郁少勇
(中國(guó)新型建筑材料工業(yè)杭州設(shè)計(jì)研究院 杭州市 310003) 摘要：介紹了新型玻璃原料配料控制系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制性能及其在玻璃工業(yè)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：新型玻璃配料控制系統(tǒng)西門(mén)子PLC, 配料稱重模塊,開(kāi)發(fā)應(yīng)用 1 前 言
目前國(guó)內(nèi)多數(shù)玻璃工廠使用的配料控制系統(tǒng)是2O世紀(jì)8O年代開(kāi)發(fā)的。主要由計(jì)算機(jī)、配料控制器、PLC、給料控制裝置等組成。配料控制器控制每臺(tái)秤的補(bǔ)料、排料，PLC控制配料時(shí)序，計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)配料過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控和管理。這種系統(tǒng)的配料控制器、PLC、計(jì)算機(jī)之間存在大量的數(shù)據(jù)交換。
2 傳統(tǒng)配料控制系統(tǒng)的主要不足
(1)系統(tǒng)硬件線路復(fù)雜
傳統(tǒng)配料控制系統(tǒng)中配料控制器與PLC、配料控制器與給料控制裝置、PLC與給料控制裝置之間有大量的I／O接口，每臺(tái)秤的配料控制器與計(jì)算機(jī)都有通訊網(wǎng)線。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定了其硬件線路的較為復(fù)雜性。．
(2)計(jì)算機(jī)與配料控制器的通訊可靠性差
由于計(jì)算機(jī)沒(méi)有專(zhuān)用的與配料控制器通訊的軟件，計(jì)算機(jī)與配料控制器的通訊軟件是各配料系統(tǒng)
供應(yīng)商自己用“VB”或“VC”等語(yǔ)言編程進(jìn)行通訊的，考慮難免不周，控制過(guò)程會(huì)出現(xiàn)通訊不暢、實(shí)時(shí)采用數(shù)據(jù)不正確等問(wèn)題。
(3)系統(tǒng)可靠性不高
由于浮法玻璃配料是長(zhǎng)期連續(xù)工作的，系統(tǒng)硬件線路的復(fù)雜及計(jì)算機(jī)與配料控制器的通訊可靠性差決定了其系統(tǒng)可靠性不高、故障排查難、維修不方便。
3 新型配料控制系統(tǒng)的構(gòu)成
(1)新型配料控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理
隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC的功能越來(lái)越強(qiáng)，越來(lái)越多地應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。PLC已從傳統(tǒng)的順序控制發(fā)展為對(duì)各種工業(yè)需求的控制，其中就有專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于配料的配料控制模塊，實(shí)現(xiàn)配料控制。支持PLC的計(jì)算機(jī)控制軟件也越來(lái)越多，世界上主要的計(jì)算機(jī)控制軟件都能支持主流的PLC，使
計(jì)算機(jī)與PLC的數(shù)據(jù)交換變得簡(jiǎn)單、可靠。
西門(mén)子公司的PLC是世界上*優(yōu)良的PLC之一，其SIWAREX稱重模塊就是應(yīng)用于S7—300、S7— 400PLC的配料模塊。
新型配料控制系統(tǒng)是以PLC稱重模塊代替配料控制器，使整個(gè)配料過(guò)程在PLC的全程控制下進(jìn)行。
新型配料控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、PLC、給料控制裝置等組成，其控制結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
每臺(tái)秤的傳感器信號(hào)直接進(jìn)入對(duì)應(yīng)的稱重模塊，計(jì)算機(jī)與PLC之間通過(guò)PROFIBUS通訊協(xié)議通訊，PLC根據(jù)配料時(shí)序直接控制每臺(tái)秤每種料的補(bǔ)料、排料。
觸摸屏作為計(jì)算機(jī)控制的后備控制器。當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不能正常工作時(shí)，觸摸屏承擔(dān)配料系統(tǒng)的管理及各種配料參數(shù)修改功能，使系統(tǒng)能繼續(xù)正常配料，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性。觸摸屏與PLC通過(guò)MPI協(xié)議通訊。 
