啤酒生产线成品装卸控制系统方案设计(贝加莱系统).doc
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啤酒生产线成品箱
装卸控制系统设计方案
2007年10月28日
控制系统说明
一、概述
本控制系统设计用于啤酒生产线成品装卸系统。
啤酒生产线成品装卸系统拟采用机械臂抓钩啤酒成品箱的方式，主要工作流程如下：
啤酒成品经装箱后由传送带送至装卸系统前端，进入装卸系统前应先将成品箱转动900。
装卸系统机械臂每次抓取六箱。
分解动作为有（系统初始化后，装卸机械臂及抓钩在初始抓取位置等待，啤酒成品箱六箱到位后）：
装卸机械臂下降至抓取位置，抓钩抓住成品箱，靠板压紧，装卸机械臂上升，装卸机械臂转动９00至安放位置，装卸机械臂下降到位，靠板放松，抓钩松开（抓钩脱离成品箱），装卸机械臂上升，装卸机械臂转动至初始抓取位置等待。
其中
1．装卸机械臂转动和升降控制拟采用伺服传动控制。
2．抓钩抓取和松开，靠板压紧和放松采用气动控制。
3．三段传送带传动采用变频调速控制
4．底板送板采用液压控制
从装卸机械臂抓取动作开始，至其回复到初始等待位置准备下一次抓取动作为止，整个流程用时应不超过7~10秒，即每天37000箱左右（按每天24小时连续生产）。
底板送板机构示意图
装卸机械臂转动和升降控制示意图
传送带示意图
二、基本设计
1．概述
本控制方案依据当今最新控制理念，采用贝加莱高性能的PCC（可编程计算机控制器）以及B&RAutomationStudio作为主控制单元，实现全套啤酒生产线成品装卸控制系统的完美方案。
贝加莱PCC与常规PLC相比较，最大的特点在于其类似于大型计算机的分时多任务操作系统和多样化的应用软件的设计，常规的PLC大多采用单任务的时钟扫描或监控程序，来处理程序本身的逻辑运算指令和外部的I/O通道地状态采集与刷新，这样处理，直接导致了真正意义上的“控制速度”依赖于应用程序的大小，这一结果，无疑是同I/O通道中高实时性的控制要求相违背的。
PCC的系统软件完美地解决了这一问题，它采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台，这样应用程序的运行周期则与程序长短无关，而是由操作系统的循环周期决定，由此，它将应用程序的扫描周期同真正外部的控制周期区别开来，满足了真正实时控制的要求。
贝加莱PCC的独特硬件结构使其具备强大的复杂分析运算能力。
在其核心的运算模块内部，PCC为其CPU配备了数倍于常规PLC的大容量存储单元（100K-16M），这无疑为强大的系统和应用软件提供了监视的硬件基础。
另外贝加莱控制系统提供了许多功能强大的专业化功能运动控制功能块.如电子齿轮,电子凸轮,转矩控制,触发定位,鼓序列发生器,CNC等，可以方便的满足各种控制需求，实现同步控制功能。
即使对于远距离的电机，贝加莱控制系统也可以通过工业总线网络通信方式实现和远距离的电机同步调速，大大减少布线数量，提高系统稳定性。
除了能完成同步控制外，贝加莱控制器还可实现梯度提速，用户可以设定期望达到的速度和达到该速度所需的时间，PCC以固定的加速度达到设定速度。
整个自动化系统由一套可编程计算机控制器PCC相连接。
根据需要可选择设置上位机（操作面板），主要用于整个自动化系统工艺过程及数据的动态显示、系统主要设备的停送电、工艺参数的设定、故障报警显示、整个自动化系统监控、生产报表打印以及生产管理等。
由贝加莱可编程控制器PCC（2003系列）组成全套啤酒生产线成品装卸制系统的自动控制系统，用于完成各部分中传动装置的速度设定（包括升降速曲线控制）、联调，以及必要的手动操作、现场工艺数据的显示等。
伺服传动装置与PCC之间采用网络通信，即工业现场总线（CANbus）的控制方式，以确保系统的调速性能。
利用CAN-bus高速通信，可以克服模拟量、串行通讯及传统的工业总线的缺陷，数据收发方式灵活，采用非破坏性基于优先权的总线仲裁技术，具有暂时错误和永久性故障节点的判别及故障节点的自动脱离功能，使系统其它节点的通信不受影响；同时CAN具有出错帧自动重发功能。
2、传动方式：
装卸机械臂转动部分：
采用伺服控制装置单独传动方式；
装卸机械臂升降部分：
采用伺服控制装置单独传动方式。
三条传送带部分：
采用变频控制装置单独传动方式。
底板输送部分：
采用液压控制方式。
抓钩抓取和松开，靠板压紧和放松部分：
采用气动控制方式。
3、系统性能：
伺服控制装置是高性能的速度调节系统，可实现快速升降速，并保证定位的精度要求。
伺服控制装置接受来自PCC的位置给定值，并根据编码测速装置的反馈值，精确控制交流电动机的转速。
伺服控制装置的堵转电流可整定为电动机额定电流的1.5倍以上，保证充分利用电动机的过载能力。
