CN113467356B - 便携可移动的平整线卷取区域用近控操作装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置及其控制方法，装置包括安装于卷取区域旁的智能面板底座、以及设置在智能面板底座上的智能近控操作面板，智能近控操作面板包括触摸屏、近控操作系统、NFC模块、通讯端口，触摸屏上显示对卷取区域设备进行控制的操作按钮的HMI操作画面，近控操作系统根据触摸屏上控制按钮的按压操作将对应的控制信号发送到S7 PLC，S7 PLC根据控制信号执行对卷取机、出口导向辊、张力辊装置执行操作控制。本发明改变现有固定式现场近控操作箱体积大、挡视线，布线工程大，操作界面不能改变等不足。

Description

便携可移动的平整线卷取区域用近控操作装置及控制方法

技术领域

本发明涉及热轧精整作业线的操作控制领域，更具体地说，涉及一种用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置及其控制方法。

背景技术

在国内外钢铁企业中，平整线卷取区域主要由张力装置、出口导向辊、压尾辊、卷取机等设备组成，其目的是通过张力卷取将平整工艺完成后的带钢再次卷成钢卷。随着现在自动化、智能化控制技术的提高，卷取区域的轧制工艺控制已从原来的手动控制转为半自动控制，但是为了处理异常(比如轧机辊面人口清理等)和便于设备的维护，手动近控操作功能是必不可少，所以，平整线的卷取区域设备的电气控制包含自动、半自动、和手动处理功能。

传统的手动近控操作，采用现场机旁操作箱方式操作，即在平整线卷取区域机旁安装一个机旁操作箱，布置卷取区域各个设备的操作按钮和动作信号等，将这些信号通过施工布线连接到电气室控制PLC的输入输出板卡上，再由PLC的控制程序控制各设备的动作。

随着近年来劳动效能的不断提升，现场操作岗位越来越少，基本集中在主操作室集中操控，只有在自动模式失效或者发生异常时才需要到机旁手动近控操作。现有的机旁近控操作箱操作模式，存在诸多的不利因素：

1、操作箱体积较大，全自动作业线设备紧凑，操作箱布置比较困难，容易阻挡主控室操作人员的视线。

2、操作箱上，操作按钮、开关较多，电缆量较大，布线的工程量也相应较高。

3、PLC的IO模块多，传统作业线，近控操作箱的操作按钮要占据PLC大约1/3的IO点。

4、注重手动，操作状态显示较弱，如需要较完善的状态显示，需要增加OP之类的操作面板，成本高，操作箱的体积也会更大。

5、功能扩展几乎不可能。一旦近控操作箱设计制造安装完成，需要做功能扩展就需要重新更换。

为了解决现有现场近控操作箱这些不利因素，并且结合现在对智能装备提升的要求，本申请的发明人研发了一种便携式可移动的智能近控操作面板，在平整线卷取区域的设备需要现场近控操作时，由操作人员携带这个智能近控操作面板到机旁，插入现场的操作面板架子，就可在现场近控操作，操作完成后，智能近控操作面板可以带回操作室。智能操作面板上包含了所有平整线卷取区域设备的操作按钮和相关前后工序设备的操作按钮和对应的设备状态显示。便携式可移动智能操作面板通过软件编制操作画面，通过WIFI或以太网与PLC进行通讯，将操作指令送给PLC，并从PLC获取被操作设备的设备动作状态，这样，即解决了传统现场近控操作箱体积大不易布置的问题，同时节省了PLC输入/输出模块的硬件投入和大量的信号电缆，操作显示功能也可以在生产过程中根据需要而调整。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种便携可移动的平整线卷取区域近控操作设备和控制方法，克服了以往平整线卷取区域固定式现场近控操作箱体积大挡视线，布线工程较大，输入输出模块成本高，操作界面不能改变等缺点。为平整线卷取区域设备的现场人工操作提供一个和携带移动的智能操作界面。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置，包括：安装于所述卷取区域旁的智能面板底座、以及设置在所述智能面板底座上的智能近控操作面板，

所述平整线卷取区域包括卷取机、出口导向辊、张力辊装置，所述张力辊装置包括多个上张力辊和多个下张力辊；

所述智能面板底座上设置有NFC识别卡，所述智能面板底座通过硬件链路与平整线卷取区域的S7 PLC的FIO端口连接；

所述智能近控操作面板包括触摸屏、近控操作系统、NFC模块、通讯端口，所述触摸屏为HMI操作画面，包括对卷取机、出口导向辊、张力辊装置执行控制的控制按钮，所述近控操作系统根据触摸屏上控制按钮的按压操作将对应的控制信号发送到S7 PLC，所述S7 PLC根据所述控制信号执行对卷取机、出口导向辊、张力辊装置执行操作控制，NFC模块与所述NFC识别卡相适配，根据读取的NFC识别卡的NFC信号确定便携式智能同步近控装置的操作位置。

