Zusammenfassung: Dieser Artikel stellt die erfolgreiche Anwendung von SPS und Konfigurationssoftware im Steuerungssystem einer großen Materialhandhabungsmaschine vor und beschreibt detailliert die Systemarchitektur, die Hauptfunktionen, die Leistungsmerkmale und das spezifische Implementierungsschema.
Schlüsselwörter: SPS-Konfigurationssoftware
Zusammenfassung: Dieser Artikel bietet eine Einführung in die Konfigurationssoftware für industrielle Steuerungssysteme und die SPS-Technologie im Allgemeinen, um den Erfolg der Maschinensteuerung in Systemanwendungen vorherzusagen. Er umfasst die Systemstruktur, Hauptfunktionen, Merkmale und ein detailliertes Schema.
Schlüsselwörter: SPS-Steuerungskonfigurationssoftware
1 Einleitung
Aus Sicht nationaler und internationaler Entwicklungstrends ist die Automatisierung des Materialflusses durch mobile Flurförderzeuge unumgänglich. Daher werden große Flurförderzeuge mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) und weiteren Hardwarekomponenten ausgestattet. Durch die Optimierung der Steuerungselektronik und der SPS-Programmierung lassen sich Parametereinstellungen, Fehlermeldungen und Bedienvorgänge über die HMI steuern und so eine halbautomatische Materialhandhabung realisieren. Dies verbessert die Fehlerdiagnose und -behebung, reduziert den Arbeitsaufwand und steigert die Betriebseffizienz deutlich.
2. Merkmale der halbautomatischen Materialhandhabungsmaschine
Während der Produktion positioniert der Bediener den Materialrückgewinnungswagen manuell am Materialeinlaufpunkt, stellt über die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) am Bedienfeld die Rückgewinnungsmenge, den Rotationsbereich und den Schrittabstand ein und schaltet anschließend in den halbautomatischen Rückgewinnungsmodus. Der automatische Rückgewinnungsvorgang wird durch Drücken der entsprechenden Starttaste auf der HMI gestartet. Zunächst rotiert der Rückgewinnungswagen automatisch von einem Rotationsbereich zum anderen, um Material zurückzugewinnen. Sobald er die andere Seite des Rotationsbereichs erreicht hat, neigt er sich automatisch entsprechend den eingestellten Werten. Nach Erreichen des erforderlichen Neigungswinkels kehrt er seine Drehrichtung um und wiederholt diesen Zyklus, bis die eingestellte Rückgewinnungsmenge erreicht ist.
3 Systemzusammensetzung
Das gesamte Steuerungssystem besteht aus einer integrierten SPS und einem XBT-Touchscreen. Die SPS-Haupteinheit ist eine QUANTUM-Serie 140CPU11303; ihre Hauptmodule umfassen: 1 CRP-93X-00, 1 CRA-93X-00, 4 DDI-841-00, 2 DAI-740-00, 2 DRA-840-00, 1 AVI-030-00 und 1 AVO-020-00. Der Touchscreen dient als Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) und wird zur Anzeige des Maschinenbetriebszustands, von Alarmmeldungen, zum Zurücksetzen, zur Parametereinstellung und -anpassung usw. verwendet. Die Konfigurationssoftware ist XBT-L1000. Die SPS-Haupteinheit tauscht Daten mit dem integrierten Touchscreen über das industrielle Kommunikationsprotokoll Modbus aus.
3.1 Verwendung des MODBUS-Kommunikationsprotokolls
HMI-Systeme (Human-Machine Interface) sowie SPS-Hauptstationen und Unterstationen nutzen verschiedene Kommunikationsmethoden, Protokolle und elektrische Anforderungen. Dazu gehören PROFIBUS, GenIS und RS232. Dieses System wählt die Modbus-Methode basierend auf den jeweiligen Gegebenheiten aus, um die Anforderungen der Systementwicklung und des Betriebs optimal zu erfüllen.
Die Materialrückgewinnungsanlage ist eine große, mobile Anlage, deren Fahrwagen und Schwenkarm sich häufig drehen. Herkömmliche Steuerungssysteme würden die Verlegung zahlreicher Steuer- und Signalkabel erfordern, was einen erheblichen Personal- und Ressourcenaufwand bedeuten, das System verkomplizieren und aufgrund der häufigen Drehungen zu Kabelbrüchen und damit zu einer geringen Zuverlässigkeit führen würde. Aus praktischen Gründen verwendet dieses System das zuverlässige industrielle Kommunikationsprotokoll Modbus. Die SPS-Haupteinheit und die Unterstationen im Kontrollraum der Materialrückgewinnungsanlage sind über ein einziges RG6-Koaxialkabel miteinander verbunden. Dies reduziert die Kosten, verbessert die Systemzuverlässigkeit und ermöglicht eine einfache Systemerweiterung.
