Primero, prefacio
La prensa de varias líneas de producción en una fábrica de automóviles es el equipo fabricado por la empresa alemana SCHULER Press en la década de 1990. El PLC de la serie S5 de la empresa SIEMENS se utiliza para realizar el control central y la protección crítica de la máquina herramienta de punzonado. Se ha producido de forma continua durante más de diez años desde que se puso en uso. En la actualidad, el sistema de control Siemens S5 utilizado por la empresa de prensas ha sido más estricto. El envejecimiento grave, la creciente tasa de fallas y muchos equipos de control eléctrico debido a un largo período de tiempo, Siemens ya no producen ni suministran, el suministro de repuestos existe un gran riesgo, si no se cambia a tiempo, el mantenimiento de la prensa y la producción normal de alta eficiencia traerán grandes peligros ocultos, para resolver los problemas de mantenimiento que enfrenta la prensa, se analizará el sistema de control Siemens S5 utilizado anteriormente se actualizó al sistema de control Siemens S7 ampliamente utilizado para garantizar completamente el funcionamiento normal y eficiente de la prensa.
Dos, descripción general del sistema
Con la adhesión de China a la OMC, las fábricas de automóviles extranjeras han invertido en China para construir fábricas. Hay muchos tipos de automóviles con diferentes estilos. El desarrollo de las empresas de producción de estampado está cada vez más vinculado con la industria automotriz. El objeto de esta transformación es una máquina punzonadora cerrada de 600 toneladas. El diagrama esquemático del control del sistema es el siguiente. Cuando la máquina punzonadora está funcionando, el volante es impulsado por un motor a través de una rueda de correa, y el mecanismo de corredera-manivela es impulsado por un par de engranajes y un embrague. El movimiento giratorio del volante se convierte en el movimiento hacia arriba y hacia abajo de la corredera para completar el estampado de la pieza de trabajo. La corredera se mueve desde el punto más alto al punto más bajo para completar el estampado de la pieza de trabajo, y luego regresa al punto más alto para romper el embrague y completar un ciclo de trabajo. Para ajustar el tamaño del deslizador en la pieza de trabajo para completar mejor el estampado de la pieza de trabajo, se instala un colchón de aire debajo de la mesa móvil y la prensa se presiona a la presión prescrita ajustando la presión del aire comprimido dentro del colchón de aire. En el proceso de estampado, debido a que el peso del deslizador tendrá un impacto importante en el movimiento de todo el sistema, se utiliza un dispositivo de equilibrio para sujetar el deslizador con aire comprimido, de modo que el peso del deslizador sea cero y la potencia del movimiento del deslizador sea completamente proporcionada por el volante. Evitando así la influencia del peso del deslizador en el sistema. Cada prensa puede reemplazar diferentes matrices estampando diferentes piezas de trabajo, en el reemplazo del molde se colocará el colchón de aire, el deslizador montado en el punzón desbloqueado, colocado en la mesa móvil sobre la matriz, deslizador abierto al punto más alto, y luego a través de la mesa móvil para abrir el molde, el nuevo molde en.
El sistema consta de las siguientes partes:
1. El sistema de control central de la punzonadora está compuesto por S5-155U.
2. dispositivos periféricos controlados por E/S S5
3. El sistema superior de monitoreo y gestión de datos está compuesto por WF470.
4. Control deslizante del sistema de monitoreo del codificador paralelo, altura del colchón de aire, ángulo de leva
5. WF715 constituye un sistema de control de seguridad de levas.
Tres, requisitos del sistema
1) Prolongación de la vida útil de la máquina: debido a que la prensa es el equipo clave en la línea de producción de automóviles, el funcionamiento normal o no del equipo está directamente relacionado con la eficiencia operativa de toda la línea de producción de automóviles, y el equipo de una sola prensa es costoso. Dado que la vida útil de la parte mecánica de la prensa es de aproximadamente 50 años y la vida útil de la parte eléctrica es generalmente de solo unos 15 años, por lo que en la vida útil de la prensa se deben reformar aproximadamente tres veces el equipo eléctrico.