便携式智能同步近控装置还包括：设置在所述智能面板底座上的急停开关和钥匙开关，所述急停开关、钥匙开关通过所述硬件链路接入所述S7PLC的FIO端口。

用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置中，对卷取机、出口导向辊、张力辊装置执行控制的控制按钮包括卷筒正转/反转按钮、出口导向辊正转/反转按钮、张力辊装置打开/关闭按钮。

所述近控操作系统采用Android操作系统。

所述通讯端口为Siemens S7通讯端口，其通过WIFI或以太网与所述S7 PLC建立通讯连接。

本发明还提供一种用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置的控制方法，包括以下步骤：

1)构建如权利要求1所述的用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置；

2)建立平整线卷取区域操作画面与平整线卷取区域PLC之间数据映射关系；

3)将所述智能近控操作面板放置在所述智能面板底座上；

4)建立所述便携式智能同步近控装置与平整线卷取区域PLC之间的硬件链路连接；

5)通过WIFI或以太网建立智能近控操作面板与平整线卷取区域PLC之间的数据连接；

6)操作人员通过智能近控操作面板上各操作按钮执行平整线卷取区域的近控操作。

当操作人员按下所述智能近控操作面板的触摸屏上的卷筒正转/反转按钮、出口导向辊正转/反转按钮、张力辊装置打开/关闭按钮时，所述便携式智能同步近控装置将相应的控制信号通过wifi或以太网发送给平整线平整机区域的S7 PLC，S7 PLC判断是否在手动模式下，如果是，则响应控制信号的指令，对平整线卷取区域的卷取机、出口导向辊、张力辊装置执行相应的操作。

所述控制方法还包括：通过所述智能面板底座上的钥匙开关，锁定所述智能近控操作面板的操作。

所述控制方法还包括：通过按下所述智能面板底座上的急停开关，触发S7 PLC的安全链，切断操作功能。

所述控制方法中，智能近控操作面板执行以下操作：

插入底座；

读取和识别NFC数据；

在触摸屏上弹出卷取区域操作界面；

读取智能近控操作面板触摸屏上的手动操作指令；

判断手动操作指令是否有效；

当手动操作指令有效时，将该手动操作指令发送到卷取区域S7 PLC。

所述控制方法中，卷取区域的S7 PLC执行以下操作：

读取智能近控操作面板的通讯信息；

判断智能近控操作面板是否插入卷取区域底座上；

如未插入卷取区域底座上，卷取区域切换到远程操作模式；

如插入卷取区域底座上，卷取区域切换到近控操作模式；

在近控操作模式下，清空智能近控操作面板的所有手动操作指令；

判断智能近控操作面板是否有点动操作请求；

当有点动操作请求时，判断智能近控操作面板的心跳电文是否OK；

如心跳电文是否OK，判断智能面板底座的钥匙开关是否处于释放位置；

当钥匙开关处于释放位置时执行近控手动处理操作流程。

根据本发明的用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置及其控制方法突破了传统的平整线卷取区域设备的近控操作采用固定操作盘箱操作的模式，利用计算机通讯技术，NFC智能识别技术，利用主流的Android操作系统完善的接口支持，平台开放性和扩展性强，解决了固定操作盘箱占地大、挡视线、无法反馈复杂的设备状态信息、制造成本高、布线施工量大的缺点。随着目前智能制作，自动化生产技术的发展，平整线卷取区的近控手动操作会越来越少，但异常作业和维护作业时的近控手动操作是必须的，便携式可移动的智能操作面板非常好的解决了这个问题，平时可作为一个智能终端，显示卷取区域的设备状态信息，需要手动近控操作时，携带到现场就可以作为操作。

