发电设备行业专用自动化加工设备结构分析

2020-10-20 06:04王雷
中国新技术新产品 2020年14期
关键词:自动化设备

王雷

摘  要:目前国内发电设备行业的精大稀专业自动化生产设备绝大多数是2000~2010年从国外引进的。它们都采用了欧、美、日等世界著名公司的先进自动化技术、控制系统、加工工艺及伺服执行机构,其特点是自动化程度高、技术先进并且复杂、功能强大。但是在后续的生产应用过程中也给维修维护以及备品备件带来了很大难度。该文从实际出发,根据我国国情及企业的自身生产特点,初步分析上述问题,并提出解决问题的方法。

关键词:自动化设备;通用化;工业总线

中图分类号:TM762            文献标志码:A

0 引言

电力事业的迅猛发展,给我国发电设备行业带来了前所未有的商机和挑战。国内各大发电设备制造商纷纷进行了生产工艺的改进和提高,并从欧、美、日等国家引进了很多先进的专用自动化设备,逐渐学习、消化国外自动化设备的工艺原理、设计理念、控制过程。而当时国内许多设备厂商也采用了国外先进的控制系统及硬件,但是其整体的控制程序、拓扑方案与国外设备仍有相当大的差别。为了能够更好的发挥国外设备的作用,现对这些专用自动化设备进行硬件自动化系统通用化改造方案的初步论证。

1 专用自动化设备

首先我们介绍一下目前发电设备行业中比较常用的专用自动化设备。应用于冲片和线圈行业的专业自动化设备,比较典型的有冲剪自动落料线、数控激光切割机、数控激光点焊机、三坐标数控冲槽机、线圈包带机、线圈涨型机等。

1.1 控制系统

控制系统包括了整个自动化设备的硬件及软件系统。

1.1.1 硬件系统

上述设备的硬件控制系统主要有西门子的SIMOTION运动控制器、数控系统840D sl、S7-400系列PLC、S7-300系列PLC、博士力士乐的Rexroth-IndraMotion MTX控制系统、倍福的基于PC的运动控制器、TwinCAT PLC、皮尔兹的PNOZmulti系统等众多知名厂家的控制系统。

1.1.2 软件系统

上述设备的软件系统有西门子的STEP 7、Portal、Scout、力士乐的IndraWorks,倍福的TwinCat 等众多机床逻辑软件。

1.1.3 现场模块

现场执行模块包括接口模块、传感器模块、执行机构模块等。不同公司的设备现场模块也都不尽相同,例如说西门子、力士乐、倍福、穆尔、倍加福、西克、易福门、巴鲁夫、图尔克等众多公司,都有自己的现场总线协议及工业现场的I/O模块、传感器模块、执行模块等模块。

1.1.4 网络拓扑

目前欧美所采用自动化控制系统已经不再是简单的通过I/O信号电缆连接,来实现整个系统各个部分的信号采集及控制的了,而是使用工业现场总线及工业以太网控制技术来实整个自动化控制系统的控制结构,现行的工业总线及网络主要有PROFIBUS、PRORINET、EtherCat、CAN-BUS、DRIVE-CLIQ、SERCOS、ControlNet、DeviceNet、Industrial Ethernet,通过上述网络将整个控制系统连接到一起,包括底层的硬件连接,也可以与上层办公环境的网络连接进行设备、生产数据的统计监控等工作,为上级部门提供各种数据及报表。图1是一个底层硬件连接及控制的网络拓扑图。

1.2 设备的控制结构

就目前的情况来看,很多设备所使用的硬件控制系统,控制逻辑软件以及网络连接结构都不是采用单一的硬件、软件及网络来实现的。按照欧洲机床生产厂商的方式,一个较大的控制系统或者自动化生产线都是由几个公司的硬件系统、软件系统和几种现场总线组成的。

主机部分和辅助部分经常是将不同厂商的产品结合到一起。这样就造成一个生产线会有几家的产品同时存在,产生一个生产线会有几种硬件控制系统、控制逻辑软件以及工业总线网络同时存在的问题。而网络与网络之间还需要有2个不同网络之间的转换设备。

