PLC在玻璃鋼化生產線控制系統中的應用

麥兆昌

（佛山市順德職業技術學院，廣東佛山 528333）

在我國經濟持續快速發展的今天，真空玻璃的使用范圍日益廣泛，在建筑、交通工具、家電等領域，都有著巨大的市場空間。鋼化玻璃主要應用于玻璃家具、飾品、燈具以及門窗的制造中，其具有強度高、耐沖擊性強、不易破碎、碎片無尖銳棱角等優點。自20世紀60年代PLC問世以來，其在數據處理能力、網絡通信以及與DCS系統的融合這些方面飛速發展。玻璃鋼化生產線對于控制系統的可靠性、穩定性以及控制精度有很高的要求，全面自動化是玻璃鋼化生產線控制系統的主要研究方向。

1 控制方案的提出

1.1 原電氣控制系統存在的不足

在我國目前玻璃鋼化生產線所采用的電氣控制系統，主要使用繼電器控制和單回路控制儀表、定時器，其控制手段相對落后，在生產過程中主要存在以下不足：

（1）可靠性相對較低。由于生產線環境惡劣，而控制設備的防護等級偏低，抗干擾能力較弱，其所采用的控制器件品質不高，導致控制系統的可靠性降低。在生產過程中經常會由于繼電器觸電接觸不良、繞線圈過熱以及定時器誤動，導致正常的生產受到影響。

（2）廢品率高，生產效率低。由于系統對加熱控制的精度偏低，導致熱爐的目標溫度偏差較大，致使玻璃受熱不均，生產品質難以保證。在生產過程中，為了防止玻璃與爐壁相撞，不得不對每爐的玻璃數量相應減少，導致產量降低，無形中導致了生產成本的增加。

（3）數據設置困難。在生產過程中，經常需要對加熱區溫度、玻璃進料和出料的距離、加熱和冷卻擺動距離、加熱冷卻時間、風機啟動延時時間等工藝數據進行修改。現有系統對與這些工藝數據的設定，需要對單回路調節儀表進行逐個調整，一方面浪費時間及人力物力，另一方面調整精度也無法控制。

（4）控制功能不完善。由于直接將較高的工藝溫度作為目標對加熱輥進行加熱，會導致加熱輥燒炸，因此在每批玻璃生產過程中，第一次開爐加熱時，其溫度不能設定在生產時的工藝溫度之上，只能逐步的手動提升設定溫度。另外，系統不能自動啟動下一爐，在每爐生產結束后，操作人員都需要重新將熱爐手動起動。

1.2 系統的改造方案

鑒于現有設備有存在上述問題，我們提出了系統改造方案。控制系統主要采用下述一些器件和裝置。

（1）系統采用PLC作為中心控制器。主要完成對溫度控制的計算以及輸出、控制系統邏輯、延時定時控制、位置計數、報警等工作。

（2）多路熱電偶溫度采集模塊RNT410對現場12路溫度進行測量。其與PLC通過485串行通信總線聯接，以0.1℃為單位上報各路溫度數據，由PLC計算出12個區所需的加熱時間比例，并輸出控制。

（3）通過在加熱輥及冷卻輥上安裝光柵編碼器，來對玻璃的運動進行感知，其分辨率為1 000線/圈。

（4）加裝人機界面觸摸屏，完成對現場實時數據和動作過程的監視，以及各類參數的設定下裝。

2 控制系統各部分簡介

（1）PLC。PLC是一種計算機控制器，其能夠適應惡劣的生產線環境，具有可靠性高、價格低、編程簡單等特點。其外部接口包括輸入、輸出點、通信口等。PLC的用戶程序，可使用PC機經由應用編程軟件編制，并用下載電纜將該程序下裝至PLC的CPU單元，經調試成功后即可運行。

（2）人機界面。人機界面設備在生產線上實時數據的顯示方面具有十分明顯的優勢，可以使用十進制、十六進制、二進制以及ASCII等字符方式來顯示物理量，字符大小可以隨意調整，甚至可以以棒圖、曲線圖、儀表指針圖及餅圖方式顯示數據，給操作人員的觀察與判斷帶來了很大方便。

（3）熱電偶溫度采集模塊。近年來熱電偶溫度采集模塊的出現，給生產現場溫度測量的科學性、精密性提供了可能。其主要通過多路模擬量開關和高精度模/數轉換器，采集溫度電信號等物理量，將其轉換為數字量，再通過微處理器轉換為溫度值，并通過485串行通信總線上傳至PLC，減少了PLC的工作量。

3 PLC硬件組成及軟件功能介紹

3.1 PLC硬件組態

本系統CPU可編程控制器，輸入數字量為24點，輸出數字量為16點，再增加需3個EM222數字量輸出擴展模塊，可滿足控制系統的輸入輸出要求，有兩組通信接口，PORT0與觸摸屏POD通信口相連，PORT1與溫度模塊RM410接口相連。

3.2 PLC軟件簡介

PLC的編程使用steP7—micro/win3.01中的語句表和階梯圖，主要特點如下：

（1）溫度控制。系統初次上電開始加熱時，其升溫方式采用階梯式方法，首先將100℃作為溫度控制目標，在全部加熱區的溫度都達到100℃后，再自動上調至200℃，直至達到目標工藝溫度（本系統設計為600～800℃）

（2）工藝參數選擇。本系統在PLC以及POD程序中增加了“選擇工藝參數”的功能，根據不同的玻璃種類，選擇不同的工藝參數，系統會自動選擇對應的目標工藝溫度、報警保護溫度以及加熱冷卻時間。

（3）針對加熱爐的12個溫控區相互不獨立，溫度互相影響的情況，應根據具體情況設定PID參數。

（4）報警功能。本系統報警功能包括電動機過流報警、通信出錯報警等。

（5）數據記錄功能。本系統能夠根據實際需要設定數據記錄時間、記錄表格，并有累計運行時間記錄、生產記錄等功能。

4 鋼化玻璃生產線PLC控制流程

鋼化玻璃生產線PLC控制流程包括：

4.1 主程序流程

上電調用初始化程序-定時與測溫模塊通信，成功后進行各路的PID計算-進行上料控制-按照起動命令進料-加熱到位后進冷卻區-冷卻時間到，編碼器數據到后允許下料。

4.2 接收溫度通信字節中斷程序流程

開始接收通信字節-若接收第一字節不等于3AH則自動退出，停止接收-將本次接收的變頻器數據送至存儲區-若接收計數器等于0，則禁止接收和超時中斷-接收通信字節結束。

5 結束語

PLC在玻璃鋼化生產線控制系統的應用，提高了生產效率，降低了廢品率及生產成本。其友好的人機界面，可以有效保證操作人員對于本系統的檢測、控制和維護保養工作。

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