(2)新型配料控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用上等的工控機(jī)或服務(wù)器，確保計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠工作。
PLC采用西門(mén)子S7—300、S7—400PLC。從功能上講S7—300、S7—400都能實(shí)現(xiàn)控制，考慮到S7—400要比S7—300貴很多，從考慮系統(tǒng)成本的角度，一般用S7—300。當(dāng)CPU要冗余時(shí)，采用S7—400和ET200的組合。觸摸屏采用能與西門(mén)子S7系列PLC通訊的產(chǎn)品，如DIGITAL或GE等公司的產(chǎn)品。
電磁振動(dòng)給料機(jī)采用電磁振動(dòng)給料機(jī)控制裝置控制，螺旋給料機(jī)采用變頻器控制。
(3)新型配料控制系統(tǒng)的軟件 計(jì)算機(jī)軟件采用支持PROFIBUS協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，確保計(jì)算機(jī)與PLC之間的通訊順暢、可靠。計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件可用美國(guó)GE公司的CI—MPLICITY或西門(mén)子公司的WinCC等。
計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件除了設(shè)有配料控制主畫(huà)面外，還設(shè)有秤點(diǎn)管理、配料參數(shù)管理、配方管理、配料時(shí)序管理、參數(shù)校對(duì)、報(bào)表管理及故障報(bào)警等控制畫(huà)面，操作直觀、簡(jiǎn)單。
計(jì)算機(jī)報(bào)表管理采用SQL Server和EXCEL，確保配料數(shù)據(jù)不可更改和便于統(tǒng)計(jì)管理。
PLC軟件采用西門(mén)子STEP7編程，PLC控制軟件包括稱重模塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、秤補(bǔ)料排料控制、配料時(shí)序控制、混合時(shí)序控制、各種故障檢測(cè)報(bào)警等。 觸摸屏軟件通過(guò)其專(zhuān)用軟件編程。觸摸屏具有配料過(guò)程所必須的操作界面及相應(yīng)的控制功能。
西門(mén)子為SIWAREX稱重模塊提供專(zhuān)門(mén)的校秤軟件SIWATOOL。計(jì)算機(jī)與SIWAREX稱重模塊采用RS232通訊，通過(guò)計(jì)算機(jī)上的SIWATOOL軟件實(shí)現(xiàn)校稱。SIWATOOL校秤軟件使原本復(fù)雜的校稱過(guò)程變得簡(jiǎn)單、直觀。 4 新型配料控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
(1)系統(tǒng)可靠性高
系統(tǒng)硬件配置先進(jìn)，計(jì)算機(jī)與PLC通訊順暢，決定了系統(tǒng)的高可靠性。
(2)配料精度高
由于稱重模塊測(cè)量精度高，同時(shí)PLC程序可根據(jù)秤的特殊要求進(jìn)行編程，使其具有很高的配料精度。系統(tǒng)靜態(tài)精度為1／1 500(10～100kg小秤的靜態(tài)精度為1／800)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)精度為1／800(10～100kg小秤的動(dòng)態(tài)精度為1／400)。特殊小秤的稱量精度可達(dá)到2g，能滿足玻璃工廠包括特種玻璃在內(nèi)的各種配料的特殊要求。
(3)系統(tǒng)維護(hù)容易
硬件線路簡(jiǎn)潔、中間環(huán)節(jié)少、硬件質(zhì)量好使系統(tǒng)幾乎做到免維護(hù)。系統(tǒng)有各種故障的自診斷功能，故障點(diǎn)一目了然，方便迅速排除故障。西門(mén)子公司PLC的插拔式輸入輸出端子能方便更換PLC模塊。
(4)實(shí)現(xiàn)排料速度控制
根據(jù)工藝要求自動(dòng)輸出4～2O mA控制信號(hào)，調(diào)節(jié)排料給料機(jī)的速度。
(5)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活
*多可控制24臺(tái)秤，滿足所有玻璃生產(chǎn)要求。1臺(tái)秤也可稱多種原料，降低了系統(tǒng)成本。 5 新型玻璃配料控制系統(tǒng)的應(yīng)用 (1)總體應(yīng)用 新型玻璃配料控制系統(tǒng)自2001年開(kāi)發(fā)成功并應(yīng)用于通遼玻璃廠浮法二線后，先后在9條浮法玻璃生產(chǎn)線、2條壓花玻璃生產(chǎn)線共11條國(guó)內(nèi)外玻璃生產(chǎn)線中應(yīng)用。系統(tǒng)可靠性、控制精度等各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求，得到了用戶的一致好評(píng)。其中南京圣韓浮法玻璃有限公司是在玻璃生產(chǎn)線正常生產(chǎn)的情況下用本新型玻璃配料控制系統(tǒng)取替原有配料控制系統(tǒng)，而且新的配料控制系統(tǒng)同時(shí)控制普通浮法玻璃、低鐵壓花玻璃2條料性完全不同的配料裝置。
