GE金霸王电池锌浆站电气改造案例———GE金霸王电池锌浆站电气改

［编辑简介］：金霸王（中国）有限公司东莞工厂HSCL#1生产线使用GE PAC3i系列PLC以及发那科伺服对系统进行升级改造。本文描述了改造系统方案和详细的系统控制要求。［摘要］：系统原有的PLC1为全线主控PLC，负责协调整个生产线（含锌浆站）的运作，PLC2、3通过Genius网络与PLC1通信，向其传送生产线各部分的工作状态，并接收PLC1的控制指令。［关键词］：GE PAC3i 伺服 电池　　公司简介
  金霸王（Duracell）是世界领先的高性能碱性电池制造商，于1964年于美国注册，拥有碱性电池专有的生产和配方技术，于2005年被宝洁（P&G）收购，本案位于金霸王东莞工厂。
  应用背景
  金霸王（中国）有限公司东莞工厂HSCL#1生产线原采用GE9070（PLC1）和GE9030（PLC2、3）进行控制。现因生产线上的锌浆站（Slurry Station）改造需要（原使用Emerson运动控制系统），根据现场调研和讨论决定使用GE PAC3i系列PLC以及发那科伺服对系统进行升级改造。
  原系统情况
  系统原有的PLC1为全线主控PLC，负责协调整个生产线（含锌浆站）的运作，PLC2、3通过Genius网络与PLC1通信，向其传送生产线各部分的工作状态，并接收PLC1的控制指令。PLC1通过接收安装在锌浆站上的E-Cam脉冲，计算锌浆站上每个Station的工作状态，结合PLC3上传的Present信息以及各种故障报警，控制锌浆站旋转体上的Emerson伺服系统驱动48台电机（24个Station）进行Lift、Pump、和Refill的动作，由于已经有了超过十年的服役时间，系统稳定性出现了一些问题。（右图为原系统）
  
  改造系统方案
  　　新线改造后，原锌浆站上的全部机械和电气部分将被拆除，原有位置将安装新的机械装置和电控部分。新的电控部分包括：
  1.两台PAC 3i PLC （安装运动控制模块DSM324i）通过放大器分别控制12个Station的伺服系统，每个Station包含有一台Lift和一台Pump，24轴，两套总共48轴。
  2.1套ET200S用于控制伺服系统的电源以及伺服放大器Enable信号；
  3.一台以太网交换机用于在PLC5、6、7及Quick Panel之间建立数据通道，传递各种报警和配方信息；
  4.PLC5、6、7之间通过Profibus总线传输实时控制信息。
  　　在锌浆站外部将安装一台新的PAC 3i PLC（PLC7）用于调度锌浆站内各个Station的动作并控制ET200 对伺服放大器的上电动作，同时采集PLC5、6的故障信息传递给PLC1并接收PLC1传来的相关指令（如E-Stop）。
  系统架构
   
   
  
