工业现场的基础自动化解决方案

摘 要：现代化的工业工厂中，高度自动化的生产线对应着较高的生产效率，而高效的自动化产线几乎全部基于工业自动化的实施方案：即PLC控制，以PLC为自动化控制的核心，辅以各类继电器、接近开关、限位开关、温度传感器、液位传感器及各类自动化仪表等，最终实现一个庞大而复杂的产线设备精密控制；然而随着现场生产经验的积累，产线的功能往往不能满足提高工作效率的需求，进而需要对设备实施技术改造和升级，本文将以具体案例为背景，讲述现场基础自动化的实施方案。

关键词：工业 自动化 PLC 接近开关

中图分类号：F471.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（b）-0101-02

包装钢卷生产线是冷轧厂的辅助产线，是冷轧厂的最后一道工序，主要负责钢卷包装。它虽然是辅助产线，但是却非常重要，一旦发生事故将会对成品质量造成影响。包装钢卷生产线的生产实践中发现，在其对钢卷进行包装的“提升机”工步很容易发生事故，这个工步是半自动化，要实现的功能是将“钢卷”从“鞍座”提升至半空，手工包装结束后再将钢卷放下，其中很多时候都需要人为的手动操作，操作失误是导致事故发生的直接原因。产线人员的操作失误导致的事故，大部分发生在自动化程度不是很高的产线，这种“操作原因事故隐患”也可以认为是自动化设备的功能缺陷，但是作为投资者，以最少的资金购买最大效益的产线是他们所考虑的问题，而如何以最小的资金实现最大的技术升级则是这类工厂中现场自动化人员所需要时刻思考的问题。自动化工厂中，高度自动化的生产线，往往对应着较高的生产效率，但随着现场职工工作经验的积累，为达到更高的生产效率和安全系数，设备改造和升级的需求会日渐显著，工厂中的电气自动化技术人员一般都非出自设计院等专业化极强的单位，大多为刚毕业的大学生，缺少知识积累和现场经验，这个时候，一套标准化的“自动化设备改进和升级实施方案”就显得尤为重要。

1 研究工艺流程

该工步的具体工艺流程为“提升机”的提升臂伸出，并将钢卷从步进梁鞍座提升至半空，操作工进行包装，包装完毕“提升机”将钢卷放回鞍座，同时“提升臂”缩回。事故隐患为“提升机下降旋钮”没有打或钢卷还未到达鞍座便开始进行了下一步的“提升机缩回旋钮”的操作，将导致钢卷随提升机一直后退，撞击后侧护栏。

鉴于此，考虑添加必要的连锁条件，以实现避免带卷后退撞击护栏的现象；然而导致事故的直接操作行为为“拨动提升机后退旋钮”，那么可以考虑在“提升机后退程序段”添加连锁条件“钢卷已经放置至鞍座位”这个必要条件，预计添加和实现完此条件后，在没有打“提升机下降”或没有“将钢卷放到位”的情况下将无法实现“提升机后退”的操作，以有效避免误操作带来的隐患。

2 确定软、硬件的改造方案

要实现此项技术改造，要从两个方面进行考虑：软件程序的实现方式、现场硬件的实际情况。

（1）软件程序的实现方式（假设现场可以添加“钢卷到位”点，该点号为Ix）修改后对应的程序段如表1。

从表1可以看出，软件程序可以达到对应的预期目的，添加完Ix后，在除“调试”外的“自动”和“手动”模式下都将实现“钢卷不到鞍座位，提升机不后退”。

（2）查验现场硬件的实际情况。经查验确认提升机就近的ET站存在备用点I22.2，可以满足将有卷检测传感器对应的信号直接接入系统的要求（Ix=I22.2），因此对于硬件工作主要有两个方面：敷设传感器电缆和对应传感器接近开关的定位、安装。

鞍座的有卷检测功能可以通过嵌入鞍座的接近开关实现，在保证原有鞍座的受力能力前提下，在鞍座上开出大小适当的孔洞，并将接近开关装入，值得注意的是，接近开关的最高点必须低于鞍座孔洞的上表面，以避免钢卷直接压坏传感器。

3 实施改造

软件方面直接通过SIMATIC Manager修改对应的程序段，将原程序改为“程序方案”，并将上述程序中的Ix改为I22.2，修改完成后，进行保存，并下装到plc中即可。

硬件方面首先应完成对应的鞍座开槽，进而开展对应接近开关的鞍座和信号线的敷设及连接，涉及到气焊切割的，应当提前开具动火票，并采取必要的防火措施。完成改造后改造后，即可进行上电实验。

4 效果评估

该项目实施后，达到了预期的结果，手动模式及自动模式下，在钢卷未完全落至鞍座之前，提升机后退将无法實现，也就有效的避免了提升机带卷后退事故的再次发生。由于此项技术改造所带来的各项价值如下：

（1）经济价值：成品卷吨价6000元，废卷吨价2500元，若按半年内3次事故计算，造成的废卷吨数为8×3=24t，一年即48t，直接经济价值为48×（6000-2500）=168000元；处理事故及清理事故现场每次约1h，按3min包装一卷算，将造成6×（60/3）=120卷无法包装销售，合计120×8t=960t，按吨钢利润0.01万元算，全年将造成960×0.01=9.6万元的损失；另外由于掉卷，将造成现场设备、设施变形和损坏，修复费用约5000元；同时，由于安全感的提升，生产更加顺畅，提升机区域工人的单卷包装时间平均缩短了5s。1d=24h×60min×60s=864000s，改造前一卷时间为190s，改造后为185s，全年多包装钢卷=864000/185-864000/190=4670-4547=124卷，钢卷的重量约为8t，吨钢利润约为0.01万元，则创造利润=124×8×0.01=9.92万元。以上几项目合计的年经济价值为：16.8+9.6+0.5+9.92=36.82万元。

（2）安全生产：避免掉卷事故的安全意义重大，操作工距离提升机的距离很近（操作时几乎零距离），钢卷的重量约为8t，钢卷每次掉落的地点均为钢板所覆盖的4m深地坑区域，地坑盖板几近于被砸折断，人员被钢卷砸伤和跌落地坑的隐患极大，此次改造完成后，将有效的避免提升机撞击、掉卷事故的再次发生，安全意义重大，非具体经济价值所能衡量。

5 结语

工业现场的基础自动化实施方案并不复杂，而且具有可复制性，一般的产线设备（PLC）也都预留有后期升级所需的备用点，包括模拟量和数字量，可以直接使用，他能否满足日常设备的性能升级的需要，做好现场工艺的前期调查，组织和落实好改造方案，几百元的改造费用创造几十万甚至上百万的年经济价值在现代化的工业工厂中是完全可以实现的。

参考文献

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[3]王永华.现代电气控制及可编程控制技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

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