三亚西门子授权一级代理商DP电缆供应商

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浮法玻璃生产线的智能自动化技术 
  智能自动化包括智能控制和智能管理，是诸多相关学科相互结合与渗透的产物，具有广阔的应用前景。它是本世纪末下世纪初重大技术，是当前自动化学科技术发展的方向之一。
随着社会化大生产的进步，科学技术的发展，生产规模越来越大，各行各业对自动化技术的要求越来越高，智能控制应运而生，它具有高度人智能特性(知识性模型)。在描述和处理复杂控制与管理问题上，比传统的控制方法(解析性模型)为和有效，能好地适应常规控制、常规技术方法无法解决或效果不好的场合。
就玻璃行业而言，平板玻璃及玻璃深加工产品是建筑业、工业、、交通运输业广泛使用的一种基础材料和装饰材料。国内玻璃生产的现状以及玻璃事业的发展趋势要求平板玻璃企业加快现代化步伐，坚持高技术起点，依靠技术进步，大力发展高水平的平板玻璃，提高在市场上的竞争能力。因此，在浮法玻璃生产线应用智能自动化技术来生产玻璃，减少生产中的能源消耗，对于降低玻璃生产成本，提高企业的经济效益，节约我国的能源都具有十分重要的作用和其长远的意义。
1 浮法玻璃生产线上的关键技术
1.1 玻璃配料系统技术
·配料料方优化
·水分和重量补正
·神经元系统质量预测
1.2 玻璃熔窑系统技术
·全保温技术:使用新型耐火材料，合理优化砖材匹配，改造熔窑结构
·窑温模糊自动控制
·采用神经元网络实现空气-燃料比例优化
·采用相遇煤气法自动换向
1.3 锡槽系统技术
·玻璃成型保温技术的开发研究
·采用模糊控制进行温度监控
·采用系统进行锡槽设备诊断
·开发锡槽智能电加热系统
·开发一套完整的锡槽监控系统
1.4 退火窑系统技术
·退火窑保温技术的开发
·采用模糊控制对退火窑进行温度监控
·开发退火窑智能电加热系统
·采用人工智能方法进行退火窑设备诊断
·开发一套完整的退火窑监控系统
2 智能自动化技术在玻璃生产线上的应用
2.1 玻璃生产设备优化操作
利用人工智能的方法，对玻璃生产线上的设备优化操作。
2.2 玻璃质量预测
利用人工智能的方法，通过对玻璃原料和生产过程的分析，能够预测玻璃质量。
2.3 浮法玻璃生产线设备诊断
利用人工智能中的系统能够对现场各种因素的综合分析，对出故障的玻璃设备进行诊断，分析出故障的原因，并给出相应的解决办法。
2.4 玻璃配料自动计算及优化
根据玻璃原料各组分的化学成分、价格及玻璃配方，能自动地计算出各组分的定量给定值，并且在保证质量不受影响的前提下使整个所用原料总量价格，从而降低玻璃成本。
2.5 各工段控制系统并能联网集中监控
采用北京四季阳光智能自动化公司的飞天智能控制系统，针对玻璃浮法线各工段进行控制。各控制系统分别是:
2.5.1 配料智能自动化系统
(1) 自动称量各种原料
(2) 部分原料水分在线测量和自动调节湿基量
(3) 使用配料系统进行原料各分量重量设定
(4) 配料时序自动控制，设备起停、连锁和顺序控制
(5) 混合料加水自动控制
(6) 窑头料仓料位自动控制
(7) 全线联锁和事故报警
(8) 控制流程画面显示
(9) 打印报表和数据记录
(10) 防止配错料及配错后处理
(11) 数据通讯，包括和厂管理计算机、系统内部等通讯