2) Reducir el costo de las piezas de repuesto, buena capacidad de mantenimiento: para lograr una buena capacidad de mantenimiento después de la transformación del sistema, se debe seleccionar una variedad de módulos de hardware de series estandarizadas, con buenas perspectivas de desarrollo de productos tecnológicos, a fin de garantizar el suministro a largo plazo de piezas de repuesto en el futuro. El software se modifica sobre la base del programa S5 original, que no solo garantiza la consistencia del sistema reformado, sino que también personaliza la función de control de acuerdo con los requisitos del usuario y agrega las anotaciones necesarias para garantizar la legibilidad del código del programa. Por lo tanto, no hay ningún problema en el aspecto del mantenimiento. Todo tipo de documentos de desarrollo se conservan bien y se archivan regularmente a tiempo para garantizar la legibilidad del código del programa. La capacidad de mantenimiento del software;
3) La sustitución rápida reduce el tiempo de inactividad en tan solo 4 semanas, con el fin de ahorrar tiempo y mano de obra en la construcción del sitio, acortar el tiempo de inactividad y reducir el impacto en la producción. Prepárese para la transformación: qué necesita ser reemplazado y qué permanece en el sistema, y realice una disposición y división razonables para evitar ampliar ciegamente el alcance de la transformación y omitir proyectos de transformación. Todo el cableado y los puntos de control en el programa son exactamente iguales.
4) Interfaz de operación en chino y potente sistema de diagnóstico: la interfaz de operación en chino facilita a los operadores comprender el estado del equipo, modificar los parámetros del proceso, proporcionar consultas de salida y facilitar la programación de la producción. Al mismo tiempo, la información de fallas y alarmas se muestra de manera intuitiva en la parte superior de la computadora de forma gráfica, y se muestra el estado de comunicación de cada nodo del sistema.
5) Personalice la función de control según los requisitos del usuario: manteniendo sin cambios el modo de operación original, agregue la función de monitoreo correspondiente según las necesidades reales del sitio.
Cuatro. Diseño del sistema
1, plan de diseño
Como la prensa es el equipo clave en la línea de producción de automóviles, el hecho de que el equipo sea normal o no está directamente relacionado con la eficiencia operativa de toda la línea de producción de automóviles, y el equipo de una sola prensa es costoso. Por lo tanto, en el proceso de transformación, el requisito es 100% de seguridad y 100% de tasa de éxito. En vista de la situación anterior, se adoptan los siguientes planes en todo el proceso de transformación del proyecto:
1) En el proceso de transformación de todo el sistema, primero depure el software y luego reconstruya el equipo eléctrico.
Para reducir el riesgo de transformación de todo el proyecto, no se trasladan todos los equipos S5 al principio y se añade una tarjeta de comunicación PROFIBUS al sistema S5. Todas las señales de los equipos del sistema S5 se transmiten a la CPU S7 400 a través de la comunicación PROFIBUS. La CPU S7 400 sustituye a la CPU de control S5. El programa de control de un dispositivo se ejecuta en S7 400 y las señales de control externas se controlan mediante la plantilla de S5.
En todo el proceso de implementación del proyecto, al agregar un programa de conmutación en S5, el sistema S7, S5 se puede cambiar libremente para controlar la máquina solo modificando los parámetros, y todo el proceso de reemplazo del sistema se puede completar en tres horas, para lograr una transformación sin riesgos.
2) Toda la renovación del equipo eléctrico sigue el principio de actualización sistemática, de acuerdo con los requisitos del proceso de control de la prensa, el controlador S5 se actualiza al controlador S7-400F para aumentar la función de protección de seguridad.