(2)配料系統(tǒng)控制多條玻璃生產(chǎn)線配料
隨著我國(guó)玻璃工業(yè)的發(fā)展，有的玻璃企業(yè)由于種種原因需要用1套配料系統(tǒng)給多條玻璃生產(chǎn)線供料。如南京圣韓浮法玻璃有限公司，由于廠區(qū)場(chǎng)地的限制，1套配料系統(tǒng)要同時(shí)給浮法生產(chǎn)線和壓花生產(chǎn)線提供原料，而且很多秤2條線都要使用，但各自的配方不同。新型玻璃配料控制系統(tǒng)能把不同配料方式的配方、秤點(diǎn)、配料參數(shù)、工藝時(shí)序都保存在PLC內(nèi)，當(dāng)切換到另一種配料方式時(shí)，只要計(jì)算機(jī)切換到該配料畫(huà)面，各種配料參數(shù)在PLC內(nèi)能自動(dòng)切換。避免了傳統(tǒng)配料系統(tǒng)要不斷改變配方而造成的操作人員工作量增加、配方可能輸錯(cuò)等缺點(diǎn)，大大提高了配料的可靠性。
(3)新舊配料控制系統(tǒng)在線切換
玻璃工廠的連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間一般為5～8年。在這期間內(nèi)，原料配料系統(tǒng)要不斷地向玻璃熔窯輸送合格原料。當(dāng)舊的配料控制系統(tǒng)不能滿足正常生產(chǎn)要求時(shí)，由新配料控制系統(tǒng)在線替代而且不影響玻璃生產(chǎn)線正常生產(chǎn)已成為一種需要。新舊配料控制系統(tǒng)在線切換的關(guān)鍵是切換時(shí)間。必須在幾小時(shí)內(nèi)完成系統(tǒng)切換，而且新系統(tǒng)能立即可靠工作，這樣的切換才是成功的。
新型玻璃配料控制系統(tǒng)可以在8h內(nèi)完成新舊配料控制系統(tǒng)切換。該系統(tǒng)已在河南振華玻璃廠浮法二線、南京圣韓浮法玻璃有限公司成功應(yīng)用。能夠在這么短的時(shí)間內(nèi)完成切換主要是因?yàn)樵摽刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠，且有標(biāo)準(zhǔn)的校秤軟件使校秤工作大大簡(jiǎn)化。
(4)特殊秤的控制
在生產(chǎn)鉆石玻璃等特征玻璃時(shí)，某些特殊原料在每副料上*少時(shí)只需加1 g，即使是與其它原料混合后也只要配100g。這就需要高精度的配料系統(tǒng)和特殊的控制軟件。
新型玻璃配料控制系統(tǒng)由于其測(cè)量精度高，控制精度高，而且秤的控制軟件由PLC直接編程，可以根據(jù)根據(jù)原料特性編制對(duì)應(yīng)的控制策略，實(shí)現(xiàn)高精度控制。新型玻璃配料控制系統(tǒng)的實(shí)際精度可達(dá)到2g，能滿足各種玻璃配料的要求。
6 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)5年來(lái)的實(shí)際應(yīng)用，新型配料控制系統(tǒng)的控制技術(shù)已達(dá)到國(guó)外同行的先進(jìn)水平，而整個(gè)控制系統(tǒng)的價(jià)格要大大低于國(guó)外同類(lèi)系統(tǒng)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
新型玻璃配料控制系統(tǒng)是我們?yōu)椴Ａa(chǎn)線開(kāi)發(fā)的，事實(shí)上該控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于建材、化工、食品等行業(yè)的配料生產(chǎn)線上。
Development and Application of Control System of Raw M aterials Weighing for New Glass Preparation
Yu Shao-yong
(Hangzhou design and research institute of China new buildingmaterials industry ，N o.4 50 North road of zhongshan，Hangzhou，310003)
Abstract：The working principle ，system structure，controlperformance and application of control system for new glass rawmaterials weighing were described．
Key words：control system for new glass raw materialsweighing；Siemens PLC ；weighing module for batching；development；application | 