2 自动化设备结构分析及通用化的初步方法

作为最终用户我们自然希望设备在满足安全生产并解决关键问题的前提下,控制系统可以尽量简单化、标准化、通用化。所谓简单化就是在设备的控制工艺上逻辑要简单清晰。标准化就是在硬件上要标准化,尽量采用电气接口统一、逻辑一致的标准硬件。通用化就是尽量减少特殊元器件的数量,加强替换性,使各个厂商的器件能够通用。采取上述方法的好处包括维修方便、设备的动作逻辑清晰、备件采购周期短、节约备件成本等。

2.1 控制系统的结构分析

针对每個自动化设备,首先要看其网络拓扑图,了解其自动化控制的整个控制过程,并且熟悉设备本身的生产加工工艺及动作顺序。一般来说,比较复杂的自动化生产线都有若干控制系统,以控制系统为核心,找出整个设备有几个控制系统。分析设备的拓扑图,根据网络拓扑图确定整个设备使用了几种网络控制总线,确定总线的类型和协议。然后按照控制系统、系统总线、检测执行机构进行分类,了解和研究其功能和可更改及采用通用系统或器件的替代方法。

2.1.1 控制系统

控制系统主要由PLC、工业控制计算机、数控系统、运动控制系统等组成[2],目前国内发电设备制造厂家所采用国外的自动化控制系统种类比较多,厂商也比较多。每个厂商都有自己的PLC、工业控制系统、数控系统、运动控制系统等,所以了解和使用起来比较烦琐,必须对这些控制系统进行分类研究,从功能和工艺上寻找替代的方法和途径。

2.1.2 系统总线

系统总线包括底层现场网络、工业以太网、办公室级别的网络等,作为底层现场的工业总线包括PROFIBUS DP、PROFINET、CAN-BUS、EtherCat、Modbus等众多现场总线,通过连接器直接连接现场的传感器、检测元件及执行机构。其优点是大大减少了设备现场的检测执行机构与主电器柜的连接线路。众多的现场元器件通过一根现场总线电缆直接和控制系统连接,这样就可以检测信息和执行动作。

2.1.3 检测执行机构

检测执行机构就是自动化设备现场的具体检测和执行元件,例如压力、温度及位置检测开关,编码器或者液压,气动阀门开关等。这些器件直接参与自动化生产的控制过程。

2.2 通用化解决方案

所谓通用化就是在一个设备上使用尽可能少的硬件控制系统类型、单一化的现场总线结构及同样的检测和执行机构[1]。这样可以避免多种控制系统在运行期间相互协调和相互交换数据时带来的麻烦,能够很好地降低故障率。

2.2.1 合并或简化控制系统及现场总线

在控制系统方面最好统一为单个公司,因为同一公司的控制系统相互之间的兼容性非常好,这样系统连接起来会变得简单,而且也会简化现场总线的数量,同时也减少了现场总线的种类和数量[3]。

2.2.2 检测和执行器件标准化

尽可能使用国内容易采购的国外知名厂商的标准器件,因为标准器件的国内库存量大、采购周期短、价格便宜。而且电气接口都是标准的接口,方便更换。根据我国目前的国情和发电设备企业的实际情况,如果能够采用以上情况进行专用自动化设备的改造,将会给整个发电设备行业的各种专用自动化设备带来非常好的前景,能够使这些设备发挥更大的效能。同时也会为我国目前推广实施的工业4.0在设备制造上提供很好的基础和实际应用案例。

3 结语

综上所述,经过我们对国内发电设备行业的精大稀专业自动化生产设备组成结构及控制原理过程的分析,清楚地了解整了个设备的通用结构和控制方法,给我们对设备的维修、改造提供了强有力的理论基础。根据我国目前的国情及企业的自身生产特点,可以为设备的升级换代提供了一个切合实际的解决方案。

参考文献

[1]李爱国,刘东宁.发电机组自动化设备故障分析及维护方案浅析[J].科技与企业,2015(13):215.

[2]卢齐英,周爱娇,袁灵霞,等.20 KW双频自动化发电机组控制系统及其自动化功能的实现[J].科技广场,2012(1):176-178.

[3]刘文英,徐中山.天铁8MW发电设备的自动化控制[J].天津冶金,2017(3):29-31,35.

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