2.5.2 玻璃熔窑智能自动化系统
人工智能技术应用于工业窑炉在国外已成功，在国内冶金工业窑炉已开始使用，节能效果显著，并且对改善玻璃液的质量进行至关重要的作用。玻璃窑炉智能自动化系统具体功能包括:
·熔窑火焰自动换向
·智能炉压调节
·液面控制
·智能炉温调节，采用模糊控制的方法
·空燃比寻优，采用神经元网络及系统
·画面调节
·事故报警
·打印报表
2.5.3 锡槽智能自动化系统
·数据采集
·自动控制，温度采用模糊控制方法
·数据显示
·数据记录，包括打印报表、历史数据以屏幕硬拷贝
·技术计算
·技术通讯，能全厂联网
2.5.4 退火窑智能自动化系统
·采用PLC作为控制设备
·管控一体化
·使用大容量工业PC代替传统的过程计算机
·使用人工智能技术进行控制
3 采用玻璃智能自动化可显著经济效益
(1) 投入使用后，由于提高玻璃质量，降，每年可新增利润上千万元。
(2) 提高玻璃质量，通过配料中水分和重量补正，质量预测及三大热工设备的温度模糊控制等手段，使玻璃成品率提高、率提高。
(3) 降低产品成本。
① 通过玻璃配料优化，可节约购买原料费用。
② 通过节能降耗降。
a 减少燃料消耗，具体途径有:
·水分补正使熔窑配料易熔化，减少燃料消耗
·空气-燃料比例寻优，减少燃料消耗5-10%
·相遇煤气换向法，减少燃料消耗5%
b 减少锡耗。
c 节约用电:在锡槽和通火窑采用智能电加热系统和模糊温度控制可节约用电15-30%，降低电费。
d 提高窑体寿命:由原来的4年提高到5-6年。途径:
·新型耐火材料且砖材匹配合理
·的控制手段
(4) 减少黑烟的生成，保护环境。基本上看不到黑烟冒出。
(5) 此技术推广、转让，可获技术转让费。
(6) 浮法玻璃生产线智能自动化技术的应用对其它行业的经济意义也很大。
① 玻璃配料自动计算及优化和玻璃配料自动化系统可以推广到冶金高炉配料、水泥配料、陶瓷配料、食品配料和饲料配料。
② 玻璃熔窑智能自动化系统可以推广到冶金加热炉、水泥回转窑、陶瓷窑的控制上。
③ 玻璃退火窑智能自动化系统对冶金退火窑的控制也有很大的借鉴作用。
(7) 进口整套浮法玻璃生产线从配料到退火窑的控制系统需要2000万元，自己研制一套约300万元，每套可节约1700万元。全国有60多条玻璃浮法线，每年都有4-5家企业进行冷修技改。研制成功以后至少能推广10套以上，可节约1.7亿元。若每年有3条浮法线使用此技术进行技改，每条浮法线为老企业新增利润1000万元，累计共新增利润3000万元。
4 在浮法玻璃生产线上应用智能自动化技术的意义
浮法玻璃生产线上应用智能自动化技术是浮法生产线冷修的需要，是老厂技术改造的需要，是整个玻璃的技术水平提高的需要，是满足市场的需要，同时也是积响应国家的产业政策的具体表现。形成一套我国特有的浮法玻璃生产线的智能自动化技术和设备，并充分地应用于浮法玻璃生产线上，即提高了玻璃的质量，有效地节能降耗，延长熔窑使用寿命，又降低产品成本。不但能够使浮法生产线现有的设备、技术上一个台阶，减少国家进口玻璃的数量和国内生产线的设备和技术的引进，从而节约大量的外汇。而且能够使产品质量达到国内水平，自动化关键部分达到水平，某些技术。同时缩小同国家的差距，争取以优势价格和技术向三世界国家输出设备和技术。