附图说明

图1是平整线卷取区域设备布置的示意图；

图2是传统的PLC控制流程图；

图3是根据本发明的PLC控制流程图；

图4是根据本发明的平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置的示意图；

图5是根据本发明的便携式智能近控操作面板与PLC的通讯连接图；

图6是平整线卷取区域的操作画面MHI示意图；

图7是根据本发明的用于平整线卷取区域的智能近控操作面板的控制流程图。

图8是与智能近控操作面板相对应的PLC的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

一种便携可移动的平整线卷取区域近控操作设备和控制方法，主要内容在于：1、开发一套便携可移动的平整线卷取区域设备的智能操作面板；2、建立智能操作面板与PLC控制设备之间的可靠通讯；3、改变PLC的传统控制方式，从智能操作面板的通讯数据中读取操作指令而不在使用传统的数字量输入/输出模板；4、智能操作面板自动识别平整线卷取区域机旁操作点，转为近控操作，锁定远程操作；5、操作点设置急停按钮和钥匙开关实现安全连锁功能。

本发明的技术改进涉及以下几个方面：

1、开发一套便携可移动的平整卷取区域智能操作面板

1)采用主流的Android操作系统，平台开发、接口完善，平台支持和可扩展性强。

2)硬件采用工业级模块组成，有防震防冲击设计，系统稳定性高。

3)通讯采用以太网和WIFI双通讯接口，有别于普通PAD设备。

4)与Siemens PLC通讯采用开源底层库，结构完善，通讯实时性强。

5)应用层采用标准Android APP开发环境，具有很强的可扩展和升级能力。

2、建立智能操作面板与PLC控制设备之间的可靠通讯

设置两台无线AP，保证WIFI通讯的畅通，为了防止智能操作面板与PLC之间的通讯异常，智能操作面板每100ms发送一次心跳电文，PLC每100ms验证一次智能操作面板发送的心跳电文，如果出错将锁定操作，确保通讯的可靠性。

3、改变PLC的传统控制方式，从智能操作面板的通讯数据中读取操作指令而不在使用传统的数字量输入/输出模板。

传统的PLC控制程序流程如图2所示，

改变后的PLC控制流程如3所示。

4、智能操作面板自动识别平整线卷取区域操作点，转为近控操作，锁定远程操作

利用NFC技术，当智能操作面板放置到现场带有NFC识别卡的平整线卷取区域的操作面板底座上后，智能操作面板能够自动识别所在位置，并开启操作界面，同时，发送位置信息给PLC，PLC将锁定远程操作权限，开放智能操作面板操作权限。这项功能类似于传统的现场操作盘箱上的本地/远程选择开关。

5、操作点设置急停按钮和钥匙开关实现安全连锁功能

平整线卷取区域设置一个智能操作面板的操作面板底座，底座中除了装有NFC识别卡外，还设置一个急停开关，通过硬接线接入安全PLC系统，确保设备和人身的安全性，另外还设置一个带钥匙的选择开关，用于锁定智能操作面板操作，逻辑为：当智能操作面板插入底座，PLC获得智能操作面板的操作位置，锁定远程操作权限，开放智能操作面板近控操作权限，如果底座上的钥匙开源被打到锁定位置，那么，除锁定远程操作外，智能操作面板近空操作也将被锁定；而当智能操作面板喂插入底座时，此选择开关无效。

根据本发明的热轧平整线卷取用便携式近控制设备和控制方法，包括以下步骤：

1)设定机械条件和电气条件；

机械条件：

设置卷取机、出口导向辊、张力装置

如图1所示，热轧平整线卷取区域设备包括1、卷筒，2、热轧精整带钢，3、出口导向辊，4、张力辊装置，5、上张力辊，6、下张力辊。

电气条件：

便携式智能同步近控装置采用主流的Android操作系统、平台开发、接口完善、平台支持和可扩展性强；硬件采用工业级模块组成，有防震防冲击设计，系统稳定性高(细化)；通讯采用以太网和WIFI双通讯接口，有别于普通PAD设备；与Siemens PLC通讯采用开源底层库，结构完善，通讯实时性强；应用层采用标准Android APP开发环境，具有很强的可扩展和升级能力(兼容)。

2)构建热轧平整线卷取区域的便携近控装置；

热轧平整线卷取区域的便携近控装置包括安装于平整机线卷取区域旁的智能面板底座、以及设置在该智能面板底座上的智能近控操作面板。智能面板底座上设置有NFC识别卡，所述智能面板底座通过硬件链路与平整线卷取区域的S7 PLC的FIO端口连接。智能近控操作面板包括触摸屏、近控操作系统、NFC模块、通讯端口。触摸屏为用于平整线卷取区域进行近控操作的HMI操作画面。

