计算机的通讯 主p l c 与h m i s e r v e r 计算机通过通讯模块构成通讯网络，实现生产数据的实 时交换。 主p l c 与送料小车变频器的通讯 主p l c 的d p 网线与送料小车变频器的通讯板c b p 2 连接起来，实现机组对 送料小车的控制。 主p l c 与进口设备p l c 的通讯 主p l c 与进口设备p l c 通过通讯模块构成通讯网络，实现机组与打捆机、送 纸机之间的数据交换。 主p l c 与称重仪p l c 的通讯 主p l c 与称重仪p l c 通过通讯模块构成通讯网络，实现机组与称重仪之间的 数据交换。 主p l c 与重卷( 检查) 机组p l c 的通讯 主p l c 与重卷( 检查) 机组p l c 通过通讯模块构成通讯网络，实现包装机组与 重庆大学硕士学位论文 3 机组的控制系统网络组成 重卷( 检查) 机组之间的数据交换。 主p l c 与远程分布式i o 模块的通讯 远程分布式i o 模块选用e t 2 0 0 m 和e t 2 0 0 b ，直接连接在主p l c 的d p 网线 上，主p l c 可以很方便的读取现场信号和输出控制指令。 主p l c 与操作面板o p 2 7 0 的通讯 操作面板o p 2 7 0 直接连接在主p l c 的d p 网线上，很方便的显示机组的工艺 参数。 其网络结构图如图3 2 所示，控制器通过扩展3 个c p 模块，分别引出3 条 p r o f i b u s 现场总线。7 个操作台、3 个阀站等远程站选用e t 2 0 0 b 和e t 2 0 0 m 模 块，连接在p r o f i b u s1 网络上；转运小车交流交频调速系统选用德国西门子 6 s e 7 0 系列矢量变频调速装置，与称重仪控制仪表变频调速装置通过通讯板连接到 p r o f i b u s2 网络上；p r o f i b u s3 线路链按d p d p 耦合器与转运小车绝对值编码 器，d p d p 耦合器连接机组p l c 与打捆机、送纸剪纸机，实现机组与打捆机、送 纸剪纸机之间的数据交换和逻辑连锁控制。 图3 2 基础自动化网络结构 f i g3 2b a s i ca u t o m a t i o nn e t w o r ka r c h i t e c t u r e 3 2 生产过程监控计算机( l 1 ) - 与e f 产管理计算机( l 2 ) 网络系统 机组的生产过程监控计算机( l 1 ) 与生产管理计算机( l 2 ) 网络系统采用以太网 控制系统。 3 2 1 生产过程监控计算机( l 1 ) 网络系统 包装机组配置h m i 和h m i s e r v e r 两级计算机组成生产过程监控计算机系统 ( 简称l 1 ) 。h m i 仅作为人机接口，完成机组生产过程操作与监视画面的显示。 h m i s e r v e r 在后台支持h m i 的画面显示，承担与本机组p l c 的通讯和机组当前生 产过程监控、钢卷跟踪与设备状态的监控。 1 6 重庆大学硕士学位论文3 机组的控制系统网络组成 包装机组h m i 系统采用西门子最新人机界面开发平台s i m a t i cw l n c c 6 0 系 统进行机组监控软件及p c p l c 的通讯软件的开发。h m i 系统部署为服务器客户 机( s c ) 多用户系统结构，h m is e r v e r 与现场p l c 系统采用工业以太网络进 行连接，通过s i m a t i cc p l 6 1 3 网卡与s i e m e n s 可编程控制器等设备进行数据通讯， 同时h m is e r v e r 负责为h m ic l i e n t 提供数据源，负责与l 2 系统的数据通讯， h m is e r v e r 服务器承担主要任务，如为h m ic l i e n t 客户机进行程序连接和日 志记录。h m ic l i e n t 利用h m is e r 、，e r 提供的服务，通过p c1 0 0 me t h h 斟e t 连接成局域网l a n ，采用标准的t c p i p 协议，h m ic l i e n t 放置在生产线现场， 提供给操作员操作界面。该系统有利于工程师对项目的即时组态更新和多用户之 间的协调操作。 s i m a t i cw i n c c 6 0 是s i m a t i cp c s7 过程控制系统及其它西门子控制系统 中的入机界面组件最新版本，其具有广泛的应用范围，独立于工艺技术和行业的 基本系统设计。模块化的结构及灵活的扩展方式；其在基本系统中集成了基于m s s q l s e r v e r 2 0 0 0 功能强大，可延展的h i s t o r i a n 服务器作为数据归档和信息交换 系统，使生产线监控系统h m i 与企业m e s e r p 系统容易的集成。 1 ，：。l 。 l 1 系统 一一厂_ = = 一 l = = ：j 一 一 1 一l： 生产数据输入 生产数据收集及数据库处理 人机接口处理 生产设备状态跟踪 系统数据通讯处理 图3 3l i 系统功能 f i g3 3 l 1s y s t e m sf u n c t i o n 3 2 2 生产管理计算机( l 2 ) 网络系统 包装机组与两条重卷机组共用一台服务器，该服务器作为重卷、包装生产区 域的生产管理计算机( 简称l 2 ) ，负责该区域生产数据的管理，与工厂级管理计算 机( l 3 ) 进行通讯。 f ，。i 一 l 2 系统 l ：= ：一 一 生产计划