李 飛

(中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司，四川618013)

巴魯夫現(xiàn)場總線模塊在熱模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線中的應(yīng)用與研究

李 飛

(中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司，四川618013)

介紹了巴魯夫現(xiàn)場總線在熱模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線上的應(yīng)用，有效解決了工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。

現(xiàn)場總線；熱模鍛生產(chǎn)線；電氣控制系統(tǒng)

一條熱模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線，現(xiàn)場有上百個(gè)控制、檢測、數(shù)據(jù)采集電氣元件，而傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝模式，主要采用接線盒和大量的接線端子及非常多的轉(zhuǎn)接電纜來完成。由于接線端子、電纜規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)量都非常多，且設(shè)備上檢測及控制元件位置分散，安裝過程中易造成錯(cuò)誤連接、虛接、短路等問題。由于巴魯夫現(xiàn)場總線IO-Link所有的變量均采用統(tǒng)一的通用接口，通過降低變量和接口種類，降低了規(guī)劃和管理成本。由于可以使用簡單的、非屏蔽的工業(yè)電纜，成本更低。并且采用國際通用接口協(xié)議，采用公開標(biāo)準(zhǔn)，提高了投資安全性。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，靈活性很高。在維修與維護(hù)過程中，可以進(jìn)行自動(dòng)重新調(diào)整，要求更少的查看。通過可靠的錯(cuò)誤檢測和定位、傳感器的快速更換以及集中式數(shù)據(jù)配置，減少了停機(jī)時(shí)間。由于預(yù)期的檢測需要的維護(hù)更少，從而實(shí)現(xiàn)了可靠、高效的數(shù)據(jù)傳輸。

1 巴魯夫現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)

1.1 簡單集成

通過統(tǒng)一的接口以及使用傳統(tǒng)的、非屏蔽的工業(yè)電纜，巴魯夫現(xiàn)場總線模塊可以簡單地在現(xiàn)場總線中集成。由控制器執(zhí)行配置，降低了調(diào)試時(shí)間，同時(shí)能夠連接開關(guān)量和模擬量傳感器，以及執(zhí)行器，使運(yùn)行更方便，運(yùn)行時(shí)通過直接的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化精度。即使是長距離，控制器也可以集中進(jìn)行配置。由于數(shù)據(jù)監(jiān)測是自動(dòng)運(yùn)行的，因此可以實(shí)現(xiàn)可靠的重新調(diào)整(如保持規(guī)定的等級(jí)或者開關(guān)滯后)。通過參數(shù)的集中化設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)傳感器的快速更換、快速格式轉(zhuǎn)換，可以同時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)的IO-Link傳感器/執(zhí)行器，支持Profibus或Profinet總線的IO-Link模塊，快速通過使用經(jīng)濟(jì)性部件和標(biāo)準(zhǔn)電纜，使安裝、維護(hù)和運(yùn)行過程中，停機(jī)時(shí)間更短。由于巴魯夫IO-Link模塊的端口可以配置為(診斷)輸入、輸出或者IO-Link通訊，對(duì)于每一個(gè)端口，針腳2或者針腳4可以用作診斷的輸入和輸出。每個(gè)IO-Link端口都有IOLink符號(hào)。

1.2 節(jié)約成本

在巴魯夫IO-Link傳感器集線器的安裝過程中，可以節(jié)約大量的費(fèi)用。與傳統(tǒng)的Profibus和Profinet相比，每個(gè)輸入節(jié)約15%～20%，如果加上Profibus和電力電纜的節(jié)約，成本可以降低30%～40%。由于采用M12 BCC標(biāo)準(zhǔn)電纜和使用傳感器集線器，只需要一個(gè)總線地址，就可以在20 m的區(qū)域內(nèi)，對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行分組，并且可以取得預(yù)期的效率。由于現(xiàn)場安裝的高成本是由于屏蔽電纜和模擬輸入模塊造成的，巴魯夫IO-Link傳感器集線器不僅解決了高故障率的模擬輸入方式，還減少了布線、測試和硬件成本。通過非屏蔽的、經(jīng)濟(jì)性的M12-電纜的簡單即插即用，不使用螺絲刀，就能夠在短時(shí)間內(nèi)，很輕松地使系統(tǒng)投入運(yùn)行。對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)連接，則需要較長時(shí)間的安裝、校驗(yàn)和測試。IO-Link的優(yōu)勢(shì)顯而易見。兩種方案對(duì)比圖如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)Profi-bus網(wǎng)絡(luò)與IO-Link模塊集成兩種方案對(duì)比Figure 1 Comparison between standard Profi-bus net and IO-Link module integration

2 現(xiàn)場安裝

2.1 傳統(tǒng)安裝方式

一般熱模鍛設(shè)備機(jī)上及液壓站內(nèi)檢測元件、執(zhí)行元件較多地采用集中端子接線盒方式，容易產(chǎn)生混亂，如圖2、圖3所示。

2.2 巴魯夫現(xiàn)場總線

圖2 接線箱內(nèi)端子排圖Figure 2 Terminals arrangement in connection box

圖3 現(xiàn)場控制箱內(nèi)開關(guān)Figure 3 Switches in control box on site

(a)機(jī)上主站模塊箱圖(b)機(jī)上輸出模塊箱圖(c)機(jī)上輸入模塊接線箱圖(d)液壓站內(nèi)模塊箱圖4 總控系統(tǒng)各模塊箱Figure 4 Module boxes of bus control system

