ITO玻璃鍍膜生產(chǎn)線電氣自動控制系統(tǒng)

楊雪來

摘 要：ITO玻璃鍍膜生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)主要完成精細玻璃真空鍍膜的自動化生產(chǎn)，由上位計算機監(jiān)控生產(chǎn)線的運行狀態(tài)及工藝狀態(tài)。整個電氣控制系統(tǒng)由上位計算機監(jiān)控、PLC控制、系統(tǒng)傳動控制、真空獲得控制、磁控濺射控制、加熱器溫度控制、工藝氣體配氣控制、冷卻水循環(huán)控制、安全聯(lián)鎖控制、配電等模塊構(gòu)成。重點探究了該系統(tǒng)的運行方案與各個模塊的構(gòu)成情況，以期充分發(fā)揮該系統(tǒng)的作用。

關(guān)鍵詞：ITO玻璃鍍膜生產(chǎn)線；自動控制系統(tǒng)；PLC；現(xiàn)場總線模塊

中圖分類號：TQ171.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.11.048

ITO玻璃鍍膜生產(chǎn)線逐漸被廣泛運用在精細玻璃深加工領(lǐng)域中，不僅在極大程度上提升了玻璃生產(chǎn)的效率，還保障了玻璃的整體質(zhì)量。電氣自動控制系統(tǒng)作為ITO玻璃鍍膜生產(chǎn)線中的重要組成部分，直接影響著整個生產(chǎn)線的正常運行，因此，相關(guān)研究人員必須提升對該系統(tǒng)的重視程度，以優(yōu)化生產(chǎn)線的組成結(jié)構(gòu)。

1 ITO玻璃鍍膜生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)概述

ITO玻璃鍍膜生產(chǎn)線電氣自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

整個控制系統(tǒng)由計算機、PLC主機、現(xiàn)場總線模塊、變頻器、以太網(wǎng)、Profibus-DP總線等組成。上位計算機通過以太網(wǎng)與PLC連接，進行實時數(shù)據(jù)交換，在計算機上可以完成對整個系統(tǒng)的監(jiān)視和控制；PLC控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線I/O模塊系統(tǒng)控制，不僅大大節(jié)省了系統(tǒng)的配線，還便于系統(tǒng)的擴展和升級。

2 ITO玻璃鍍膜生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)運行方案

2.1 傳動系統(tǒng)

整個ITO生產(chǎn)線按工藝流程前后順序全線的傳動采用步進電機和變頻電機，由西門子變頻器控制電機轉(zhuǎn)速，從而控制玻璃小車的輸送速度。傳動系統(tǒng)與真空系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、濺射系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等有機聯(lián)系在一起，通過連鎖控制共同完成玻璃鍍膜。

首先將待加工的玻璃通過裝卸臺上裝在移動小車上，小車傳送至進口轉(zhuǎn)臺。進口轉(zhuǎn)臺配有1臺變頻轉(zhuǎn)動電機和2臺驅(qū)動電機，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺0°～180°的轉(zhuǎn)向及小車的傳動。

當(dāng)進口室處于大氣狀態(tài)時，進口室門打開；裝有玻璃的小車從進口轉(zhuǎn)臺快速進入進口室，光電開關(guān)檢測到小車到位后進口室門關(guān)上；抽氣系統(tǒng)開始工作，當(dāng)真空度和真空濺射室的真空度一致時，真空濺射室門打開，小車進入真空濺射室，關(guān)閉真空濺射室門；進口室的放氣閥打開開始放氣，進口室處于大氣狀態(tài)后，打開進口室門，下一輛小車即可進入。

2.2 工藝氣體配氣系統(tǒng)

生產(chǎn)線所需的工藝氣體Ar、Ar/O2、O2、N2等根據(jù)工藝要求送入濺射室。每路氣體通過氣路上閥門控制通斷，并用閥門后的流量控制器控制并檢測氣體的流量。工藝員可以在監(jiān)控計算機上設(shè)定各種控制參數(shù)，現(xiàn)場總線模塊輸出4～20 mA模擬信給流量控制器，控制其內(nèi)置閥門的開度和工藝氣體的流量。

2.3 真空抽氣系統(tǒng)

系統(tǒng)分真空和大氣2種工作模式。進口室和出口室在生產(chǎn)過程中可以在真空和大氣2種狀態(tài)下轉(zhuǎn)換，其余各室通過抽氣和放氣調(diào)節(jié)該室內(nèi)不同的真空度，以滿足工藝需要。各真空泵組的啟動抽氣順序依次為：①在大氣狀態(tài)下啟動各組的旋片泵；②當(dāng)真空度達到一定真空狀態(tài)時，啟動羅茨泵進行抽氣；③真空室的真空度達到更高真空狀態(tài)后，啟動分子泵和水泵抽氣，使真空室達到生產(chǎn)需要的真空狀態(tài)。

2.4 加熱系統(tǒng)

玻璃鍍膜必須在較高溫度下進行，整個生產(chǎn)線共計288個加熱器，加熱器通過固態(tài)繼電器控制通斷電。現(xiàn)場溫度通過K分度熱電偶監(jiān)測，并將信號通過分布式I/O傳送到主PLC，各腔室溫度的設(shè)定值根據(jù)工藝需要而定。

