1 引言
在浮法玻璃生產(chǎn)過程中，玻璃帶經(jīng)退火窯退火后送達冷端，經(jīng)切裁工段切成一定規(guī)格成品玻璃，通過冷端機組輸送到取板裝箱工段。由于玻璃生產(chǎn)要求不間斷的特殊性，在生產(chǎn)過程中，一旦在冷端發(fā)生玻璃疊板、堆積、碰撞、劃痕等情況，將對成品玻璃板造成極大損傷，給生產(chǎn)廠家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟損失。這就要求冷端機組每一部分的輸送輥道以高精度的合理速度輸送玻璃。既要滿足生產(chǎn)的連續(xù)性，還要有利于人工或設(shè)備的取板、裝箱，并和生產(chǎn)線其它部分相配合以滿足最大的生產(chǎn)量。因此，冷端機組在玻璃生產(chǎn)線中具有非常重要的作用。
2 冷端控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容和控制要求
本文以明達玻璃(成都)有限公司浮法二線為例，說明冷端控制系統(tǒng)的功能和要求:
根據(jù)工藝要求，冷端系統(tǒng)主要由加速系統(tǒng)、掰邊系統(tǒng)、主線輸送系統(tǒng)、堆垛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和支線輸送系統(tǒng)等6部分組成。整個系統(tǒng)以速度控制為核心內(nèi)容。
(1) 加速系統(tǒng)
加速系統(tǒng)的作用是以冷端速度(一般為退火窯速度的3~4倍)快速地把已經(jīng)切割成一定規(guī)格的玻璃板拉開一定距離，便于后續(xù)工段的輸送和取板裝箱。系統(tǒng)分為大片、中片、小片3個加速區(qū)，每一區(qū)的輸送輥道分別由1臺伺服電機驅(qū)動，速度信號由PLC模擬量輸出模塊送給伺服驅(qū)動器。每一區(qū)的速度變化分別由現(xiàn)場光電開關(guān)作為輸入信號控制。
(2) 掰邊系統(tǒng)
此系統(tǒng)除輸送玻璃板外，還有板寬調(diào)整和跑偏跟蹤的功能。其輸送輥道由1臺變頻電機驅(qū)動，速度信號由PLC模擬量輸出模塊送給變頻器。由現(xiàn)場按鈕作為開關(guān)量輸入點，通過程序控制中間繼電器來實現(xiàn)玻璃板寬調(diào)整和跑偏跟蹤功能。
(3) 主線輸送系統(tǒng)
此系統(tǒng)用于輸送玻璃板。由9個傳動站組成，每個傳動站分別由1臺變頻電機驅(qū)動。速度信號由PLC模擬量輸出模塊送給變頻器。
(4) 堆垛系統(tǒng)
分為大片、中片2個區(qū)域，每一區(qū)輥道分別由1臺伺服電機驅(qū)動，由PLC模擬量輸出模塊給出速度信號，通過伺服驅(qū)動器控制伺服電機把玻璃板停在合適的位置，便于堆垛機的取板、裝箱。
(5) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
此系統(tǒng)用來選擇將玻璃板送往主線或者支線。其輥道速度由１臺變頻電機控制，速度信號由PLC模擬量輸出模塊送給變頻器。其抬起、落下動作由現(xiàn)場光電開關(guān)作為輸入信號，經(jīng)PLC程序控制輸出繼電器進而控制氣缸來實現(xiàn)。
(6) 支線輸送系統(tǒng)
此系統(tǒng)在主線出現(xiàn)故障或主線輸送量不能滿足生產(chǎn)要求時使用。其前段輸送輥道由１臺變頻電機驅(qū)動，后段輸送輥道由１臺伺服電機驅(qū)動。速度信號均由PLC模擬量輸出模塊給出。
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3 PLC系統(tǒng)選型及硬件配置
SIEMENS S7-300是模塊化的中小型PLC系統(tǒng)，其大范圍的各種功能模塊可以非常好的滿足和適應(yīng)自動控制任務(wù)，簡單實用的模塊化和分散式結(jié)構(gòu)使得其應(yīng)用十分靈活，當(dāng)控制任務(wù)增加時，可自由擴展。高電磁兼容性和強抗振動、抗沖擊性使得其具有很高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得S7-300成為各種中小規(guī)模控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟的解決方案。
鑒于以上原因，經(jīng)過認(rèn)真分析比較，決定選用SIEMENS S7-300 PLC系統(tǒng)作為冷端控制系統(tǒng)的核心部件。
(1) 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和所控設(shè)備的數(shù)量，本系統(tǒng)需要配置點數(shù)為:
a) 單通道高速計數(shù) 1路
b) 直流輸入 39點
c) 直流輸出 18點
d) 模擬量輸出 10路
(2) 考慮系統(tǒng)的完整性、可操作性及點數(shù)冗余量，本套PLC系統(tǒng)硬件配置如圖1所示。具體配置如下:
a) 單通道高速計數(shù)器模塊FM350-1 1塊
b) 中央處理單元CPU314 1塊
c) 電源模塊PS307 5A 1塊
d) 通訊接口模塊 IM360 1塊
IM361 1塊
e) 16點直流輸入模塊 SM321 3塊