图4示出根据本发明的用于热轧平整线卷取区域的便携近控装置。

3)构建平整线卷取区域近控便携装置与卷取PLC之间的可靠通讯连接；

利用基于Android系统的Siemens S7通讯API实现与卷取PLC之间的无线连接。

图5示出便携式可移动的智能近控操作面板的系统架构和与PLC的通讯连接图。

图中，智能便携式近控操作面板由“Android system”操作系统支撑“操作面板APP”应用，为“操作面板APP”应用提供图形和底层硬件等接口；并为“S7通讯API”提供网络接口等硬件支撑。“S7通讯API”为“操作面板APP”提供S7 online协议支撑并通过“Adroidsystem”提供的标准协议栈与S7 PLC实现通讯交互。

智能便携式近控操作面板插入“底座”，通过不同底座上的NFC码识别操作位置，在读到有效的NFC信号时，锁定远程操作、解锁近控操作功能。同时，底座提供了两个安全操作开关(急停和安全钥匙开关)，通过硬件链路连接到S7PLC的安全IO口，当急停和安全操作开关被按下后，触发S7PLC的安全链，有效切断操作功能。

4)编制卷取区域操作画面HMI；

用标准Android开发平台Android Studio编制卷取区域操作画面HMI。

如图6所示，卷取区域操作画面HMI包括卷筒正转/反转按钮、出口导向辊正转/反转按钮、张力辊装置打开/关闭按钮。

5)建立卷取区域操作画面与卷取PLC之间的数据连接。

卷取区域操作画面数据连接映射如下：

6)操作人员通过智能近控操作面板上各操作按钮执行平整线卷取区域的近控操作。

卷取区域的近控操作包括：卷取机正转/反转按钮、出口导向辊正传/反转按钮、张力装置打开/关闭按钮

具体控制方法如下：

1、卷取机正/反转手动操作，操作人员按下便携式智能同步近控装置画面上的卷取机正转/反转按钮后，便携式智能同步近控装置将控制信号通过WIFI发送给PLC，PLC收到指令后，判断是否在手动模式下，如果是，则响应指令，PLC控制卷取机点动正传或者反转。

2、出口导向辊正/反转手动操作，操作人员按下便携式智能同步近控装置画面上的出口导向辊正转/反转按钮后，便携式智能同步近控装置将控制信号通过WIFI发送给PLC，PLC收到指令后，判断是否在手动模式下，如果是，则响应指令，PLC控制出口导向辊点动正传或者反转。

3、张力装置打开/关闭手动操作，操作人员按下便携式智能同步近控装置画面上的张力装置打开/关闭按钮后，便携式智能同步近控装置将控制信号通过WIFI发送给PLC，PLC收到指令后，判断是否在手动模式下，如果是，则响应指令，PLC控制张力装置点动打开或者关闭。

根据一实施例，使用便携可移动平整线入口准备站智能操作面板的控制方法包括：

1、将便携智能操作面板插入入口准备站操作面板底座，智能操作面板读到底座上的NFC信息，自动打开卷取区域近控操作的操作界面，同时通过网络向PLC发生位置信号和操作请求；

2、PLC收到智能操作面板的操作请求，核对位置信息后，将平整线卷取区域的操作模式切换到“近控”模式，封锁远程操作，开放权限给智能操作面板；

3、智能操作面板将手动操作信息通过网络以循环扫描方式发送到PLC并同时发送心态电文；

4、PLC以循环扫描方式通过网络向智能操作面板发送响应的设备状态信息和工艺状态信息用于智能操作面板的画面显示；同时以循环扫描方式读取智能操作面板发送的操作信息和心态电文，当心跳电文异常是，忽略此次读取的操作信息，如果在一个设定的时间内每次都无法获得正确的心跳电文，则认为通讯失败；

5、PLC在获得有效的智能操作面板发送的操作信息后，执行相应的操作结果；

6、在近控操作过程中，如果底座上的钥匙开关被打到锁定状态，PLC会封锁智能操作面板的操作权限和任何操作请求信息直到钥匙开关状态被打到释放状态；

7、智能操作面板近控操作结束后，智能操作面板从底座中拔出，智能操作面板失去NFC识别标志，将锁定操作画面，只做设备状态和工艺状态显示用，同时PLC失去智能操作面板的位置信息，即将入口准备站的操作模式却换为远程操作模式；

8、现场的智能操作面板底座上的急停按钮不受智能操作面板的状态约束，任何时候被按下均起到急停作用。

图7示出用于平整线卷取区域的智能近控操作面板的控制流程图。

图8示出与智能近控操作面板相对应的PLC的控制流程图。

根据本发明的便携可移动平整线卷取区域智能操作面板采用开放式的平板操作系统，只要替换中间层的通讯API，就可以和其他类型的PLC通讯，具有较广的推广应用价值和前景。

