麥兆昌

（佛山市順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山 528333）

在我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)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(lǐng)域，都有著巨大的市場空間。鋼化玻璃主要應(yīng)用于玻璃家具、飾品、燈具以及門窗的制造中，其具有強(qiáng)度高、耐沖擊性強(qiáng)、不易破碎、碎片無尖銳棱角等優(yōu)點(diǎn)。自20世紀(jì)60年代PLC問世以來，其在數(shù)據(jù)處理能力、網(wǎng)絡(luò)通信以及與DCS系統(tǒng)的融合這些方面飛速發(fā)展。玻璃鋼化生產(chǎn)線對于控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性以及控制精度有很高的要求，全面自動(dòng)化是玻璃鋼化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的主要研究方向。

1 控制方案的提出

1.1 原電氣控制系統(tǒng)存在的不足

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

（1）可靠性相對較低。由于生產(chǎn)線環(huán)境惡劣，而控制設(shè)備的防護(hù)等級偏低，抗干擾能力較弱，其所采用的控制器件品質(zhì)不高，導(dǎo)致控制系統(tǒng)的可靠性降低。在生產(chǎn)過程中經(jīng)常會(huì)由于繼電器觸電接觸不良、繞線圈過熱以及定時(shí)器誤動(dòng)，導(dǎo)致正常的生產(chǎn)受到影響。

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

（3）數(shù)據(jù)設(shè)置困難。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對加熱區(qū)溫度、玻璃進(jìn)料和出料的距離、加熱和冷卻擺動(dòng)距離、加熱冷卻時(shí)間、風(fēng)機(jī)啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間等工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行修改?，F(xiàn)有系統(tǒng)對與這些工藝數(shù)據(jù)的設(shè)定，需要對單回路調(diào)節(jié)儀表進(jìn)行逐個(gè)調(diào)整，一方面浪費(fèi)時(shí)間及人力物力，另一方面調(diào)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(biāo)對加熱輥進(jìn)行加熱，會(huì)導(dǎo)致加熱輥燒炸，因此在每批玻璃生產(chǎn)過程中，第一次開爐加熱時(shí)，其溫度不能設(shè)定在生產(chǎn)時(shí)的工藝溫度之上，只能逐步的手動(dòng)提升設(shè)定溫度。另外，系統(tǒng)不能自動(dòng)啟動(dòng)下一爐，在每爐生產(chǎn)結(jié)束后，操作人員都需要重新將熱爐手動(dòng)起動(dòng)。

1.2 系統(tǒng)的改造方案

鑒于現(xiàn)有設(shè)備有存在上述問題，我們提出了系統(tǒng)改造方案?？刂葡到y(tǒng)主要采用下述一些器件和裝置。

（1）系統(tǒng)采用PLC作為中心控制器。主要完成對溫度控制的計(jì)算以及輸出、控制系統(tǒng)邏輯、延時(shí)定時(shí)控制、位置計(jì)數(shù)、報(bào)警等工作。

（2）多路熱電偶溫度采集模塊RNT410對現(xiàn)場12路溫度進(jìn)行測量。其與PLC通過485串行通信總線聯(lián)接，以0.1℃為單位上報(bào)各路溫度數(shù)據(jù)，由PLC計(jì)算出12個(gè)區(qū)所需的加熱時(shí)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(yùn)動(dòng)進(jìn)行感知，其分辨率為1 000線/圈。

（4）加裝人機(jī)界面觸摸屏，完成對現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和動(dòng)作過程的監(jiān)視，以及各類參數(shù)的設(shè)定下裝。

2 控制系統(tǒng)各部分簡介

（1）PLC。PLC是一種計(jì)算機(jī)控制器，其能夠適應(yīng)惡劣的生產(chǎn)線環(huán)境，具有可靠性高、價(jià)格低、編程簡單等特點(diǎn)。其外部接口包括輸入、輸出點(diǎn)、通信口等。PLC的用戶程序，可使用PC機(jī)經(jīng)由應(yīng)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(jīng)調(diào)試成功后即可運(yùn)行。

（2）人機(jī)界面。人機(jī)界面設(shè)備在生產(chǎn)線上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示方面具有十分明顯的優(yōu)勢，可以使用十進(jìn)制、十六進(jìn)制、二進(jìn)制以及ASCII等字符方式來顯示物理量，字符大小可以隨意調(diào)整，甚至可以以棒圖、曲線圖、儀表指針圖及餅圖方式顯示數(shù)據(jù)，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(xiàn)，給生產(chǎn)現(xiàn)場溫度測量的科學(xué)性、精密性提供了可能。其主要通過多路模擬量開關(guān)和高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，采集溫度電信號等物理量，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再通過微處理器轉(zhuǎn)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(tài)

本系統(tǒng)CPU可編程控制器，輸入數(shù)字量為24點(diǎn)，輸出數(shù)字量為16點(diǎn)，再增加需3個(gè)EM222數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊，可滿足控制系統(tǒng)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(diǎn)如下：

（1）溫度控制。系統(tǒng)初次上電開始加熱時(shí)，其升溫方式采用階梯式方法，首先將100℃作為溫度控制目標(biāo)，在全部加熱區(qū)的溫度都達(dá)到100℃后，再自動(dòng)上調(diào)至200℃，直至達(dá)到目標(biāo)工藝溫度（本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為600～800℃）

（2）工藝參數(shù)選擇。本系統(tǒng)在PLC以及POD程序中增加了“選擇工藝參數(shù)”的功能，根據(jù)不同的玻璃種類，選擇不同的工藝參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選擇對應(yīng)的目標(biāo)工藝溫度、報(bào)警保護(hù)溫度以及加熱冷卻時(shí)間。

（3）針對加熱爐的12個(gè)溫控區(qū)相互不獨(dú)立，溫度互相影響的情況，應(yīng)根據(jù)具體情況設(shè)定PID參數(shù)。

（4）報(bào)警功能。本系統(tǒng)報(bào)警功能包括電動(dòng)機(jī)過流報(bào)警、通信出錯(cuò)報(bào)警等。

（5）數(shù)據(jù)記錄功能。本系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定數(shù)據(jù)記錄時(shí)間、記錄表格，并有累計(jì)運(yùn)行時(shí)間記錄、生產(chǎn)記錄等功能。

4 鋼化玻璃生產(chǎn)線PLC控制流程

鋼化玻璃生產(chǎn)線PLC控制流程包括：

4.1 主程序流程

上電調(diào)用初始化程序-定時(shí)與測溫模塊通信，成功后進(jìn)行各路的PID計(jì)算-進(jìn)行上料控制-按照起動(dòng)命令進(jìn)料-加熱到位后進(jìn)冷卻區(qū)-冷卻時(shí)間到，編碼器數(shù)據(jù)到后允許下料。

4.2 接收溫度通信字節(jié)中斷程序流程

開始接收通信字節(jié)-若接收第一字節(jié)不等于3AH則自動(dòng)退出，停止接收-將本次接收的變頻器數(shù)據(jù)送至存儲區(qū)-若接收計(jì)數(shù)器等于0，則禁止接收和超時(shí)中斷-接收通信字節(jié)結(jié)束。

5 結(jié)束語

PLC在玻璃鋼化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了生產(chǎn)效率，降低了廢品率及生產(chǎn)成本。其友好的人機(jī)界面，可以有效保證操作人員對于本系統(tǒng)的檢測、控制和維護(hù)保養(yǎng)工作。

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