張家懷

(鄭州旭飛光電科技有限公司，河南 鄭州 450016)

0 引言

生產(chǎn)車間的各個區(qū)域最主要的工藝控制手段就是溫度管控，調(diào)節(jié)溫度除了設(shè)備上自身的溫度調(diào)節(jié)如燒槍燃?xì)饬俊⒐杼及艏訜峁β?、調(diào)功器輸出開度等手段外，還需要借助環(huán)境的氣流來均化溫度，消除局部溫度梯度。因此，每個制程工序均配備了獨立的暖通空調(diào)或風(fēng)機(jī)，來柔性輔助優(yōu)化工藝控制方案。

1 工程實例

某生產(chǎn)車間，為了控制各個區(qū)域的環(huán)境壓力，使用了一套靜壓箱控制系統(tǒng)，通過對現(xiàn)場壓力的實時數(shù)據(jù)采集，反饋給PLC，通過控制風(fēng)機(jī)或空調(diào)的變頻器開度，達(dá)到現(xiàn)場環(huán)境壓力的穩(wěn)定。靜壓箱控制系統(tǒng)控制思路就是利用靜壓箱箱體壓力恒定這一特點，用生產(chǎn)現(xiàn)場其他區(qū)域的壓力與之比較，得出該區(qū)域的絕對壓力值，設(shè)定某一目標(biāo)絕對壓力值，利用西門子PLC系統(tǒng)控制該區(qū)域風(fēng)機(jī)變頻器，使絕對壓力值保持穩(wěn)定。另外，各區(qū)域絕對壓力值可在西門子上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)WINCC上采集數(shù)據(jù)并做系統(tǒng)歸檔，進(jìn)而可在上位機(jī)上顯示壓力值變化趨勢，便于工藝人員及時掌握環(huán)境變化動態(tài)信息。

靜壓箱的壓力穩(wěn)定在P0保持不變，各樓層的壓力與靜壓箱的壓力差如上圖所示分別為P1、P2、P3，壓力差值通過HONEYWELL壓力傳感器變換為標(biāo)準(zhǔn)電信號輸入SIEMENS模擬量輸入模塊，為保證測量值的穩(wěn)定準(zhǔn)確，考慮采用2-3個傳感器測量同一區(qū)域的壓差，取平均值作為實際測量值，通過PID功能運算輸出0-10V信號控制各樓層的變頻器穩(wěn)定壓差，各個樓層的壓力穩(wěn)定壓差也就穩(wěn)定了;靜壓箱箱體用耐火材料砌成，放置在一個氣流相對穩(wěn)定的區(qū)域，保證箱體內(nèi)部空氣溫度壓力不受外界環(huán)境影響。為方便各區(qū)域選定靜壓箱參考點，從靜壓箱頂部開一個直徑40mm的孔洞，用DN40鍍鋅管引至靜壓箱外部區(qū)域，該管路作為靜壓箱母管，管路上開若干小孔，以連接各個區(qū)域的壓差傳感器的分支管路。

各個區(qū)域的絕對壓力值是靠壓力傳感器采集，本系統(tǒng)采用的是高質(zhì)量的Honeywell壓力傳感器，采集壓力范圍-50Pa—+50Pa，傳感器高壓側(cè)管路接到各區(qū)域壓力采集點，低壓側(cè)接到靜壓箱母管，壓力差信號通過壓力傳感器轉(zhuǎn)為電信號進(jìn)入西門子模擬量模塊數(shù)據(jù)運算，得出我們需要的標(biāo)準(zhǔn)壓力數(shù)值。為采集到區(qū)域壓力的綜合信息，每個區(qū)域都用了兩個以上的壓力傳感器，各傳感器的加權(quán)平均值作為該區(qū)域的絕對壓力值，其目的是為了保證該區(qū)壓力變化的真實性，避免以偏概全。

2 控制系統(tǒng)

PLC選用用西門子300系列的315-2DP，支持工業(yè)以太網(wǎng)通信;模塊選用16位模擬量輸入輸出模塊，提高了數(shù)據(jù)采集分辨率;軟件上位機(jī)監(jiān)控軟件使用的是WINCC6.2，編程軟件采用STEP7V5.5中文語言版;監(jiān)控電腦電腦配置雙網(wǎng)卡，一路用CP1613與PLC通訊，另一路采用普通網(wǎng)卡與生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，便于數(shù)據(jù)共享。

3 控制方案及思路

整個控制思路主要利用Simens PLC自動控制風(fēng)機(jī)頻率，達(dá)到局部區(qū)域壓力穩(wěn)定的目的。以熔爐區(qū)為例說明，熔爐區(qū)壓力控制對象為環(huán)境風(fēng)機(jī)，目前設(shè)定的絕對壓力目標(biāo)值為10Pa(相對于靜壓箱壓力)，通過PID調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率，達(dá)到環(huán)境壓力穩(wěn)定的目的。當(dāng)實際檢測壓差超過死區(qū)設(shè)置(如0.2pa)后頻率開始自動調(diào)節(jié)，使頻率適當(dāng)下降從而使壓差回落，若壓差低于設(shè)定值(大于死區(qū)設(shè)置)，則風(fēng)機(jī)頻率增加，增大風(fēng)量使壓差升高，最終實現(xiàn)壓差的穩(wěn)定調(diào)節(jié);另外為保證風(fēng)機(jī)頻率變化過大導(dǎo)致環(huán)境壓力變化過大，設(shè)置有風(fēng)機(jī)基本頻率及自動調(diào)整的范圍，使風(fēng)機(jī)頻率在基本頻率上下一定的范圍內(nèi)自動調(diào)整，正常情況下，在基本頻率，上下范圍及PID參數(shù)設(shè)置基本能滿足相對壓差控制在+/-1pa左右，若有異常情況還可以將自動調(diào)整限制幅值設(shè)為0，這樣PID調(diào)節(jié)切換到手動，可以通過手動調(diào)整基本頻率來控制風(fēng)機(jī)頻率，穩(wěn)定壓差;如整個監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)異常，還可以將風(fēng)機(jī)頻率控制切換到本地，用控制柜門上的電位器調(diào)節(jié)頻率。以下其他區(qū)的控制思路與此類似，不再贅述。

4 結(jié)語

該系統(tǒng)投入使用后，各個區(qū)域的壓力均實現(xiàn)了可視化控制，滿足了工藝生產(chǎn)要求。通過該靜壓箱自動控制系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控電腦，制程工程師可以結(jié)合工藝生產(chǎn)的實際需求，在友好的人機(jī)界面下，不斷優(yōu)化環(huán)境控制目標(biāo)，為工藝穩(wěn)定提供良好的環(huán)境保障。

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