3.2 Intelligentes Detektionsgerät
Zur Verbesserung der Anlagenleistung und zur Erfüllung der Anforderungen an die halbautomatische Materialhandhabung auf der Maschinenseite wurden auf der Kragarmförderbandseite eine Bandschlupfsicherung, zwei Bandfluchtungserkennungseinrichtungen, eine Metallerkennungseinrichtung und eine elektronische Waage installiert. Auf der Fahrseite befinden sich ein Weggeber und ein Geberanschluss zur Positionserfassung der Fördermaschine sowie an jedem Ende des Materiallagers eine Wegbegrenzungseinrichtung. Auf der Drehseite sind ein Drehgeber und ein Anschluss installiert, auf der Neigungsseite ein Neigungsgeber und ein Anschluss. Der Kontrollraum ist mit einem Schalter zum Umschalten zwischen manueller und halbautomatischer Materialhandhabung auf der Maschinenseite, einer USV und einem Schneider-Touchscreen als HMI-Schnittstelle ausgestattet. Alle elektrischen Signale werden zur Steuerung und Überwachung in die SPS und das HMI integriert.
4 Software-Design
4.1 SPS-Programmierung
Dieses System wird mit der Software Concept 2.6 programmiert. Über die Wahlschalter am Bedienfeld lassen sich drei Betriebsmodi auswählen: manuell, gekoppelt und automatisch. Der manuelle Modus ist für Wartungsarbeiten vorgesehen. In diesem Modus kann der Bediener ein einzelnes Gerät selbstständig über die Wahlschalter und Tasten am Bedienfeld steuern. Die Betriebsbedingungen sind relativ einfach; abgesehen von einigen grundlegenden elektrischen Motorschutzvorrichtungen beeinträchtigen sie den Betrieb des Geräts nicht. Beispielsweise haben Probleme wie Metallabrieb, Schlupf oder Riemenfehlausrichtung keinen Einfluss auf den Riemenlauf.
Der Koppelmodus ist der Materialfördermodus im Normalbetrieb. In diesem Modus verfügt das Förderband über einen Schlupf- und Abweichungsschutz, der es während des Betriebs stoppt. Zusätzlich wurde ein Metallerkennungsschutz integriert, der ebenfalls zum Stopp des Förderbandes führt. Der Bediener muss jegliches Metall vom Förderband entfernen und die Einstellungen am Bedienfeld zurücksetzen, bevor er das Förderband neu starten kann. Ein neues Touchscreen-HMI (Human-Machine Interface) zeigt dem Bediener Status-, Alarm- und Positionsanzeigen (Drehwinkel, Verfahrweg, Steigung usw.) der Anlage an. Die Drehzahl wird analog mit 4–20 mA gesteuert, mit jeweils sechs Geschwindigkeitsstufen für Links- und Rechtsdrehung. Der Bediener steuert die Drehung durch Drehen des Steuergriffs nach links, rechts, zum Abbremsen und zum Zurückschalten. Drehzahl und Drehrichtung werden auf dem HMI angezeigt. Eine neue elektronische Waage mit Anzeige von Momentan- und Gesamtmenge auf dem HMI wurde ebenfalls integriert. Überschreitet der momentane Materialförderstrom 1200 Tonnen/Stunde für 20 Sekunden, ertönt der Startsummer des Förderbandes.
4.2 Software-Design für die Konfiguration
Das System wurde mit der industriellen Steuerungssoftware XBT-L1000 entwickelt. Als HMI (Human Machine Interface) dient ein Touchscreen zur Anzeige des Betriebszustands der Geräte, von Alarminformationen, Parametereinstellungen und zum Zurücksetzen.
(1) Die Mensch-Maschine-Parameter-Einstellschnittstelle ist einfach zu bedienen und ermöglicht die Steuerung der im System geregelten Geräte in Echtzeit, z. B. durch Starten und Stoppen der Geräte und Einstellen bestimmter Prozessparameter des Systems online.
(2) Echtzeit-Bildschirmüberwachungsfunktion: Der Betriebszustand und die Statusparameter der gesteuerten Geräte vor Ort werden in Echtzeit mit Grafiken und numerischen Werten angezeigt, sodass die Produktionsmitarbeiter den Betriebszustand der Hauptgeräte des gesamten Systems schnell erfassen können.
(3) Alarmfunktion: Bei Überschreitung des eingestellten Bereichs oder bei Gerätefehlfunktionen können je nach Bedarf akustische und optische Alarme unterschiedlicher Intensität ausgelöst werden. Die Alarminformationen werden auf dem Bildschirm angezeigt. Der Bediener kann anhand der Alarminformationen zur entsprechenden Überwachungsansicht wechseln und die Störung umgehend beheben.
5. Schlussfolgerung
Dieses System zeichnet sich durch Vorteile wie Kosteneffizienz, einfache Wartung sowie stabile und zuverlässige Leistung aus. In der Praxis hat es seine hohe Störfestigkeit und einfache Bedienung unter Beweis gestellt. Seit seiner Implementierung erfüllen alle Leistungsindikatoren die Anforderungen der Prozessauslegung, wodurch die erwarteten Ergebnisse erzielt und erhebliche wirtschaftliche Vorteile generiert werden.
Referenzen
1 Yang Xianhui. Feldbustechnologie und ihre Anwendungen [M]. Peking: Tsinghua University Press, 1999.
2 Yu Leisheng. Elektrische Steuerung und SPS-Anwendungen. Maschinenbau-Verlag, 1999.
