【摘 要】本文旨在結合成功工程實例，介紹應用SIEMENS公司S7-400系統(tǒng)控制LOW-E玻璃鍍膜生產過程的具體系統(tǒng)配置、應用軟件組成、典型軟件功能。

【關鍵詞】LOW-E玻璃鍍膜 S7-400控制系統(tǒng) SEW系列伺服傳動 應用軟件功能

現(xiàn)代化工業(yè)生產過程基礎自動化系統(tǒng)通常采用PLC控制系統(tǒng)，以網(wǎng)絡技術構成分散采集和集中控制的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對生產過程的管理和控制。

河北迎新玻璃集團石家莊玉晶玻璃有限公司建設LOW-E玻璃鍍膜生產線，項目基礎自動化控制系統(tǒng)采用德國SIEMENS公司S7-400控制系統(tǒng)，電氣傳動裝置采用德國SEW公司系列伺服傳動，分子泵采用日本島津公司產品，機械泵采用德國萊寶公司產品，陰極磁控濺射電源采用美國AE公司產品。

工程項目于2014年初一次建設完成，該自動化控制系統(tǒng)具有電氣、儀表和計算機一體化特點，投入使用后系統(tǒng)功能和指標達到國內先進水平。

1 系統(tǒng)組態(tài)構成

LOW-E玻璃鍍膜生產線設置一套PLC控制系統(tǒng)承擔相應控制功能，控制系統(tǒng)的CPU與固定遠程I/O站、活動遠程I/O站、固定真空分子泵、活動真空分子泵、傳動伺服控制器、陰極旋轉變頻器以及陰極磁控濺射電源等系統(tǒng)設備經(jīng)PURFIBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡連接實現(xiàn)過程控制，PURFIBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡采用光纖環(huán)網(wǎng)。鍍膜線設置兩套雙屏操作員站與控制系統(tǒng)的CPU通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)絡方式連接通訊；兩套HMI操作員站的畫面組態(tài)程序數(shù)據(jù)采集和操作功能完全相同，每套操作員站的雙屏顯示器可以顯示不同的操作畫面。

建成鍍膜線工藝設備配置12套傳動伺服控制器、15套陰極蓋板及其陰極電源、17套分子泵蓋板、7套管道泵，共計應用70臺分子泵。

鍍膜線PLC控制系統(tǒng)與鍍膜線上下游的上下片臺PLC控制系統(tǒng)之間亦采用工業(yè)以太網(wǎng)絡方式連接通訊。

系統(tǒng)組態(tài)參見下圖。

1.1 硬件配置說明

控制系統(tǒng)：SIMATIC S7-400

CPU模塊型號：CPU 416-2DP

以太網(wǎng)通訊模塊型號：CP 443-1

現(xiàn)場總線通訊模塊型號：CP 443-5、IM 153-1

I/O模塊型號：ET 200M系列

1.2系統(tǒng)軟件包

控制系統(tǒng)編程軟件包：STEP 7 V5.5

人機界面編程軟件包：WinCC V7.0

2 應用功能組成

控制系統(tǒng)所承擔的應用控制功能如下：

2.1鍍膜線玻璃傳遞伺服傳動控制

鍍膜線玻璃傳遞由大氣環(huán)境進入真空環(huán)境再回歸大氣環(huán)境，歷經(jīng)進口室、進口緩沖室、進口過渡室、工藝室、出口過渡室、出口緩沖室、出口室。由于各腔室為了便于獲得真空，其幾何尺寸盡可能狹小，而玻璃傳遞為了迎合工藝節(jié)奏追求高速傳動，因此采用伺服傳動控制以利精準定位和加減速。

2.2鍍膜線腔體真空建立控制

玻璃鍍膜在真空環(huán)境中完成，而玻璃的進出會導致真空度的喪失，控制系統(tǒng)驅動全線機械泵和分子泵協(xié)調各腔室門閥、管道閥門和破真空閥門維持鍍膜線真空度。

2.3鍍膜線陰極單元工藝氣體控制

鍍膜線工藝對各陰極單元工位上的工藝氣體在種類和主氣體總量有著工藝應用選擇和控制以適合膜系、靶材和工藝速度，同時在玻璃寬度方向上將實施對于輔氣體流量的分布控制以實現(xiàn)鍍膜均勻。

