SIEMENS S7-300在浮法玻璃生產線中的應用

1 引言
在浮法玻璃生產過程中，玻璃帶經退火窯退火后送達冷端，經切裁工段切成一定規格成品玻璃，通過冷端機組輸送到取板裝箱工段。由于玻璃生產要求不間斷的特殊性，在生產過程中，一旦在冷端發生玻璃疊板、堆積、碰撞、劃痕等情況，將對成品玻璃板造成極大損傷，給生產廠家帶來巨大的經濟損失。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。既要滿足生產的連續性，還要有利于人工或設備的取板、裝箱，并和生產線其它部分相配合以滿足最大的生產量。因此，冷端機組在玻璃生產線中具有非常重要的作用。
2 冷端控制系統的主要內容和控制要求
本文以明達玻璃(成都)有限公司浮法二線為例，說明冷端控制系統的功能和要求:
根據工藝要求，冷端系統主要由加速系統、掰邊系統、主線輸送系統、堆垛系統、轉向系統和支線輸送系統等6部分組成。整個系統以速度控制為核心內容。
(1) 加速系統
加速系統的作用是以冷端速度(一般為退火窯速度的3~4倍)快速地把已經切割成一定規格的玻璃板拉開一定距離，便于后續工段的輸送和取板裝箱。系統分為大片、中片、小片3個加速區，每一區的輸送輥道分別由1臺伺服電機驅動，速度信號由PLC模擬量輸出模塊送給伺服驅動器。每一區的速度變化分別由現場光電開關作為輸入信號控制。
(2) 掰邊系統
此系統除輸送玻璃板外，還有板寬調整和跑偏跟蹤的功能。其輸送輥道由1臺變頻電機驅動，速度信號由PLC模擬量輸出模塊送給變頻器。由現場按鈕作為開關量輸入點，通過程序控制中間繼電器來實現玻璃板寬調整和跑偏跟蹤功能。
(3) 主線輸送系統
此系統用于輸送玻璃板。由9個傳動站組成，每個傳動站分別由1臺變頻電機驅動。速度信號由PLC模擬量輸出模塊送給變頻器。
(4) 堆垛系統
分為大片、中片2個區域，每一區輥道分別由1臺伺服電機驅動，由PLC模擬量輸出模塊給出速度信號，通過伺服驅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) 轉向系統
此系統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、落下動作由現場光電開關作為輸入信號，經PLC程序控制輸出繼電器進而控制氣缸來實現。
(6) 支線輸送系統
此系統在主線出現故障或主線輸送量不能滿足生產要求時使用。其前段輸送輥道由１臺變頻電機驅動，后段輸送輥道由１臺伺服電機驅動。速度信號均由PLC模擬量輸出模塊給出。
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3 PLC系統選型及硬件配置
SIEMENS S7-300是模塊化的中小型PLC系統，其大范圍的各種功能模塊可以非常好的滿足和適應自動控制任務，簡單實用的模塊化和分散式結構使得其應用十分靈活，當控制任務增加時，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環境適應性。易于實現分布，易于用戶掌握等特點使得S7-300成為各種中小規模控制任務的方便又經濟的解決方案。
鑒于以上原因，經過認真分析比較，決定選用SIEMENS S7-300 PLC系統作為冷端控制系統的核心部件。
(1) 根據生產工藝要求和所控設備的數量，本系統需要配置點數為:
a) 單通道高速計數 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) 考慮系統的完整性、可操作性及點數冗余量，本套PLC系統硬件配置如圖1所示。具體配置如下:
a) 單通道高速計數器模塊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 控制系統軟件編制
4.1 設計思路
本程序采用SIEMENS STEP 7作為編程軟件。根據冷端的生產工藝流程特點，采用模塊化編程的程序設計方法。程序框架如圖2所示。設計過程如下:|

(1) 首先將項目劃為若干子任務。每一個子任務在程序中對應為一個功能(FC)。功能含有一些設備和任務的邏輯指令，相當于一個子程序。由組織塊(OB1)中的指令控制這些功能的執行。
(2) 規范并設定各輸入/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/寫的全局數據塊(DB)，用于保存功能的數據或信息。其中，DB1用于保存高速計數過程中的數據，DB2用于保存其他功能中的數據。程序中每個FC或OB都可以讀/寫一個共享數據塊DB。

(4) 為所控各主體設備的運行狀態分配中間變量。
(5) 根據冷端電氣系統的主要內容，確定各輸出信號與輸入信號的邏輯關系，并轉化成梯形圖實現。
(6) 編制、調試、連接所要求控制任務的各部分功能FC。
(7) 規劃從組織塊OB1中調用各部分功能FC的程序執行過程。
(8) 使用Protool軟件組態操作員面板 OP17,做到人機界面友好，操作方便。組件包括:
l 設置PLC和連接類型，如:波特率等
l 對OP17的常規設置，諸如:功能鍵賦值、口令管理等
l 對象設置，諸如:變量、畫面和信息文本等。本項目中，主要包括工藝參數設定、工藝參數顯示、過程參數監控、程序實時診斷、故障報警信息等。
l 設置PLC與OP17 用來互相通訊的驅動程序和驅動參數。PLC與OP17之間通過MPI協議通訊。
(9) 現場安裝接線各外部輸入/輸出點，整定、調試程序，試運行、運行。
4.2 注意事項
(1) 在硬件配置中設置CPU參數，主要包括啟動特點、性能、循環中斷、診斷/時鐘、保護等。
(2) 通過硬件組態工具設置模擬量模塊的參數。本配置中將輸出至變頻器的信號通道類型設為4~20MA，將輸出至伺服驅動器的信號通道類型設為0~10V。
(3) 在硬件配置中設定CPU和OP17的MPI地址，確認兩者具有不同的MPI地址，本配置中設定OP17的MPI地址為1，CPU的MPI地址為2。
(4) 在硬件配置中設定高速計數器模塊的計數方式和所連接旋轉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一次。
(6) 除OB1外，操作系統還可以調用其他的組織塊以響應某些事件。在本程序中，通過循環中斷程序OB35設定每隔2秒采樣計算一次退火窯輥道實時速度。OB35根據程序設定的時間間隔反復執行，時間間隔在CPU模塊參數中設定。
(7) 確定各部分狀態的先后次序及聯鎖關系，使各動作間嚴格確保相互約束和定時關系，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 結束語
浮法玻璃生產線冷端控制系統構成復雜，邏輯繁瑣，數據采集量大，控制站多，系統可靠性要求較高。既要實現對各傳動站高精度的速度控制，又要完成對現場光電開關、按鈕等各種數字量、開關量的檢測以及對轉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，實現了冷端系統全過程的自動控制。系統性能優良，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。本系統自2001年8月正式投入運行以來運行狀態良好。本系統的應用成功為浮法玻璃生產線冷端系統提供了一個很好的自動控制范例。