调速系统的静态精度决定于测速装置。
采用编码器测速方式，调速系统的静态精度可达0.01%，动态恢复时间《=0.125%S。
4、系统控制方式：
整个系统采用集中管理、操作，分散控制的原则。
由设备控制级和过程控制级（选配）组成，相互之间通过高速通讯网络构成完整的自动化控制系统。
过程控制级采用操作面板，负责生产准备、生产管理和过程监控。
操作员可在屏幕上监视每一处的工况，并用控制键盘对设定数据进行设定和修正。
具体功能如下：
a.机械臂动作过程控制程序的存储和调用；
b.各机速度和位置的设定；
c.全机及主要辅助设备的起/停控制；
d.各单元机速度单独控制；
e.全机及主要辅助设备状态显示（准备好运行和停止等）；
f.全机生产线生产流程模拟图；
g.过程数据显示（电机电压/电流/转速、温度和压力等）；
h.故障监视及报警记录；
i.打印生产报表。
设备控制系统以贝加莱2003系列的PCC作为主控单元，负责对啤酒生产线成品装卸系统进行控制。
5、保护和报警
整套控制系统有完善的保护措施和报警系统。
PCC提供了强大的功能，可以实时监测外部参数。
发现异常参数时可显示故障名称，故障发生时间和消除时间，并采取相应措施。
此外PCC能对硬件模块进行自检。
及时发现硬件本身的错误。
6、系统硬件组成
所有伺服控制装置的进线自动开关和交流接触器分装在配电柜内。
这些配电柜均放在主电室或现场。
各伺服控制装置及其他控制装置均置入控制柜中，这些柜子都是装配式柜体，外形尺寸均为宽800mm、深600mm、高2200mm，分成前、后纺二组，都放在主电室内或现场。
所有交流接触器和直流接触器都由PCC控制操作，另外也可在各自的配电柜的门上操作。
7、系统结构特征
用操作面板作为操作人机界面（选配），配以先进的监控组态软件，使操作人员直观而又方便地对系统各个部分进行操作控制。
操作面板与PCC之间采用Ethernet，即以太网进行数据通讯，以便及时而有效地监控整个系统的运行。
PCC与伺服控制装置之间用CANBUS网络进行通讯控制，实现实时控制和调速的控制要求。
三、控制功能说明
1.起动和停止控制
⑴单机起动和停止
啤酒生产线成品装卸系统各台电机均可由PCC或人工控制单独起动和停止。
⑵故障解除
当控制系统发生故障时，例如电动机传动装置的控制电源故障、欠电压故障等；或紧急停车后，其它电动机将以正常方式的速度给定停车。
故障排除后，必须按下“故障排除确认”键，方可重新起动。
⑶起动允许
系统起动必须具备如下条件：
a.电动机风机正常；
b.工艺联锁和电动机润滑系统正常
c.伺服控制装置保护正常
d.故障排除确认键按下后
⑷加速度及减速度控制
伺服电机正常起动和停止的加速及减速时间暂定为1秒，由PCC程序设定。
2．自动故障检测
⑴概述
自动故障检测的目的是及时发现故障，使系统能够迅速采取措施，进行相应的故障处理，从而能限制故障扩大，减少停车处理时间，提高全机的生产率。
⑵范围
本系统在全线范围进行故障检测。
⑶故障检测方法
自动故障检测的实现依赖于各伺服控制装置及其他检测装置。
伺服控制装置中本身具有故障检测功能，通过工业现场总线网络，将全机各伺服控制装置中的故障信息传送到总控单元（上位操作面板）中，以便迅速采取措施，并通过声光报警及时提醒操作员。
3．PCC与传动装置接口
⑴传动控制功能
a.伺服控制装置的速度基准来自速度设定系统。
b.伺服控制装置的起动和停车设有速度曲线发生器以控制起动/停车斜率，该速度曲线发生器的输出为一百分数（RAMP%）。
当按下起动按钮时，RAMP%由零逐渐上升到100%；当按下停止按钮时，RAMP%由100%逐渐下降到零。
送往伺服控制装置的速度给定，在其设定值之前乘以RAMP%，因此伺服控制装置能按指定的时间同步完成起动或停车过程。
四.系统配置:
（1）啤酒生产线成品装卸系统电控配置说明
a）主站配置（选配）
操作面板。
b）控制装置传动配置
1.2003PCC一套：
2.伺服控制装置两套：
伺服控制器，伺服电机
3．变频控制装置三套：
变频器，交流电动机
4．液压和气控装置各两套：
（2）啤酒生产线成品装卸系统电气控制方案:
面板
（指示灯
及按钮）
位置
传感器
变频器
及电机
变频器
及电机
变频器
及电机
（3）啤酒生产线成品装卸系统电气控制硬件配置清单：
序号
名称
型号规格
数量
备注
1
2003PCC
1
套
2
伺服控制器及电机
2
套
3
变频控制器及电机
3
套
4
液压控制装置
2
套
5
气控装置
2
套
6
位置传感器
10
7
电气附件
若干
8
触摸屏
1
9
控制箱
1
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