2.4鍍膜線陰極磁控濺射電源控制

鍍膜線陰極磁控濺射電源按照工藝需求可選功率模式、電流模式和電壓模式加以控制。另外旋轉陰極的旋轉速度使用變頻器加以調節(jié)。

2.5鍍膜線陰極單元蓋板和分子泵單元蓋板定位控制

鍍膜線上的陰極單元蓋板和分子泵單元蓋板的應用位置可在同類中任意移動，各類蓋板移動吊裝定位并且完成網(wǎng)絡連接（包括陰極電源連接配用）后，控制系統(tǒng)將識別當前定位并且自動組態(tài)現(xiàn)行工藝設備以便正確實施過程控制。

2.6安全聯(lián)鎖

鍍膜線生產過程存在諸多設備安全和工藝邏輯的控制聯(lián)鎖。包括：氣壓與管道閥門開閉和泵組運轉的聯(lián)鎖；前級泵與后級泵的運轉聯(lián)鎖；氣壓差與門閥開啟的聯(lián)鎖；設備冷卻與真空泵、陰極電源、陰極磁控濺射的運轉聯(lián)鎖；玻璃傳動位置與門閥狀態(tài)的聯(lián)鎖；玻璃傳動異常與陰極磁控濺射的運轉聯(lián)鎖；現(xiàn)場總線各單元在線與否與相關單元的控制邏輯有效的聯(lián)鎖。

3 典型應用功能

3.1玻璃傳動伺服控制

鍍膜線玻璃的傳遞過程如下：

高速進入和經(jīng)過進口室、進口緩沖室、進口過渡室

在進口過渡室追趕工藝室內玻璃隊列以彌補因進口區(qū)真空置換而帶來的玻璃間隔

在工藝室內恒定保持工藝速度

在出口過渡室逃離工藝室內玻璃隊列以贏得為出口區(qū)真空置換而需要的運行時間

高速進入和經(jīng)過出口過渡室、出口緩沖室、出口室

應用控制功能要求確保：玻璃傳動速度精準實現(xiàn)、加減速快捷且平滑穩(wěn)定、上下游輥道正確線速度同步、進出口區(qū)機械節(jié)拍協(xié)調同步、玻璃傳遞安全可靠合理定位、全線實施玻璃動態(tài)位置跟蹤。玻璃傳動采用伺服傳動輔以絕對值編碼器完成位置速度控制。

主要應用控制算法：

均勻加減速度給定

編碼取值位置換算

隊列位置動態(tài)跟蹤

追趕速度設定計算

機械節(jié)拍自動修正

3.2陰極單元和分子泵單元定位控制

鍍膜線上的同類陰極單元和分子泵單元依照工藝需求移動吊裝并且完成網(wǎng)絡連接后，控制系統(tǒng)將自動識別當前定位并且組態(tài)現(xiàn)行工藝設備和分配控制數(shù)據(jù)以便正確實施過程控制。定位識別基于網(wǎng)絡連接插頭座內的二進制位置編碼，由于陰極單元具備自有的遠程I/O單元，所以陰極單元的編碼在插頭內；而分子泵單元歸公用遠程I/O單元管理，則分子泵單元編碼在插座內?？刂葡到y(tǒng)通過相關遠程I/O單元讀取各單元的位置編碼，分別識別某陰極單元連接在哪個工位和某工位連接了哪個分子泵單元。

主要應用控制算法：

依次循環(huán)比對各單元位置編碼求取工位號

以單元工位號為工藝單元配備控制數(shù)據(jù)

組合陰極單元的配用陰極電源的控制邏輯關聯(lián)

4 結束語

縱觀項目應用實踐，SIEMENS公司S7-400控制系統(tǒng)I/O組件品類豐富組態(tài)便捷，系統(tǒng)軟件系列完整并且開發(fā)方便，采用PURFIBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡廣泛聯(lián)接各類第三方控制系統(tǒng)設備，以此構成生產過程的控制系統(tǒng)，輔以合理的系統(tǒng)硬件設計和應用軟件設計，完全滿足LOW-E玻璃鍍膜工業(yè)生產過程自動化控制的應用需求，并且對于鍍膜線未來工藝設備擴展打下良好的基礎。

參考文獻：

[1]管世鋒，周秋林，張浙軍.離線鍍膜玻璃的現(xiàn)狀與技術進步 《玻璃》2010年第7期總第226期.