程雪利 ，董志軍，楊用增

（1.河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 機(jī)械工程系，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.新鄉(xiāng)市起重機(jī)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(shí)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。現(xiàn)在大部分企業(yè)采用的是自動(dòng)化程度比較低、耗能比較嚴(yán)重的電爐絲直接加熱式的熱彎爐，系統(tǒng)控制簡單，單位時(shí)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(jì)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(zhǔn)，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(fèi)用。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)可實(shí)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降，玻璃工藝文件可實(shí)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(jì)出的軟件系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)總體監(jiān)控、電機(jī)控制、功率設(shè)定、區(qū)域選擇、參數(shù)設(shè)定、保溫時(shí)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(gè)區(qū)域：左區(qū)、中區(qū)和右區(qū)，對每個(gè)區(qū)域內(nèi)的電爐絲可實(shí)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(jìn)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

2 系統(tǒng)控制原理

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(diǎn)晶體管輸出模塊CJ1W－DO261，3塊64點(diǎn)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?shí)現(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(shí)時(shí)檢測玻璃溫度等功能。

2.1 爐絲功率控制

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(dá)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(dá)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(gè)正弦波形。我們以2s作為一個(gè)周期，在一個(gè)周期內(nèi)通過控制固態(tài)繼電器的通斷時(shí)間，可實(shí)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

2.2 爐絲升降控制

國外進(jìn)口的熱彎爐爐絲升降采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)爐絲的快速升降，精度高、速度快，但系統(tǒng)成本造價(jià)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(jī)和減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，主電路采用電機(jī)啟動(dòng)器和接觸器控制方式，PLC 控制爐絲升降的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)爐絲的連續(xù)升降。

2.3 組態(tài)王6.52和PLC通訊

組態(tài)王6.52和PLC 通訊是實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，在此利用歐姆龍獨(dú)有的Hostlink協(xié)議，來實(shí)現(xiàn)組態(tài)王6.52和PLC的實(shí)時(shí)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。圖3為PLC上位機(jī)鏈接口和IPC串口連接圖。

2.4 爐蓋開、合控制

圖3 PLC上位機(jī)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(shí)鐘計(jì)時(shí)，采用斷電保持的寄存器記錄爐蓋打開的實(shí)時(shí)時(shí)間，即使斷電也能保證爐蓋的正常運(yùn)行，防止?fàn)t蓋碰撞，實(shí)現(xiàn)爐蓋的連續(xù)運(yùn)行。

2.5 頂桿升降控制

玻璃在加熱過程中，當(dāng)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(shí)中間的頂桿必須降低，采用編碼器實(shí)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(shí)現(xiàn)玻璃根據(jù)已定義的文件自動(dòng)燒制成功。

2.6 保溫控制

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(dòng)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(shí)現(xiàn)溫度的最大均勻。

2.7 組態(tài)王文件讀取

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(gè)函數(shù)。

FileReadFields（）：此函數(shù)從一個(gè)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）。

2.8 實(shí)時(shí)檢測玻璃溫度

在玻璃燒制過程中，玻璃的實(shí)際溫度至關(guān)重要，在此采用專用的紅外線測溫計(jì)檢測玻璃溫度，紅外線測溫計(jì)輸出0～5V 或者4～20mA 的信號，采用CJ1W－AD041－V1AD 轉(zhuǎn)換模塊，可是實(shí)時(shí)的檢測玻璃溫度，確保溫度準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)束語

用IPC＋PLC方式，實(shí)現(xiàn)玻璃熱彎爐的自動(dòng)化控制，大大提高了生產(chǎn)效率和設(shè)備的自動(dòng)化程度，減少了能源消耗。我公司生產(chǎn)的熱彎爐性價(jià)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(yīng)良好。

［1］秦晴.一種基于IPC ＋PLC溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).東方電氣評論，2000，4（14）：227－232.

［2］榮大龍，顧啟民.工控機(jī)IPC－ PLC－電器控制技術(shù)［M］.南京：東南大學(xué)出版社，2003.

［3］組態(tài)王6.53使用手冊.北京亞控科技發(fā)展有限公司，2007.

［4］張君華，王生學(xué)，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(jì).工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2008，（2）：25－27.