El sistema de control de seguridad es un sistema de control especialmente utilizado para el enclavamiento en lugares peligrosos y el estacionamiento de emergencia. La diferencia esencial entre el PLC y el control de procesos ordinario es que su función es hacer que el dispositivo se detenga de forma segura en caso de accidente y falla (incluido el accidente del dispositivo y la falla del propio sistema de control), para evitar daños al personal del dispositivo y al medio ambiente. Si se produce un escenario de aplicación crítico, el controlador puede ingresar a un estado de seguridad definido por el usuario para ejecutar el programa de tiempo de inactividad en un orden predeterminado y luego proporcionar al usuario informes de información de datos de diagnóstico.
Para facilitar el mantenimiento del equipo a los usuarios, el proceso de modificación garantiza que todas las estructuras de los programas, el cableado eléctrico y las instrucciones sean sustancialmente coherentes con el sistema original, y que todas las modificaciones estén detalladas y anotadas. Además, todos los programas y las tablas de variables se agregan en anotaciones en chino para facilitar el mantenimiento al personal.
3) La pantalla de monitorización utiliza un servidor de monitorización de datos WINCC como ordenador de monitorización principal de todo el sistema y una pantalla táctil con un disco electrónico como interfaz de monitorización de la máquina.
Debido a que la vibración de la prensa causará daños muy graves al disco duro de la computadora, se requiere que la computadora de monitoreo instalada en la máquina no pueda tener disco duro, y el proceso de control de toda la línea de producción requiere que toda la gestión de datos debe ser unificada por la computadora. Para resolver las contradicciones anteriores, todo el sistema es administrado por dos computadoras. Se instala una PC BOX en el gabinete de control eléctrico para realizar la gestión de datos de todo el sistema. El software de gestión está implementado por el software de monitoreo WINCC de Siemens, y el sistema operativo adopta el estable y confiable WINDOWS 2000. Otra computadora usa WINCE de Microsoft como su sistema operativo. Toda la computadora no tiene un disco duro y los datos se almacenan en un disco electrónico 2G.
El software WINCC de la BOX PC se supervisa de forma remota con el software de monitorización especial NETC@P importado de Alemania. En comparación con otros programas de control remoto, el software NetC@p se especializa en servicios en tiempo real y permite controlar fácilmente el proceso de funcionamiento. El sistema se ejecuta sin software en forma de tarjeta gráfica, por lo que todas las aplicaciones se muestran en un asistente digital personal o en una tableta móvil sin necesidad de programación de software adicional. NetC@p se encarga del análisis y el ajuste. El software instalado en el host es como un emulador de terminal que empaqueta imágenes, información del ratón y del teclado en Ethernet para su uso como esclavo. El esclavo se utiliza a menudo como una aplicación cliente o terminal móvil (con Windows CE como sistema operativo) y, en el esclavo, la aplicación NetC@p comenzará a ejecutarse automáticamente. No se necesitan otros programas ni dispositivos. A través de una red establecida o una conexión de red ISDN y DSL, solo se deben preestablecer los parámetros de conexión y entrar en el sistema, lo que permite realizar fácilmente la operación y el análisis remotos, ahorrando significativamente tiempo y costes.
4) El codificador se reemplaza por un codificador con estructura de bus PROFIBUS DP.
El codificador absoluto de nivel TTL original se reemplaza por un codificador con interfaz PROFIBUS DP. La red PROFIBUS DP puede proporcionar una velocidad de transmisión de 12 Mb/s y una excelente capacidad antiinterferencias, lo que hace que la precisión de control y la capacidad antiinterferencias del nuevo sistema sean mucho más sólidas que las del sistema anterior.
5) El módulo S7I/O adopta el módulo ET200M del sistema de E/S distribuida, el módulo utiliza el módulo de la serie UN 300 de UNIMAT y utiliza la estructura de bus PROFIBUS DP entre la CPU y el módulo S7I/O.
2, configuración del sistema
La tabla de actualización de todo el equipo de control automático es la siguiente: el equipo de control eléctrico principal de la automatización será reemplazado por un nuevo sistema de control.