叠酥机是生产饼干的道重要工序可根据厂房的不同来选择立式或卧式其包括七道轧辊三次轧制配备撒酥机要求自动化控制系统满足如下要求：
传动控制采用矢量型变频器调速线速度同步工作稳定性高。
轧辊间隙采用数字化闭环调整系统控制操作简单方便快捷。
人机界面操控能与其它成型主机的相关部分实现联动控制操作简单方便。
叠层次数、宽度在范围内任意调节。
叠层宽度560-1000MM
叠层次数4-12层
压片厚度0.1-10MM

2、送料机
送料机将搅拌好的韧性饼干胚料进行初步轧制后输送到后一工序的双轧轧面机电控系统要求能够同步调速控制手动调节与自动运行控制。
3、双轧轧面机
该设备是将叠酥机或送料机输送来的面胚进行多次轧制使面胚由厚变薄电控系统要求；
轧辊采用变频调速控制,速度同步性能稳定；
控制面皮厚度采用智能数字表设定与显示。

4、烘炉
有热风循环烘炉远红外线烘炉导热油炉等
饼干烘烤炉是饼干生产线的重要组成部份由电器控制系统热风循环系统加热系统排烟
系统炉网输送装置炉网自动检测张紧装置等组成要求自动化控制系统达到如下功能：
生产线工作状态的实时监测
温度坐标升温曲线等显示
温度调节系统参数在线修正
历史工作状态记录保存
温度控制精度高操作方便工作稳定
热风循环系统采用自动控制热风量，闭环控制，可选择自然与强制性排烟等自动功能
燃气炉欠压、压、漏气、温等多种保护功能

5、成型机
成型机由多台轧面机与传动单元组成相互之间无机械传动联锁无张力检测单元要求整条生产线通过电器控制线速度同步运行控制难度较大对自动化系统的功能要求较高。

二、控制系统特点
综上所述千层酥生产线控制系统是一个集运动控制与过程控制的综合自动化控制系统归纳起来应有如下特点：
分布式：生产线总长度约200米，控制点多而且分散，因此选用分布式测控系统为适宜，分布式测控系统具有布线量少，搞干扰能力强，扩展维护方便，运行，故障风险降到的优点。
总线网：全线采用现场总线网络控制，排除大量模拟信号的干扰因素，实现的速度协调控制与温度测控，检测与控制协调一致。
大量配方存贮：一条生产线可生产上百种产品，因此有大量的配方存贮与调用，普通的PLC控制器由于受内存的影响，很难做到大量配方的存贮与调用，因此基于PC自动化是本系统的方案。
集中管理：分布式控制，集中式管理是现代过程控制系统的特点，本系统配备完善的人机界面操作系统，的系统监控与异常报警功能。
运动控制：速度同步也是本控制系统的关键，采用矢量型变频器通，过网络主令控制，达到全线速度的协调与统一。
三、基于PC 的自动化---Wi
Wi是SIEMENS公司新推出的基于PC的自动化控制系统，Wi具有PLC的功能但又不同于普通的PLC控制器，其具有强大的计算功能、数据处理能力和PLC无法比拟的计算速度，兼顾了PLC的运行性特点。其内存贮器特别适合于大数据量计算、大量配方存贮与管理。其计算功能与PC机相同，性与功能可与PLC-S7-400系统比美，是千层酥成型机与烘炉机械设备控制系统理想的选择：

性
Wi是基于标准的bbbbbbs操作平台下的PLC控制器，梯形图编程，因此有立而严格的时序。控制特别满足对于高速、、复杂计算及严格时间要求的控制任务。
Wi支持标准的bbbbbbs NT 下的OPC、Active X 和DCOM 技术。控制和通讯内核与标准的bbbbbbs NT任务的通讯由其内置的代理服务器完成，因此相比普通的PLC控制器功能强。

应用程序开发环境
SIEMENS统一的组态软件STEP 7 是Wi控制器的标准开发平台，包括通信组态、编程、测试和启动以及系统文件的编制，对于熟悉STEP7的工程师，不需占用额外的培训时间。