f) 8點直流輸出模塊 SM322 3塊
g) 4路模擬量輸出模塊 SM332 3塊
h) 操作員面板 OP17 1塊4 控制系統(tǒng)軟件編制
4.1 設(shè)計思路
本程序采用SIEMENS STEP 7作為編程軟件。根據(jù)冷端的生產(chǎn)工藝流程特點，采用模塊化編程的程序設(shè)計方法。程序框架如圖2所示。設(shè)計過程如下:|
(1) 首先將項目劃為若干子任務(wù)。每一個子任務(wù)在程序中對應(yīng)為一個功能(FC)。功能含有一些設(shè)備和任務(wù)的邏輯指令，相當(dāng)于一個子程序。由組織塊(OB1)中的指令控制這些功能的執(zhí)行。
(2) 規(guī)范并設(shè)定各輸入/輸出量，確定其類型和地址。本程序采用符號地址編程，即在程序中以符號名識別專門的絕對地址。方便程序的編寫和調(diào)試，增加程序的可讀性。在程序中所有的塊都可以對符號地址操作。地址表如附表所示。
(3) 建立可讀/寫的全局?jǐn)?shù)據(jù)塊(DB)，用于保存功能的數(shù)據(jù)或信息。其中，DB1用于保存高速計數(shù)過程中的數(shù)據(jù)，DB2用于保存其他功能中的數(shù)據(jù)。程序中每個FC或OB都可以讀/寫一個共享數(shù)據(jù)塊DB。
(4) 為所控各主體設(shè)備的運行狀態(tài)分配中間變量。
(5) 根據(jù)冷端電氣系統(tǒng)的主要內(nèi)容，確定各輸出信號與輸入信號的邏輯關(guān)系，并轉(zhuǎn)化成梯形圖實現(xiàn)。
(6) 編制、調(diào)試、連接所要求控制任務(wù)的各部分功能FC。
(7) 規(guī)劃從組織塊OB1中調(diào)用各部分功能FC的程序執(zhí)行過程。
(8) 使用Protool軟件組態(tài)操作員面板 OP17,做到人機界面友好，操作方便。組件包括:
l 設(shè)置PLC和連接類型，如:波特率等
l 對OP17的常規(guī)設(shè)置，諸如:功能鍵賦值、口令管理等
l 對象設(shè)置，諸如:變量、畫面和信息文本等。本項目中，主要包括工藝參數(shù)設(shè)定、工藝參數(shù)顯示、過程參數(shù)監(jiān)控、程序?qū)崟r診斷、故障報警信息等。
l 設(shè)置PLC與OP17 用來互相通訊的驅(qū)動程序和驅(qū)動參數(shù)。PLC與OP17之間通過MPI協(xié)議通訊。
(9) 現(xiàn)場安裝接線各外部輸入/輸出點，整定、調(diào)試程序，試運行、運行。
4.2 注意事項
(1) 在硬件配置中設(shè)置CPU參數(shù)，主要包括啟動特點、性能、循環(huán)中斷、診斷/時鐘、保護等。
(2) 通過硬件組態(tài)工具設(shè)置模擬量模塊的參數(shù)。本配置中將輸出至變頻器的信號通道類型設(shè)為4~20MA，將輸出至伺服驅(qū)動器的信號通道類型設(shè)為0~10V。
(3) 在硬件配置中設(shè)定CPU和OP17的MPI地址，確認(rèn)兩者具有不同的MPI地址，本配置中設(shè)定OP17的MPI地址為1，CPU的MPI地址為2。
(4) 在硬件配置中設(shè)定高速計數(shù)器模塊的計數(shù)方式和所連接旋轉(zhuǎn)編碼器的信號方式等。
(5) 在用戶程序使用之前，符號必須在符號表下建立。并且用戶程序的符號必須唯一。也就是說，一個符號或地址在符號表中只能出現(xiàn)一次。
(6) 除OB1外，操作系統(tǒng)還可以調(diào)用其他的組織塊以響應(yīng)某些事件。在本程序中，通過循環(huán)中斷程序OB35設(shè)定每隔2秒采樣計算一次退火窯輥道實時速度。OB35根據(jù)程序設(shè)定的時間間隔反復(fù)執(zhí)行，時間間隔在CPU模塊參數(shù)中設(shè)定。
(7) 確定各部分狀態(tài)的先后次序及聯(lián)鎖關(guān)系，使各動作間嚴(yán)格確保相互約束和定時關(guān)系，以提高程序的可靠性。
(8) 靈活運用各邏輯指令，完成各部分功能的同時力求程序簡潔。
5 結(jié)束語
浮法玻璃生產(chǎn)線冷端控制系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，邏輯繁瑣，數(shù)據(jù)采集量大，控制站多，系統(tǒng)可靠性要求較高。既要實現(xiàn)對各傳動站高精度的速度控制，又要完成對現(xiàn)場光電開關(guān)、按鈕等各種數(shù)字量、開關(guān)量的檢測以及對轉(zhuǎn)向裝置升降動作的精確控制。通過采用SIEMENS SIMATIC S7-300可編程序控制器，實現(xiàn)了冷端系統(tǒng)全過程的自動控制。系統(tǒng)性能優(yōu)良，操作方便可靠，確保滿足工藝要求的同時又充分考慮人為干涉自動控制的能力，縮小故障的影響面。本系統(tǒng)自2001年8月正式投入運行以來運行狀態(tài)良好。本系統(tǒng)的應(yīng)用成功為浮法玻璃生產(chǎn)線冷端系統(tǒng)提供了一個很好的自動控制范例。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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