2.5 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)

整個鍍膜生產(chǎn)線具有完善的安全保護措施：①真空狀態(tài)的安全保護聯(lián)鎖；②傳動狀態(tài)的安全保護；③各真空泵的溫度、冷卻水水溫等的狀態(tài)聯(lián)鎖；④在整個生產(chǎn)線和控制柜前通道的關(guān)鍵位置安裝有急停按紐，可實現(xiàn)緊急狀態(tài)安全聯(lián)鎖。

3 生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)的PLC模塊

PLC控制系統(tǒng)是整個ITO玻璃鍍膜生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)的核心，其組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖可以看出PLC為分布式控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)中的PLC采用西門子S7-400系列，PLC主機S7-400通過以太網(wǎng)與上位計算機連接，PLC主機S7-400與WAGO的分布式I/O模塊通過Profibus-DP總線連接。采用這種現(xiàn)場總線節(jié)點設(shè)計，易于連接數(shù)字量、模擬量和特殊功能I/O模塊，有利于系統(tǒng)的模塊化及系統(tǒng)的擴展和升級。系統(tǒng)中主要的控制信號有開關(guān)量輸入信號（DI）、開關(guān)量輸出信號（DO）、模擬量輸入信號（AI）

和模擬量輸出信號（AO）。

4 生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)的上位計算機監(jiān)控

上位計算機監(jiān)控系統(tǒng)由2臺工作站、PLC系統(tǒng)等組成工業(yè)控制以太網(wǎng)（Ethernet）。網(wǎng)絡(luò)傳輸采用5類UTP電纜，數(shù)據(jù)傳輸速率為10/100 M，由上位計算機完成對ITO鍍膜生產(chǎn)線操作、監(jiān)控、報表、編程等工作。上位工業(yè)控制計算機能以流程圖、操作組的方式實現(xiàn)對過程的監(jiān)控操作。保存各種數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)，以報表的方式實現(xiàn)各種操作以及統(tǒng)計報表、報警的顯示、打印。

上位機監(jiān)控軟件具有以下功能：①工藝流程圖形化顯示功能。軟件操作界面具有工藝流程圖形及動畫顯示功能，參與控制的設(shè)備和需要顯示的狀態(tài)都能夠通過圖形顏色的變化和圖標的動畫形態(tài)來顯示。②系統(tǒng)監(jiān)視功能。系統(tǒng)能監(jiān)視生產(chǎn)線上所有設(shè)備的運行方式、運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、閘門位置、流程作業(yè)情況及各工藝參數(shù)的當(dāng)前值。③趨勢顯示功能。系統(tǒng)能提供歷史數(shù)據(jù)的趨勢及實時數(shù)據(jù)的趨勢圖，在趨勢圖上可以顯示壓力、流量、溫度等參數(shù)的變化趨勢。④系統(tǒng)控制功能。⑤報警顯示功能。⑥報表功能。

5 系統(tǒng)供電與MCC柜

供電及MCC控制系統(tǒng)主要對整個鍍膜生產(chǎn)線的所有設(shè)備進行供電及控制，比如傳動電機、真空泵、MF電源和DC電源、配氣系統(tǒng)、PLC控制柜、計算機操作系統(tǒng)等。

供電與MCC柜控制系統(tǒng)具有以下幾方面的特點：①受電主開關(guān)具有三段（瞬間、短延時和過載）保護，為與下一級主開關(guān)（具有瞬間及過載二段保護）配合，取消瞬間保護，避免了越級跳閘，并具有自投、無自投和切換裝置，供用戶選用；②各功能單元中的交流接觸器采用無聲運行并具有節(jié)能功能；③水平母線具有單母線分段和不分段2種（當(dāng)采用單母線分段時，母線開關(guān)也具有自投、無自投和切換裝置）；④饋電電路主開關(guān)具有瞬時和過載保護，如果用戶要求，可加裝漏電保護；⑤輔助電路具有就地、遠方、自動和就地、遠方切換的功能。

6 結(jié)束語

綜上所述，ITO玻璃鍍膜生產(chǎn)線電氣自動控制系統(tǒng)的操作和工藝參數(shù)設(shè)定均可在計算機上完成，實現(xiàn)了ITO玻璃鍍膜的自動化生產(chǎn)，大大降低了工人的勞動強度，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，提高了工廠的自動化程度。

參考文獻

[1]馬春紅，李士娜，馬瑞新，等.射頻磁控濺射法制備Ti摻雜ITO薄膜的厚度對膜結(jié)構(gòu)與光電性能的影響[J].粉末冶金材料科學(xué)與工程，2016，21（3）：503-507.

[2]趙學(xué)國，黃麗群，李家科，等.ITO/g-C3N4異質(zhì)結(jié)催化劑的制備及其光解水產(chǎn)氫性能[J].無機化學(xué)學(xué)報，2015，31（12）：2343-2348.

[3]黃建華，劉懷周.ITO/BZO復(fù)合薄膜制備及在非晶硅薄膜太陽能電池的應(yīng)用[J].人工晶體學(xué)報，2016，45（2）：515-519.

〔編輯：劉曉芳〕