SIEMENS S7-300在浮法玻璃生產(chǎn)線中的應(yīng)用

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(dá)冷端，經(jīng)切裁工段切成一定規(guī)格成品玻璃，通過冷端機(jī)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(jì)損失。這就要求冷端機(jī)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(jī)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(dá)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)把玻璃板停在合適的位置，便于堆垛機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)驅(qū)動，后段輸送輥道由１臺伺服電機(jī)驅(qū)動。速度信號均由PLC模擬量輸出模塊給出。
|
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(kuò)展。高電磁兼容性和強(qiáng)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(jì)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(jī)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(hù)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。