Después de la modificación, el diagrama eléctrico del sistema es el siguiente:
3. Actualización de la función del sistema de control
1) Adopte el controlador a prueba de fallas S7 400F y el módulo de señal.
El controlador del sistema adopta el controlador a prueba de fallas Siemens S7 400F y compila el software de control de levas integrado interno de S7 400 para realizar el control de levas. Reemplaza el controlador de levas original WF715. Al tiempo que aumenta la flexibilidad de control, la leva electrónica y la leva electrónica son controladas por el módulo de función de seguridad proporcionado por el controlador a prueba de fallas. La comunicación del codificador de levas realiza un monitoreo de seguridad para garantizar la seguridad del sistema y evitar daños a los operadores.
2) intercambio de datos entre el sistema S7 y la computadora mediante Ethernet.
Se ha añadido al sistema un módulo de comunicación Ethernet CP443 para intercambiar datos entre Ethernet y la computadora superior de todo el sistema. Al mismo tiempo, se proporciona una interfaz para la interconexión en red de toda la línea de producción. El funcionamiento de cualquier prensa de la unidad en la que se encuentra la prensa se puede supervisar en cada una de ellas, lo que facilita el mantenimiento.
3) Utilizando el software especial de monitoreo remoto NETC@P, el intercambio de datos entre el terminal de visualización de prensa (esclavo) y el PC BOX (host) se realiza a través de Ethernet.
Para evitar daños en el ordenador causados por la vibración de trabajo de la prensa, se utilizan dos ordenadores para completar la monitorización de todo el sistema. Uno utiliza un ordenador industrial Siemens PC BOX de alta fiabilidad como servidor para almacenar datos e instalar todo el software de control. El otro utiliza un sistema operativo especial como terminal de visualización del cliente. Acceso remoto al servidor; se instala un disco electrónico en el ordenador del cliente sin ninguna pieza móvil para evitar daños en la vida útil del ordenador debido a la vibración de la prensa.
El host puede identificar todas las máquinas esclavas registradas y asignar solo un derecho de operación a una esclava a la vez. Cuando se ingresa el comando en la consola en la sala de control, se enciende una luz roja o verde similar a una señal de tráfico. Evite la operación simultánea o la operación errónea. Los operadores también pueden preconfigurar la computadora host para decidir si es la computadora host la que toma la decisión cuando una computadora esclava solicita el derecho de operación, o si la computadora esclava asigna automáticamente el derecho de operación a la esclava que realiza la solicitud primero. En tercer lugar, si es necesario autorizar a un operador para que tenga el derecho de operación, también puede usar una contraseña o un interruptor de contraseña para bloquear el alcance del derecho de operación, para maximizar la seguridad de la operación del sistema.
4) Actualización de WF470 a WINCC
El software de la computadora superior se actualiza de WF470 a WINCC, y la computadora superior se actualiza al modo de operación de pantalla táctil de 15 pulgadas.
Con la potente función de WINCC, el sistema ha agregado las siguientes funciones:
(a) Función de cambio de idioma mandarín/alemán para facilitar la operación diaria de los operadores del taller y el mantenimiento regular de los fabricantes;
B) Muestra el estado de la entrada, salida del PLC y la entrada y salida analógica en la PC, que es consistente con el diseño real del módulo PLC en el gabinete de control electrónico, y cada punto de cada canal está acompañado de notas detalladas;
Fig. 3 Visualización del estado del módulo de E/S del PLC
C) A través de la potente función de almacenamiento de WINCC, se agregan 100 conjuntos de gestión de datos de molde, y los parámetros tecnológicos del molde se almacenan en la fórmula del molde de antemano, y los parámetros del molde correspondientes solo se exportan durante la producción, lo que mejora en gran medida la velocidad de cambio de molde, mejora la eficiencia de producción y facilita la gestión unificada del molde y reduce el mal funcionamiento.
Fig. 4. Formulación de datos de moldes.
