石家莊玉晶玻璃有限公司LOW—E玻璃鍍膜生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用

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

【關(guān)鍵詞】LOW-E玻璃鍍膜 S7-400控制系統(tǒng) SEW系列伺服傳動(dòng) 應(yīng)用軟件功能

現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)通常采用PLC控制系統(tǒng)，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)成分散采集和集中控制的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的管理和控制。

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

工程項(xiàng)目于2014年初一次建設(shè)完成，該自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有電氣、儀表和計(jì)算機(jī)一體化特點(diǎn)，投入使用后系統(tǒng)功能和指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

1 系統(tǒng)組態(tài)構(gòu)成

LOW-E玻璃鍍膜生產(chǎn)線設(shè)置一套PLC控制系統(tǒng)承擔(dān)相應(yīng)控制功能，控制系統(tǒng)的CPU與固定遠(yuǎn)程I/O站、活動(dòng)遠(yuǎn)程I/O站、固定真空分子泵、活動(dòng)真空分子泵、傳動(dòng)伺服控制器、陰極旋轉(zhuǎn)變頻器以及陰極磁控濺射電源等系統(tǒng)設(shè)備經(jīng)PURFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)過程控制，PURFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)采用光纖環(huán)網(wǎng)。鍍膜線設(shè)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(luò)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(shè)備配置12套傳動(dòng)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(jì)應(yīng)用70臺(tái)分子泵。

鍍膜線PLC控制系統(tǒng)與鍍膜線上下游的上下片臺(tái)PLC控制系統(tǒng)之間亦采用工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)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(hào)：CPU 416-2DP

以太網(wǎng)通訊模塊型號(hào)：CP 443-1

現(xiàn)場(chǎng)總線通訊模塊型號(hào)：CP 443-5、IM 153-1

I/O模塊型號(hào)：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(jī)界面編程軟件包：WinCC V7.0

2 應(yīng)用功能組成

控制系統(tǒng)所承擔(dān)的應(yīng)用控制功能如下：

2.1鍍膜線玻璃傳遞伺服傳動(dòng)控制

鍍膜線玻璃傳遞由大氣環(huán)境進(jìn)入真空環(huán)境再回歸大氣環(huán)境，歷經(jīng)進(jìn)口室、進(jìn)口緩沖室、進(jìn)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(dòng)，因此采用伺服傳動(dòng)控制以利精準(zhǔn)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(jìn)出會(huì)導(dǎo)致真空度的喪失，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)全線機(jī)械泵和分子泵協(xié)調(diào)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(duì)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(yīng)用選擇和控制以適合膜系、靶材和工藝速度，同時(shí)在玻璃寬度方向上將實(shí)施對(duì)于輔氣體流量的分布控制以實(shí)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(zhuǎn)陰極的旋轉(zhuǎn)速度使用變頻器加以調(diào)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(yīng)用位置可在同類中任意移動(dòng)，各類蓋板移動(dòng)吊裝定位并且完成網(wǎng)絡(luò)連接（包括陰極電源連接配用）后，控制系統(tǒng)將識(shí)別當(dāng)前定位并且自動(dòng)組態(tài)現(xiàn)行工藝設(shè)備以便正確實(shí)施過程控制。

2.6安全聯(lián)鎖

鍍膜線生產(chǎn)過程存在諸多設(shè)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(yùn)轉(zhuǎn)的聯(lián)鎖；前級(jí)泵與后級(jí)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)聯(lián)鎖；氣壓差與門閥開啟的聯(lián)鎖；設(shè)備冷卻與真空泵、陰極電源、陰極磁控濺射的運(yùn)轉(zhuǎn)聯(lián)鎖；玻璃傳動(dòng)位置與門閥狀態(tài)的聯(lián)鎖；玻璃傳動(dòng)異常與陰極磁控濺射的運(yùn)轉(zhuǎn)聯(lián)鎖；現(xiàn)場(chǎng)總線各單元在線與否與相關(guān)單元的控制邏輯有效的聯(lián)鎖。

3 典型應(yīng)用功能

3.1玻璃傳動(dòng)伺服控制

鍍膜線玻璃的傳遞過程如下：

高速進(jìn)入和經(jīng)過進(jìn)口室、進(jìn)口緩沖室、進(jìn)口過渡室

在進(jìn)口過渡室追趕工藝室內(nèi)玻璃隊(duì)列以彌補(bǔ)因進(jìn)口區(qū)真空置換而帶來的玻璃間隔

在工藝室內(nèi)恒定保持工藝速度

在出口過渡室逃離工藝室內(nèi)玻璃隊(duì)列以贏得為出口區(qū)真空置換而需要的運(yùn)行時(shí)間

高速進(jìn)入和經(jīng)過出口過渡室、出口緩沖室、出口室

應(yīng)用控制功能要求確保：玻璃傳動(dòng)速度精準(zhǔn)實(shí)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(jìn)出口區(qū)機(jī)械節(jié)拍協(xié)調(diào)同步、玻璃傳遞安全可靠合理定位、全線實(shí)施玻璃動(dòng)態(tài)位置跟蹤。玻璃傳動(dòng)采用伺服傳動(dòng)輔以絕對(duì)值編碼器完成位置速度控制。

主要應(yīng)用控制算法：

均勻加減速度給定

編碼取值位置換算

隊(duì)列位置動(dòng)態(tài)跟蹤

追趕速度設(shè)定計(jì)算

機(jī)械節(jié)拍自動(dòng)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(dòng)吊裝并且完成網(wǎng)絡(luò)連接后，控制系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前定位并且組態(tài)現(xiàn)行工藝設(shè)備和分配控制數(shù)據(jù)以便正確實(shí)施過程控制。定位識(shí)別基于網(wǎng)絡(luò)連接插頭座內(nèi)的二進(jìn)制位置編碼，由于陰極單元具備自有的遠(yuǎn)程I/O單元，所以陰極單元的編碼在插頭內(nèi)；而分子泵單元?dú)w公用遠(yuǎn)程I/O單元管理，則分子泵單元編碼在插座內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)通過相關(guān)遠(yuǎn)程I/O單元讀取各單元的位置編碼，分別識(shí)別某陰極單元連接在哪個(gè)工位和某工位連接了哪個(gè)分子泵單元。

主要應(yīng)用控制算法：

依次循環(huán)比對(duì)各單元位置編碼求取工位號(hào)

以單元工位號(hào)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(guān)聯(lián)

4 結(jié)束語

縱觀項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)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(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)廣泛聯(lián)接各類第三方控制系統(tǒng)設(shè)備，以此構(gòu)成生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)，輔以合理的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，完全滿足LOW-E玻璃鍍膜工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制的應(yīng)用需求，并且對(duì)于鍍膜線未來工藝設(shè)備擴(kuò)展打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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