巴魯夫現(xiàn)場總線采用現(xiàn)場IO模塊就近布置，每一個(gè)檢測元件和執(zhí)行閥組與模塊間距離盡可能縮短，以便于減少信號(hào)衰減。并且24 V直流電源也可以就近安裝，既減小了電壓衰減，也簡化了安裝。電氣箱內(nèi)電源的連接、DP總線連接及與執(zhí)行元件的連接均采用插頭方式，所有插頭均有防松和防誤插連接功能，既減少了出錯(cuò)的概率，也減少了由于設(shè)備運(yùn)行震動(dòng)造成的端子松動(dòng)掉線。如淮川63 MN熱模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線，由EDG680輥鍛機(jī)機(jī)組、EMY63 MN熱模鍛壓力機(jī)機(jī)組、EQB8 MN切邊機(jī)機(jī)組等組成，整個(gè)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)均采用西門子的PLC進(jìn)行控制。生產(chǎn)線的三臺(tái)機(jī)組各采用一臺(tái)西門子的S7-300系列PLC進(jìn)行控制，每臺(tái)機(jī)組的輔助設(shè)備均由相應(yīng)機(jī)組的PLC進(jìn)行控制。機(jī)上采用巴魯夫現(xiàn)場總線模塊與檢測元件連接，減少了機(jī)上布線的工作，每臺(tái)機(jī)組的PLC通過DP總線與總控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。每臺(tái)機(jī)組操作盤上的操作信號(hào)進(jìn)入ET200M從站，通過DP總線與每臺(tái)主PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，大大減少了設(shè)備之間的連線。每臺(tái)機(jī)組的操作盤上配置有一臺(tái)西門子的MP377觸摸屏，其與主PLC之間的通訊采用DP總線。整條生產(chǎn)線配有總控系統(tǒng)，其系統(tǒng)采用西門子S7-400系列PLC?？偪叵到y(tǒng)與五臺(tái)PLC之間采用DP總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，對(duì)整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和監(jiān)控，如圖4所示。

3 硬件組態(tài)與軟件調(diào)試

3.1 總線的配置

西門子STEP7編程軟件中只需要安裝巴魯夫公司提供的GSD文件就可以完成對(duì)總線的配置，如圖5所示。

西門子公司的S7-300PLC，支持工業(yè)總線Profibus-DP協(xié)議，具有廣泛的擴(kuò)展性，在設(shè)備上安裝若干塊IO主站模塊(如圖6所示)，利用Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)來完成與PLC的數(shù)據(jù)采集和傳遞信號(hào)，控制現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行。經(jīng)過IO-Link標(biāo)準(zhǔn)通訊電纜IO主站模塊與子站模塊連接(如數(shù)字量輸入/輸出模塊，模擬量模塊)。

3.2 總線的連接方式

數(shù)字量輸入模塊均由一根5針I(yè)O-Link電纜連接電源接口、總線接口組成，采用“點(diǎn)保護(hù)”方式，由于模塊上各點(diǎn)相互獨(dú)立，不會(huì)由于其他點(diǎn)的故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行。模擬量輸入/輸出模塊采用的是“組保護(hù)”方式，通過隔離器，經(jīng)總線電纜連接至PLC。IO主站模塊支持12MBd的通訊速率，主站地址由兩個(gè)旋鈕開關(guān)設(shè)定，它可以設(shè)定0～99。Profibus-DP總線由M12接插件連接，電源由5針插件連接。

圖5 PLC編程硬件組態(tài)Figure 5 Configuration of PLC programming hardware

圖6 標(biāo)準(zhǔn)IO主站模塊Figure 6 Standard IO main station module

4 結(jié)論

采用巴魯夫現(xiàn)場總線避免了大量的點(diǎn)到點(diǎn)的電纜敷設(shè)，降低了線纜敷設(shè)難度和施工的復(fù)雜性，節(jié)約了安裝、調(diào)試及維護(hù)的時(shí)間和費(fèi)用?，F(xiàn)場總線技術(shù)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，必將擁有越來越廣泛的領(lǐng)域和空間，對(duì)熱模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線發(fā)展起到良好的促進(jìn)作用。

編輯 陳秀娟

Application and Research on Balluff Site Bus Module in Hot Die Forging Automatic Production Line

LiFei

Application of Balluff site bus module in hot die forging automatic production line has been described, which efficiently solved numerical communication among intelligent gauges, controller, execution mechanism and other devices in working site as well as information transmission between these site control devices and the advanced control system.

site bus; hot die forging production line; electric control system

2017—05—19

李飛(1978—)，男，工程師，從事電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作。

TG315.4+2

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