D) aumentar la autoridad de operación de la gestión de datos de molde. Después de la actualización del sistema, el operador solo puede configurar los parámetros del molde hacia arriba y hacia abajo en el rango de datos derivados de la fórmula, y la configuración no es válida si excede el rango. El personal de mantenimiento de la máquina herramienta puede configurar el rango de configuración para reducir el daño al molde causado por una operación incorrecta; aumentar la altura del deslizador dos veces, integrando los datos de los dos ajustes en la fórmula del molde, solo haga clic en el botón para realizar la configuración de altura, operación fácil y cómoda; realizar la altura del deslizador y el ajuste del colchón de aire al mismo tiempo, cambiando la operación del molde. Rápido y estable.
Fig. 5 Ajuste de parámetros de los datos del molde
E) Sistema de diagnóstico de fallas superpotente, que agrega registro de información de operaciones. Después de la actualización del sistema, además de conservar los registros de fallas originales del sistema, se registran algunas operaciones importantes en el panel de la máquina herramienta y todas las operaciones de configuración de parámetros para el molde, lo que es conveniente para la detección de fallas y la responsabilidad clara.
Fig. 6 Registro de información de operación
F) Función de diagnóstico del sistema superior, aumento de la calibración del codificador, sensor y transmisor. Una vez reformado el sistema, el cálculo complejo de la calibración de parámetros se realiza mediante el programa. En la operación real, la calibración se puede lograr solo mediante la guía direccional de acuerdo con la calibración y midiendo la altura o la presión, la temperatura, etc.
Fig. 7 Calibración del codificador
5) El codificador está conectado a la red PROFIBUS
El codificador de todo el sistema está conectado a través de la red PROFIBUS, y el codificador de ajuste del deslizador y del cojín de aire está conectado a través de una red PROFIBUS especial. El codificador de leva está conectado a través de una red PROFIBUS independiente, principalmente considerando que el codificador de leva electrónico es el control central del sistema de control de la prensa y ha estado funcionando en la prensa. Se necesita una respuesta rápida en tiempo real en el proceso. La velocidad máxima de comunicación de la red PROFIBUS puede alcanzar los 12 Mb/s, lo que garantiza la precisión de detección del codificador y la calidad de la comunicación.
Cinco, análisis del efecto de la transformación
1) aspectos de seguridad
S5 y S7 se utilizan para funcionar en paralelo, y S5 se desmonta después de confirmar la confiabilidad del sistema de control S7 para garantizar una transformación sin riesgos.
2) indicadores técnicos
Los parámetros clave de la prensa, como el control deslizante, la altura del colchón de aire, el equilibrador y la presión del colchón de aire, cumplen con los requisitos tecnológicos y la calidad de los productos de molde está bien controlada.
3) eficiencia de producción
Al introducir una nueva tecnología de fórmula y una operación totalmente china, puede aumentar efectivamente la velocidad del cambio de molde y reducir la intensidad del trabajo.
4) beneficios económicos
Con la experiencia exitosa de la primera actualización de la prensa, el proceso de actualización de la prensa se volvió más estandarizado, el período de actualización se acortó en un tercio, se logró una alta eficiencia de la actualización y se ahorraron muchos costos de mantenimiento. El módulo compatible con SIEMENS de UNIMAT también ahorra costos.
Seis, observaciones finales
A través de esta transformación, se han implementado todas las funciones de control originales y, sobre la base de las funciones de monitoreo de operaciones originales, se han implementado funciones prácticas personalizadas por el usuario, como cambio de fórmula, consulta de registros de operaciones y otras funciones prácticas personalizadas por el usuario, lo que proporciona una herramienta poderosa para que la fábrica lleve a cabo la gestión de la producción y el análisis de accidentes. Al mismo tiempo, debido a que S7 es más potente que S5, tanto la velocidad de respuesta del sistema como el mantenimiento y la depuración se han mejorado enormemente. Hasta ahora, el sistema ha estado funcionando de manera segura y estable durante más de medio año y ha sido ampliamente elogiado por los operadores y gerentes de la fábrica.