最后，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下还可以作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (11)

1.一种用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置，其特征在于包括：安装于所述卷取区域旁的智能面板底座、以及设置在所述智能面板底座上的智能近控操作面板，

所述平整线卷取区域包括卷取机、出口导向辊、张力辊装置，所述张力辊装置包括多个上张力辊和多个下张力辊；

所述智能面板底座上设置有NFC识别卡，所述智能面板底座通过硬件链路与平整线卷取区域的S7 PLC的IO端口连接；

所述智能近控操作面板包括触摸屏、近控操作系统、NFC模块、通讯端口，所述触摸屏为HMI操作画面，包括对卷取机、出口导向辊、张力辊装置执行控制的控制按钮，所述近控操作系统根据触摸屏上控制按钮的按压操作将对应的控制信号发送到S7 PLC，所述S7 PLC根据所述控制信号执行对卷取机、出口导向辊、张力辊装置执行操作控制，NFC模块与所述NFC识别卡相适配，根据读取的NFC识别卡的NFC信号确定便携式智能同步近控装置的操作位置。

2.如权利要求1所述的用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置，其特征在于，便携式智能同步近控装置还包括：设置在所述智能面板底座上的急停开关和钥匙开关，所述急停开关、钥匙开关通过所述硬件链路接入所述S7 PLC的IO端口。

3.如权利要求1所述的用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置，其特征在于，对卷取机、出口导向辊、张力辊装置执行控制的控制按钮包括卷筒正转/反转按钮、出口导向辊正转/反转按钮、张力辊装置打开/关闭按钮。

4.如权利要求1所述的用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置，其特征在于，所述近控操作系统采用Android操作系统。

5.如权利要求1所述的用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置，其特征在于：所述通讯端口为Siemens S7通讯端口，其通过WIFI或以太网与所述S7 PLC建立通讯连接。

6.一种用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建如权利要求1所述的用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置；

2)建立平整线卷取区域操作画面与平整线卷取区域PLC之间数据映射关系；

3)将所述智能近控操作面板放置在所述智能面板底座上；

4)建立所述便携式智能同步近控装置与平整线卷取区域PLC之间的硬件链路连接；

5)通过WIFI或以太网建立智能近控操作面板与平整线卷取区域PLC之间的数据连接；

6)操作人员通过智能近控操作面板上各操作按钮执行平整线卷取区域的近控操作。

7.如权利要求6所述的用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置的控制方法，其特征在于，

当操作人员按下所述智能近控操作面板的触摸屏上的卷筒正转/反转按钮、出口导向辊正转/反转按钮、张力辊装置打开/关闭按钮时，所述便携式智能同步近控装置将相应的控制信号通过wifi或以太网发送给平整线平整机区域的S7 PLC，S7 PLC判断是否在手动模式下，如果是，则响应控制信号的指令，对平整线卷取区域的卷取机、出口导向辊、张力辊装置执行相应的操作。

8.如权利要求6所述的用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置的控制方法，其特征在于还包括：

通过所述智能面板底座上的钥匙开关，锁定所述智能近控操作面板的操作。

9.如权利要求6所述的用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置的控制方法，其特征在于还包括：

通过按下所述智能面板底座上的急停开关，触发S7 PLC的安全链，切断操作功能。

10.如权利要求6所述的用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置的控制方法，其特征在于，

智能近控操作面板执行以下操作：

插入底座；

读取和识别NFC数据；

在触摸屏上弹出卷取区域操作界面；

读取智能近控操作面板触摸屏上的手动操作指令；

判断手动操作指令是否有效；

当手动操作指令有效时，将该手动操作指令发送到卷取区域S7 PLC。

11.如权利要求6所述的用于平整线卷取区域的便携式智能同步近控装置的控制方法，其特征在于，

卷取区域的S7 PLC执行以下操作：

读取智能近控操作面板的通讯信息；

判断智能近控操作面板是否插入卷取区域底座上；

如未插入卷取区域底座上，卷取区域切换到远程操作模式；

如插入卷取区域底座上，卷取区域切换到近控操作模式；

在近控操作模式下，清空智能近控操作面板的所有手动操作指令；

判断智能近控操作面板是否有点动操作请求；

当有点动操作请求时，判断智能近控操作面板的心跳电文是否OK；

如心跳电文是否OK，判断智能面板底座的钥匙开关是否处于释放位置；

当钥匙开关处于释放位置时执行近控手动处理操作流程。

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