嚴宗飛

肇慶市技師學院 廣東 肇慶 526060

一、灌酒機現(xiàn)狀簡介

肇慶藍帶啤酒有限公司包裝生產(chǎn)線的灌酒機是廣東省輕工業(yè)機械集團有限公司在1993年生產(chǎn)的。由于當時我國整體自動化水平不高，以及出于設(shè)計成本的考慮，原電氣控制系統(tǒng)線路復雜，且大量使用中間繼電元件、輔助觸點，線路迂回繁復。系統(tǒng)雖然使用可編程序邏輯控制器，但并沒有將其優(yōu)點全部發(fā)揮出來。設(shè)備運行多年后，電器元件出現(xiàn)老化等問題造成設(shè)備故障大幅增加，同時由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，維修時間增加，故障問題也越來越復雜。

在現(xiàn)代社會要求高效率、低消耗的大環(huán)境下，過高的故障率及過長的維修時間已經(jīng)無法滿足現(xiàn)時自動化生產(chǎn)要求，為保證啤酒生產(chǎn)商的正常運行，必須對原系統(tǒng)進行升級或技改。

二、故障、維修效率分析

1.故障分析

原系統(tǒng)使用時間已經(jīng)超過20年，電柜內(nèi)部線路元件老化嚴重，外部傳感器失靈或接近損壞。同時，由于大量使用中間繼電元件，系統(tǒng)動作頻繁，觸點開關(guān)頻率高，觸點出現(xiàn)接觸不良等情況，造成系統(tǒng)故障多、運行不穩(wěn)定等現(xiàn)象。

灌酒機控制系統(tǒng)使用三個不同電壓的控制電源，也是造成系統(tǒng)不穩(wěn)定及維修困難的原因之一。AC6V用于控制指示燈電源、DC24V用于外部控制按鈕、AC48V用于接觸器控制電源。在三個控制電源中，只要其中一個出現(xiàn)問題系統(tǒng)就將產(chǎn)生不同程度的故障，輕則無法正確指示，重則無法運行。理論上三個控制電源同時使用的穩(wěn)定性只有單一電源的三分之一。灌酒機的工作環(huán)境相對潮濕，機械組件上各類傳感器雖然有一定的防水功能，但進水后難免會出現(xiàn)失靈或損壞的情況，而且傳感器處于半失靈狀態(tài)時，檢修難度比維修直接損壞的傳感器要大得多[1]。

2.維修效率分析

第一、原灌酒機控制系統(tǒng)有大量中間繼電元件及布線，使整個系統(tǒng)復雜化，故障檢修時必須查閱對照原圖紙資料才能順利逐級檢測，見圖1。

圖1 原灌酒機控制局部圖

第二、三個不同的控制電源對故障檢測也造成一定的困擾。必須要明白三個控制電源的基本控制方向，不然將被誤導或燒毀儀檢測表儀，一不小心將導致系統(tǒng)二次損壞，見圖2。

圖2 不同的控制電源圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大和其復雜程度以及電氣故障較強的隱蔽性，造成設(shè)備在故障情況下維修困難、維修效率低下等問題。

3.解決辦法

在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，大型自動化機組大多使用了大型的PLC（可編程邏輯控制器）模塊，以及眾多的輸入輸出設(shè)備。隨著自動化程度的提高，設(shè)備故障也越來越多，維修難度也越來越大，這就給設(shè)備技術(shù)人員的專業(yè)水平提出了更高要求。然而不是每個維修人員都能看懂PLC程序，能查閱英文資料或具有豐富的維修經(jīng)驗，所以我們必須對設(shè)備機組進行改進。

高度自動化、操作簡單化、故障透明化及系統(tǒng)信息直觀化是現(xiàn)代電氣系統(tǒng)設(shè)計的主要方向。第一、高度自動化可有效降低人力資源成本；第二、操作簡單化可降低操作人員入門要求水平及崗位流動性要求；第三、故障透明化可降低維修難度及提高維修速度；第四、信息直觀化可提高對整個工藝控制的穩(wěn)定性及精度要求。

三、人機界面

人機界面是操作人員和機械設(shè)備之間做雙向溝通的橋梁，用戶或系統(tǒng)設(shè)計人員可以通過編程軟件自由組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等形式來控制或者監(jiān)控設(shè)備運行狀況。通過預編程，使設(shè)備的內(nèi)部運行信息即時反應在屏幕上。

傳統(tǒng)的純按鈕操作界面需由熟練的操作員才能完成，而且操作繁復、困難，無法提高工作效率。但隨著電氣技術(shù)的飛速發(fā)展，人機界面應用已普及。人機界面由于采用并行通信原理，擺脫了以往一按鈕一線的傳統(tǒng)布局，實現(xiàn)了系統(tǒng)一根電纜的控制方式。使用人機界面不但可以使系統(tǒng)設(shè)計時的布線變得簡單，同時也能減少PLC控制器所需的I/O（輸入/輸出端口）點數(shù)，降低系統(tǒng)設(shè)計成本。此外，由于面板控制的小型化及高性能，整套設(shè)備的附加價值也有所提高。正因為人機界面采用了可編程控制方式，所以控制界面或信息交互界面可以隨意修改而不需要改變外部線路，簡單快捷。

