程雪利 ,董志軍,楊用增
(1.河南機電高等??茖W校 機械工程系,河南 新鄉(xiāng) 453000;2.新鄉(xiāng)市起重機廠有限公司,河南 新鄉(xiāng) 453000)
隨著國內(nèi)汽車行業(yè)的發(fā)展,汽車夾層玻璃的需求日益增加,同時也伴隨著能源消耗急劇攀升的不利局面。對玻璃深加工企業(yè)來說,提高單位生產(chǎn)效率,降低單位能源消耗就顯得尤為重要?,F(xiàn)在大部分企業(yè)采用的是自動化程度比較低、耗能比較嚴重的電爐絲直接加熱式的熱彎爐,系統(tǒng)控制簡單,單位時間產(chǎn)量低、能耗大,而且同批次同類產(chǎn)品質(zhì)量一致性差。因此,本文針對現(xiàn)有玻璃熱彎爐加熱過程中出現(xiàn)的一些問題,設(shè)計了一套基于IPC+PLC控制的汽車玻璃熱彎爐控制系統(tǒng),該控制系統(tǒng)操作方便,控制精準,節(jié)能效果好,生產(chǎn)效率和成品率都得到了大大提高,每年可為廠家減少近百萬的能源消耗費用。
本系統(tǒng)可實現(xiàn)加熱區(qū)256 根電爐絲0%~100%的功率調(diào)節(jié),爐內(nèi)加熱區(qū)部分爐絲可實現(xiàn)自動升降,玻璃工藝文件可實現(xiàn)任意存取、調(diào)用和修改,可以保證同類產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。針對這些性能要求,設(shè)計出的軟件系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)可實現(xiàn)總體監(jiān)控、電機控制、功率設(shè)定、區(qū)域選擇、參數(shù)設(shè)定、保溫時間設(shè)定、頂桿位置設(shè)定、文件管理及顯示爐內(nèi)溫度曲線等功能。該系統(tǒng)按爐絲分布可分為三個區(qū)域:左區(qū)、中區(qū)和右區(qū),對每個區(qū)域內(nèi)的電爐絲可實現(xiàn)功率參數(shù)設(shè)定、讀取、保存及刪除等功能。該系統(tǒng)可通過操作面板進行控制,并通過顯示面板顯示出爐內(nèi)的信息。
圖1 系統(tǒng)總體監(jiān)控圖
基于IPC+PLC 控制的汽車玻璃熱彎爐控制系統(tǒng),配置采用歐姆龍中型PLC CJ1M-13,配備6塊64點晶體管輸出模塊CJ1W-DO261,3塊64點輸入模塊CJ1W-DI261,1塊4通道模擬量輸入模塊CJ1W-AD041-V1,電源模塊為CJ1WPA-205R??蓪崿F(xiàn)爐絲功率控制、爐絲升降控制、組態(tài)王6.52和PLC通訊、爐蓋開合控制、頂桿升降控制、保溫控制、組態(tài)王文件讀取及紅外線實時檢測玻璃溫度等功能。
熱彎爐為使平板玻璃加熱彎曲成有球面的汽車玻璃,根據(jù)不同產(chǎn)品需求,通常玻璃兩端的加熱功率要調(diào)得高一些,達到加熱額定功率的60%~90%,以使玻璃兩端彎曲弧度增大,而對玻璃中間的功率則要調(diào)小一些,達到額定功率的0%~60%,使玻璃的中央彎曲弧度過渡地比較平滑。
我國工頻交流電f=50Hz,T=1/f=0.02s,2s內(nèi)正好有100個正弦波形。我們以2s作為一個周期,在一個周期內(nèi)通過控制固態(tài)繼電器的通斷時間,可實現(xiàn)爐絲0%~100%的功率調(diào)節(jié),在保證加熱溫度的前提下,大大提高了能源利用率,降低能源消耗。如圖2為一根1.5kW 爐絲功率控制程序。
圖2 PLC爐絲功率控制程序圖
國外進口的熱彎爐爐絲升降采用伺服電機驅(qū)動,可實現(xiàn)爐絲的快速升降,精度高、速度快,但系統(tǒng)成本造價高,國內(nèi)客戶大都難以接受。因此,筆者在此把熱彎爐爐絲升降部分選擇普通三相異步電機和減速機驅(qū)動,主電路采用電機啟動器和接觸器控制方式,PLC 控制爐絲升降的時間來實現(xiàn)爐絲的連續(xù)升降。
組態(tài)王6.52和PLC 通訊是實現(xiàn)整個控制系統(tǒng)的關(guān)鍵,在此利用歐姆龍獨有的Hostlink協(xié)議,來實現(xiàn)組態(tài)王6.52和PLC的實時通訊,實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。圖3為PLC上位機鏈接口和IPC串口連接圖。
圖3 PLC上位機鏈接口和IPC串口連接圖
汽車玻璃燒制好后,溫度還比較高,不能直接和冷空氣接觸,防止玻璃破碎,需要等溫度降低到一定程度后方能打開爐蓋。在此,爐蓋的開、合采用0.1s時鐘計時,采用斷電保持的寄存器記錄爐蓋打開的實時時間,即使斷電也能保證爐蓋的正常運行,防止爐蓋碰撞,實現(xiàn)爐蓋的連續(xù)運行。
玻璃在加熱過程中,當溫度升到500°C 以上后,玻璃變得異常柔軟,玻璃兩端弧度形成,此時中間的頂桿必須降低,采用編碼器實現(xiàn)對頂桿的精確定位控制,玻璃每升高10°C,中間頂桿就要降低1mm,可實現(xiàn)玻璃根據(jù)已定義的文件自動燒制成功。
玻璃在升溫過程中,由于玻璃溫度和爐內(nèi)溫度會加熱不均勻,所以需要啟動保溫程序,暫停加熱,讓玻璃溫度和爐內(nèi)溫度充分的混合,實現(xiàn)溫度的最大均勻。
玻璃工藝文件的錄制、保存、讀取、修改等都需要用到組態(tài)王里面的數(shù)據(jù)讀寫函數(shù),主要用到以下兩個函數(shù)。
FileReadFields():此函數(shù)從一個指定文件中讀出CSV(逗號分隔變量)記錄。
FileWriteFields():此函數(shù)從指定文件中讀出一指定數(shù)目的字節(jié)(或一整行)。
在玻璃燒制過程中,玻璃的實際溫度至關(guān)重要,在此采用專用的紅外線測溫計檢測玻璃溫度,紅外線測溫計輸出0~5V 或者4~20mA 的信號,采用CJ1W-AD041-V1AD 轉(zhuǎn)換模塊,可是實時的檢測玻璃溫度,確保溫度準確可靠。
用IPC+PLC方式,實現(xiàn)玻璃熱彎爐的自動化控制,大大提高了生產(chǎn)效率和設(shè)備的自動化程度,減少了能源消耗。我公司生產(chǎn)的熱彎爐性價比極高,在國內(nèi)同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先水平,多臺設(shè)備已在鄭州宇通、重慶恒通、陜汽德隆等國內(nèi)主要客車生產(chǎn)廠家的配套廠商中使用,客戶反應良好。
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[4]張君華,王生學,張侃諭.基于PLC和組態(tài)軟件的現(xiàn)代溫室控制系統(tǒng)設(shè)計.工業(yè)儀表與自動化裝置,2008,(2):25-27.