  
控制要求-按工艺分为不同模块
  模块1：锌浆站灌浆操作控制（PLC 7）
  PLC7作为锌浆站的主控PLC包含有以下几个动能模块：
  1. 电池空位信号检测：电池体进入锌浆旋转体前，需要提前检测流水线上是否存在空位。如果检测到空位，则对应的灌浆站（Station）不进行灌浆动作。
  2. 灌浆时序控制：PLC 7接受E-Cam的7组脉冲输出信号，根据生产工艺流程运算出时序控制信号，并以Profibus通讯方式将控制信号发给PLC5、6以完成具体的灌浆操作。
  3. 锌浆站初始化控制：用于上电时初始化锌浆站，包括分步上电、配方管理（一个配方，可更改）、通信配置等。
  4. 系统报警及错误处理：PLC7将采集从站（PLC 5、6、ET200S）的报警，作出逻辑判断并将报警通过以太网发送给PLC 1。由PLC5、6检测到的单个Station故障只影响该Station的动作，锌浆站其他Station将继续工作。由于故障导致停线时，已经触发的动作将继续执行完成。
  5. E-Stop处理：PLC1可向PLC7发送E-Stop信号，PLC7在接收到该信号后将切断锌浆站的电源。伺服放大器上的E-Stop信号将连至外部的急停控制器上，用于急停联动。急停恢复时PLC5、6、7均须做一次初始化操作，以保证安全。
  模块2：锌浆站灌浆工艺过程控制（PLC 5、6）
  PLC5、6作为锌浆站的运动控制PLC，配置有DSM324运动控制模块，其功能包括：
  1. Station运动控制：通过运动子程序调用控制伺服放大器和伺服电机完成灌浆动作。从站以ProfiBus通讯方式接受来自主站PLC 7的灌浆控制信号, 分别对站1-12和站13-24进行灌浆工艺过程控制。
  2. 系统报警及错误处理：用于捕获系统运行时产生的设备报警，并根据报警进行错误处理，如产生系统报警标志位。伺服部分的报警尽量详细，并能显示在Panel上。
  3. 配方管理：PLC5、6将保存最后一次正常的配方，在每次上电时自动调用该配方。Quick Panel对配方的修改将保存在PLC5、6中。
  模块3：操作面板现场操作
  新安装的Quick Panel将通过以太网与PLC5、6、7通信，可完成以下功能：
  1. 设备的控制和监视：用户可以通过现场触摸屏监视系统设备的状态点和控制设备的动作；
  2. 配方参数设置：用户可以通过现场触摸屏设置相关的配方参数；
  3. 报警信息采集及系统报警复位：现场触摸屏可以显示当前产生的报警描述信息，报警信息为用户提供故障解决的参考。用户解决设备故障之后，可通过触摸屏复位掉之前产生的报警并让系统重新正常运行。
  4. 故障信息统计功能：可分类统计每个Station的错误。
  5. 报警可考虑形象直观的提醒图标。
  原有控制系统功能改造（PLC1、PCM、PLC3）
  1. 移除原先PLC 1中Emerson 运动控制系统的控制程序，并将原先PLC 1中锌浆站时序控制程序移植到PLC 7中；
  2. PLC1需通过以太网发送Set、Reset信号给PLC7，用于清除所有的错误。
  3. PLC1和PLC7之间需作通信检测。
  4. 在原先PLC 1中PCM模块上修改相关报警信息；
  5. 原有空位检测信号由PLC3移至PLC7后，需对PLC3程序进行部分修改。原有的锌浆站出错检测信号将继续保留。
  6. PLC1上原有的锌浆低液位报警信号继续保留。
  I/O信号硬件接口
  1. E-CAM脉冲输出信号：此次锌浆站该改造使用成熟的E-CAM脉冲信号触发的方式来控制灌浆站的工艺流程，E-CAM脉冲输出通道改成PNP输出类型。该部分时序控制使用以前控制方式,可直接使用现有的配置参数来配置E-CAM。E-CAM信号一共使用了8个输出通道，信号直接接到PAC 3i主站（PLC 7）输入模块。
  2. Lift及Pump到位检测信号：该信号已连接到现有的PLC3中，用于检测各个Station的Lift及Pump动作是否到位，如未到位将通过PLC1触发系统停线。
  3. 检修门锁闭信号（Output）：该信号由PLC7产生，当生产线运行时，将检修门锁闭；
  4. 检修门关闭到位信号（Input）：该信号接入PLC7并通信给PLC1，当锌浆站检修门未关到位时将触发系统停线。
  5. Power On/Off 信号：该信号已接入PLC1 Block6，用于软起/停锌浆站。该信号在改造时将接至PLC7，PLC7控制接触器切断锌浆站电源。该开关考虑放置在不易接触到的地方。
  6. 电池体空位检测信号：在锌浆站前安装空位接近开关，信号直接接到PLC 7输入模块，用于PLC7判断是否存在空位。
  7. E-Stop：该信号以硬线方式接入伺服放大器和PLC1。
  8. PLC1上原有的锌浆低液位报警信号继续保留。
  9. 现有Panel上的各种开关、按钮、控制面板需作调整，安装新的Quick Panel后需考虑Panel 24VDC的供电。原有接入PLC1 Block 7控制锌浆站的按钮将取消。其他控制按钮，含后来新增的按钮将保留。
  PLC间信息交互通讯接口
  1. Profibus通讯：系统主站PLC 7和从站PLC5、6以及ET200S之间使用Profibus通讯交互报警数据和控制信号。
  2. 以太网通讯：PLC 7需要通过以太网发送报警给PLC 1，同时PLC 7也要接受来至PLC 1的停线或急停信号。现场触摸屏通过以太网和PLC 7进行通讯，采集监视设备状态，采集报警信息以及发送Reset信号。
  项目实施效果
  　项目竣工以来，GE PLC和Fanuc伺服系统凭借其稳定和精准控制保证了设备24小时/天 无间断定工作，保证工厂日均产量，客户对实施效果深表满意，后续其他改造项目正在进一步洽谈中。

  
  
  关于GE智能平台
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