三維電動平臺車自動控制系統

劉新航　張宇

【摘 要】本文基于一種三維電動平臺車系統，對該系統的自動化控制的實現，進行設計、軟硬件配置及系統功能方面的詳細闡述。

【關鍵詞】PLC；自動定位；分段控制；CANOpen

0.前言

在火法冶金工藝中，鋁熱還原法是最常用的一種自蔓延反應，其反應的特點是速度快，熱量高，且不需要外部施加額外的能源，但同時也對如何提高安全性提出了新的課題。目前國際上比較常用的方法是通過破開熔融金屬液上表面渣層的方式，將熱量適度釋放，以降低反應風險。

為了提高產能，并最大限度的保障人身與設備安全，在實際的工業生產過程中，需要將承載剛反應完的熔融金屬液的坩堝及時運輸到破渣室進行破渣，并馬上準備下一個空坩堝進行下一個反應?；诋a能與安全的考慮，我們針對鋁熱還原法在實際工業生產中的工藝要求，設計并制作了具備自動定位功能的軌道式三維電動平臺車。該平臺車由0.4KV供配電系統、頂升平臺系統、東西向大車運行系統以及南北向小車運行系統組成，同時配有人機界面，分權限等級對系統參數進行設置。

軌道式電動車具有運行速度快且穩定、可靠性高、成本低等特點，在現代自動化物流系統領域中得到了越來越廣泛的應用，該系統既可作為立體倉庫的周邊設備，也可作為獨立系統[1]。

該系統運行機構定位誤差小于5mm，完全滿足現場工藝定位的要求。

1.設備構成

1.1系統概要

該電動平臺車系統由38個工位組成，包括5個熱反應室，3個破渣室，20個冷卻工位和10個坩堝暫存工位，軌道上的平臺車根據預設自動運行，并將需要的坩堝進行運輸，如圖1.1所示。

三維電動平臺車的一次工作周期由從坩堝暫存區取空坩堝開始，經過運送坩堝加料反應、運送反應后的坩堝進行破渣、運送破渣后的坩堝進行冷卻，最后將冷卻后的坩堝運送回坩堝暫存區等待渣塊分離，每一步驟完成后均需要進行三方向的位置定位與確認，以確保工序的準確和生產的安全。

該電動平臺車主要由整車供電系統、整車電氣控制系統、大車運行系統、小車運行系統、小車升降系統以及小車拖纜系統組成。

1.2系統描述

1.2.1整車供電系統

為了防止地面沉降和供電線纜直接被高溫炙烤，整車供電系統采用恒力矩卷筒電機收放卷筒專用扁電纜的方式進行供電，電纜為3P+N+PE的五芯扁電纜，內置兩根鋼絲以吸收張力。將扁電纜的一端固定后連接于軌道末端放置的EPS電源柜中，另一端固定在電動平臺車卷筒的取電器上。

1.2.2整車電氣控制系統

（1）PLC系統。

PLC控制系統采用Schneider公司的M258系列PLC，其具備一個以太網接口，一個CANopen接口和一個串行接口。CANopen接口與5個從站進行數據交換，從站包括大車、小車以及小車電纜卷筒驅動變頻器（ABB ACS800系列），大車多圈絕對值編碼器（德國Hengstler）和小車拉繩式絕對值編碼器（德國Hengstler）；串行接口通過Modbus協議與電動平臺車控制柜體上的觸摸屏進行通訊；以太網口預留，以便與上級MES進行數據交換 [2][3]。

編程軟件為Schneider SoMachine V3.0，觸摸屏為Schneider HMISTU855，上位機組態軟件采用Schneider Vijeo Designer。

SoMachine是Schneider發布的組態軟件，可以實現對Schneider系列PLC的組態并讀寫PLC的存儲區。同時，SoMachine也集成了Vijeo Designer，用以開發觸摸屏人機界面，可實現實時監控，人機對話，數據報表，配方發布等功能。本系統的觸摸屏的主要功能是參數設定與顯示，以及異常狀態報警[4]。

（2）控制系統。

控制方式有本地、遠程手動與自動三種方式，由安裝在車體上的控制柜上的旋鈕進行選擇。本地控制方式主要用于平臺車系統的維修和應急，因此由硬連線的保護裝置控制，并且獨立于PLC以及所有給PLC發信號的裝置。在“遠程-手動”模式下，通過遙控器可以對電動平臺車的大車、小車以及升降系統分別進行控制，但必須滿足系統安全連鎖條件。在“遠程-自動”方式下，電動平臺車的啟動、停止、對位等工作均按照操作員的預設方式進行。

“遠程-自動”模式是平臺車的正常工作狀態。操作員需要做的，僅僅是在遙控器端設定目標工位，并使能自動模式，其余所有的工作均由平臺車自動完成。為了保障安全，目前階段，平臺車運行的各節點需要操作人二次確認。

（3）驅動系統。

1）大車驅動系統。

大車由一臺帶電磁抱閘的電機通過減速箱與兩個主動輪組成的剛性連接驅動，在長約100m的軌道上行駛，核心驅動單元為一臺ABB ACS800變頻器。該變頻器與PLC以及安裝在隨動輪上的實時檢測大車位置的多圈式絕對值編碼器進行CANopen通訊，實時監測大車的位置，通過與目標位置進行比較，可以對大車電機進行無級或者多段位調速，以達到平穩準確對位的目的。

大車的對位精度可以在觸摸屏中進行調整，目前的對位精度為5mm，但系統出現波動或者由于慣性過沖時，平臺車會自動重新對位，直到在誤差范圍以內。

2）小車驅動系統

小車的驅動方式與大車類似，運行軌道為南向5.4m，北向3.6m，且必須在大車對位穩定后，方可向對齊的工位運行。其核心驅動單元為一臺ABB ACS800變頻器，位置檢測單元為一臺拉繩式編碼器，小車供電采用卷盤式取電器配合高強度可拉伸電纜，卷盤電機由一臺ABB ACS800變頻器控制，以上的兩臺變頻器和一臺編碼器也都連接在與大車相同的CANopen網絡上。當小車運行時，拉繩式編碼器實時檢測小車的位置，對卷盤電機進行無極調速，保證小車供電電纜的張緊力適度，既不會過于松弛，垂到地面，又不會過于張緊，影響電纜壽命。

小車的對位精度以及電纜張緊力均可以在觸摸屏中進行調整，小車到位信號由拉繩式編碼器給出，由車載接近開關作為驗證。目前的對位精度為10mm，完全滿足目前工藝要求。

3）升降系統。

升降系統由一臺絲杠電機帶動頂部托盤進行上下運動。該電機由正反向接觸器控制，配合熱繼電器進行保護，同時通過接近開關進行上下限位的保護。

2.結束語

大連融德特種材料有限公司的三維電動平臺車投產一年多以來，電氣供配電系統及自動化控制系統運行穩定可靠，系統抗干擾能力強，故障率低，有效地提高了企業生產和管理的自動化水平，提高了勞動生產率，減輕了工作人員的勞動強度，降低了危險性，取得了十分顯著的經濟效益，在本行業及其它相關行業具有很高的推廣價值。 [科]

【參考文獻】

[1]張應強，魏鏡弢，王庭有.RGV控制系統設計研究[J].河南科學，2012.

[2]RCAN-01用戶使用手冊[M].ABB Drives，2008.

[3]SoMachine教程培訓手冊[M].Schneider-Electric Pty Ltd，2011，2.

[4]SoMachine指令手冊[M].Schneider-Electric Pty Ltd，2012，3.