電氣設(shè)備故障的排查及維修效率是困擾技術(shù)人員的一大難題，人機界面的出現(xiàn)及普及應用改變了這點。機器故障不再需要憑經(jīng)驗或查找資料，人機界面能以文字或圖形顯示故障，使電氣故障透明化。簡單的設(shè)備故障可直接由機組操作人員完成維修處理。這不但降低了自動化系統(tǒng)的維修難度，還極大地提高了維修效率。

四、改造可行性分析

“WEINVIEW”威綸通是我國比較有代表性的觸控屏產(chǎn)品，其人性化設(shè)計理念提供了先進且簡單易懂的人機界面。

由于肇慶藍帶啤酒有限公司包裝生產(chǎn)線車間已經(jīng)連續(xù)多年對各機組電氣設(shè)備進行了改造，對灌酒機電氣系統(tǒng)的改造積累了較豐富的技術(shù)經(jīng)驗。系統(tǒng)布局布線、程序設(shè)計都有較成熟的方案可借鑒。

“WEINVIEW”人機界面已經(jīng)普及且價格便宜，很多新設(shè)備已使用此人機界面。同時“WEINVIEW”系列人機界面具有較完善的技術(shù)支持服務及簡單易用的編程軟件。

五、系統(tǒng)改造說明

此次灌酒機電氣系統(tǒng)改造的主要目標是降低故障率、提高維修效率；在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，盡可能簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；引入“WEINVIEW”人機觸控界面使故障檢測透明化、直觀化，操作簡單化、人性化。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化

第一、電柜系統(tǒng)線路改造。元件統(tǒng)一使用現(xiàn)在成熟的DC24V控制電壓。接觸器、按鈕開關(guān)、提示燈、電磁閥和外部傳感器全部改為同一級別DC24V控制電壓類型。系統(tǒng)統(tǒng)一使用DC24V控制電壓，這樣不但可以使檢測方便快捷，同時能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

第二、刪除中間繼電器等中間控制環(huán)節(jié)，直接以三菱PLC輸入輸出點及內(nèi)部軟中繼作為控制節(jié)點。將系統(tǒng)的穩(wěn)定性全部轉(zhuǎn)移到穩(wěn)定性較強的PLC上。不但增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時極大地簡化了整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局，見圖3。

圖3 PLC局部接線圖

第三、電柜布線以不同顏色區(qū)分，PLC輸入輸出點標以不同顏色的電源線，令查詢更直觀。

第四、電柜元件標識采用中文標識，線路標識采用PLC輸入輸出點直達標識。元件的中文標識及PLC直達標識擺脫了以往代碼標識需查圖紙的麻煩。

第五、控制面板改造，引入人機界面替代傳統(tǒng)控制面板布局。通過預編程，將操作控制順序及全部可能故障信息寫入人機界面，修改優(yōu)化PLC程序，使之與人機界面統(tǒng)一。引入人機界面后不但降低操作難度、并能將設(shè)備故障以文字方式顯示出來。這是提高維修效率的主要途徑。

利用現(xiàn)在先進的HMI人機對話界面。它不但界面友善，并且直觀明確，交互方便。使用人機界面不但可減少PLC的按鈕輸入點數(shù)，減少系統(tǒng)布線，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時界面的畫圖功能可直觀地反映機器內(nèi)部運行情況。

2.優(yōu)化系統(tǒng)控制程序

根據(jù)系統(tǒng)在重新簡化設(shè)計，修改PLC程序，以程序替代外部硬連線，減少外部線路，將系統(tǒng)的穩(wěn)定性轉(zhuǎn)移到更可靠的PLC上，見圖4。

圖4 修改PLC程序局部圖

3.故障顯示預編程

收集及預測系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障，通過編寫程序?qū)欣^點與HMI人機界面程序通信，使系統(tǒng)故障透明化，見圖5、圖6。

圖5 人機界面故障圖

圖6 程序故障圖

六、結(jié)語

人機界面的元件位置布置形象準確，可變色圖像指示機器實時狀態(tài)，動畫報警或滾動報警生動形象，數(shù)據(jù)輸出功能可反映機器效率使用情況，跟蹤數(shù)據(jù)，提前判斷機車癥狀因子，剖析過程因數(shù)。根據(jù)機器狀態(tài)現(xiàn)場調(diào)整機車運行功效，強大的數(shù)據(jù)量輸入即時實現(xiàn)。溝通方面，只需手指點擊幫助，中文注釋文本直接解決疑惑。HMI安裝簡便，外形輕薄且緊湊，易于人們觀看的顯示器可對應各種連接形態(tài)，滿足嚴格的環(huán)境和操作要求，可用于各種環(huán)境。親合性更強的維護功能，只需觸摸即進入檢索狀態(tài)，安全性能大大提高，16級口令隱藏和禁止不必要的操作，指定的互鎖條件減少按鍵錯誤導致的誤操作可能性。經(jīng)過改造后，相比其他未經(jīng)改造的機組，灌酒機電氣系統(tǒng)故障率明顯減少，維修效率大幅提高。※

[1]吳志敏，陽正峰.西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2009.