1生产线网络及系统组成
根据生产线现场车间布局及功能区域分类，将预制混凝土构件生产线控制系统分为5个子系统，分别为中央控制子系统、托盘循环子系统、边模清洗及置放子系统、钢筋网放置子系统和格构梁放置子系统。根据系统划分及控制基本要求，整个系统采用3层网络结构，其中上层网络采用Ethernet，由交换机CU2008、中央控制子系统PC、各子系统控制器CP7202组成，实现中央控制子系统向各子系统发送接收数据，实现整个系统的监控，同时将上层网络通过交换机CU2008接入Internet，用于对设备进行远程诊断及维护，该诊断可以实现底层现场PLC级的诊断而无需为系统增添硬件设备；中间层控制网络采用EtherCAT现场总线，由各子站桥接模块EL6692和托盘循环系统Ether-CAT耦合模块CU1128组成，完成托盘循环系统与各子系统之间的控制信号和数据的交换；底层设备控制采用EtherCAT现场总线，各子系统采用主从式网络结构。系统网络拓扑示意如图3所示。中央控制子系统。由运行监控系统的计算机、打印机、UPS电源组成。该系统主要用于预制混凝土构件生产过程的管理和控制。系统运行时，CAD数据传输到监控系统进行预处理，处理的数据在精确的时间内被传输到各个独立设备中，由各设备根据数据进行生产。在产品生产期间，与生产过程相关的数据被存储，同时对该数据进行分析，以便用于其他生产计划以及ERP系统的控制。系统打印机可以对构件生产清单、班次产量、混凝土重量等信息进行打印，UPS电源为系统不间断运行提供保障。托盘循环控制子系统。1个主站CP7202，25个由EK1100耦合器及安全控制器、安全型数字量输入输出模块、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块组成的IO从站，19个SEW变频驱动从站，1个SMC气动阀从站。系统控制器CP7202中运行3个PLC，1#PLC主要完成托盘运输固定、横移车移动、倾卸、振捣、抹平、拉丝、翻转、养护窑门开关；2#PLC主要完成堆垛机构控制；3#PLC主要完成混凝土布料机的控制。边模清洗及置放子系统。1个主站CP7202，3个由EK1100耦合器及安全控制器、安全型数字量输入输出模块、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块组成的IO从站，9个POSIDRIVE伺服驱动从站，1个SMC气动阀从站。系统控制器CP7202中运行1个PLC，主要完成边模和托盘底模的清洗、划线、边模的摆放，以及将清洗好的边模放入边模库及取出。钢筋网放置子系统。1个主站CP7202，4个由EK1100耦合器及安全控制器、安全型数字量输入输出模块、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块组成的IO从站，16个POSIDRIVE伺服驱动从站。系统控制器CP7202中运行1个PLC，主要完成将生产完毕并储存的钢筋网放置到托盘中。格构梁放置子系统。1个主站CP7202，3个由EK1100耦合器及安全控制器、安全型数字量输入输出模块、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块组成的IO从站，9个POSIDRIVE伺服驱动从站。系统控制器CP7202中运行1个PLC，主要完成将生产完毕的格构梁按要求切割，并放置到托盘中。
2控制系统主要功能实现
2.1安全功能
生产线的安全控制分两种，即急停安全和机器安全，通过TwinSAFE安全PLC端子模块EL6900，4通道故障安全输入模块EL1904，4通道故障安全输出模块EL2904实现。其中模块EL6900集成了256个安全功能块；安全输出模块EL2904可以开关最大电流达2A的24V直流执行器［3］。急停安全由复位按钮、急停按钮、控制电源反馈触点组成，2个急停为常闭触点，且EstopIn1和EstopIn2之间为逻辑与关系，当操作员按下急停按钮或控制电压反馈触点K24DC断开时，急停输出EstopOut断开，控制电压继电器K24DC断开，切换控制电源，设备停止，功能实现如图4所示。机器安全实现时，其安全功能块与急停功能块相近，只是在安全外设选择了安全光幕、双手控制开关安全门限位和安全门进入确认按钮，通过在功能块中对这些安全输入的失效时间（1s）进行监控，当输入点在规定的时间内失效后，触发监控输出，利用监控输出点实现相关动作的停止，保证机器安全。
2.2边模取置自动控制功能
边模取置通常采用自动划线，人工取置边模和喷油操作，由于人为的失误可导致产品直接报废，而采用伺服系统自动控制划线和边模取置，提高了系统的控制精度和重复精度，边模置放精度达到±2mm。由于控制特点具有很强的流程性，因此采用逻辑控制流程图法中的循环流程、条件分支和平行分支来实现设计［4］，其控制功能流程图如图5所示。
3结论
采用Beckhoff公司基于PC的自动化系统，凭借其网络的拓扑结构灵活和廉价硬件，安全功能与非安全功能无限制配置，以及其上位系统的高级语言接口，与CAD和SQL软件高兼容性，使得预制混凝土构件生产线的生产效率相比传统生产提高约26%，人员操作减少到3人，并且减少了由于操作人员的工作失误导致的产品质量缺陷和机械设备故障，同时采用预制混凝土构件的住宅产业年能耗降低70%，年节水80%，为我国节能减排做出重大贡献。
作者：路阳 单位：北方重工集团电控液压设备分公司
相关专题：窦桂梅 南京工业大学研究生院