全系统成型机共有18台机组，每台机组配备一台TD-200和CPU224控制器，用于本机运行速度。面皮厚度的测控及参数显示与给定设定，其中9台轧面机的PLC兼控面皮厚度，实现面皮厚度闭环控制。18台PLC与18台变频器分布于生产全线，全部控制设备配备了-DP通讯接口板，通过一条高的PROFIBUS-DP现场总线组网，实现统一的网络结构，分布式的控制系统，方便的就地控制与操作。
除每台机组可以单设定参数并监控运行数据外，成型机控制区设有一台触摸式人机界面，通过PROFIBUS-DP网络负责对成型区全部设备的实时监控。在烘炉区设一台15寸的屏式计算机，通过PROFIBUS-DP对全生产线的设备进行人机操作与监控、人机对话、数据存贮、报表打印、生产管理。
全生产线的主控制器是控制器Wi, 担负着生产线的主控PROFIBUS-DP网络管理及网络服务器的任务控制系统的软件配方数据库均由Wi控制器完成为避免报表、打印、人为操作对控制系统产生无法预测的影响，本系统采用了在软件Wi控制系统基础上研制的硬件控制器--WBC416, 除保存了基于PC自动化完整的优点与特点外，有设计坚固、可扩展性强、坚固的外壳设计电子硬盘无风扇结构的特点。整体的结构设计针对抗振动抗冲击的高防护等级。集成的接口：USB、 10/100M以太网接口、PROFIBUS-DP/MPI工业现场总线系统铸就了其主控制器的地位也保证了系统的与。

在传统的传动系统中，要保证多个执行元件间速度的一定关系，其中包括保其间的速度同步或具有一定的速比，常采用机械传动刚性联接装置来实现。但有时若多个执行元件间的机械传动装置较大，执行元件间的距离较远时，就只得考虑采用立控制的非刚性联接传动方法。下面以两个例子分别介绍利用PLC和变频器实现两个电机间速度同步和保持速度间一定速比的控制方法。

1、利用PLC和变频器实现速度同步控制

薄膜吹塑及印刷机组的主要功能是，利用挤出吹塑的方法进行塑料薄膜的加工，然后经过凹版印实现对薄膜的印刷，印刷工艺根据要求不同可以采用单面单色、单面多色、双面单色或双面多色等方法。在整个机组中，有多个电机的速度需要进行控制，如挤出主驱动电机、薄膜拉伸牵引电机、印刷电机以及成品卷绕电机等。电机间的速度有一定的关系，如：挤出主电机的速度由生产量要求确定，但该速度确定之后，根据薄膜厚度，相应的牵引速度也就确定，因此挤出速度和牵引速度之间有一确定的关系；同时，多组印刷胶辘保证同步，印刷电机和牵引电机速度也保持同步，否则，将影响薄膜的质量、印刷效果以及生产的连续性；卷绕电机的速度受印刷速度的限制，作相应变化，以保证经过印刷的薄膜能以恒定的张力进行卷绕。


在上述机组的传动系统中，多组印刷胶辘的同步驱动可利用刚性的机械轴联接，整个印刷胶辘的驱动由一台电机驱动，这样就保证了它们之间的同步。印刷电机的速度保与牵引电机的速度同步，否则，在此两道工艺之间薄膜会出现过紧或过松的现象，影响印刷质量和生产的连续性。但是印刷生置与牵引装置相距甚远，无法采用机械刚性联接的方法。为实现牵引与印刷间的同步控制，牵引电机和印刷电机各采用变频器进行调速，再用PLC对两台变频器直接控制。
牵引电机和印刷电机采用变频调速，其控制框图如图1所示。在这个闭环控制中，以牵引辘的速度为目标，由印刷电机变频器调节印刷辘速度来跟踪牵引辘的速度。利用旋转编码器1和旋转编码器2分别采集上述两个电机的脉冲信号（编码器位置参见图3），并送到PLC的高速计数口或接在CPU的IR00000~IR00003。以这两个速度信号数据为输入量，进行比例积分（PI）控制算法，运算作为输出信号送PLC的模拟量模块，以控制印刷电机的变频器。这样，就可以保印刷速度跟踪牵引速度的变化而发生变化，使两个速度保持同步。

采用PI控制算法进行速度调节，程序设计框图见图2。图中取自编码器采集的脉冲信号，转换成电机的速度数据，经上下限处理后，存储于某个DM区中，以作为运算中的y值。计算后的p值，送到模拟量输出通道，经过上下限标定后，换算成变频器能接受的电流或电压信号，以控制印刷电机的变频器。
为确保薄膜在牵引和印刷两道工序间保持恒定的张力，在这两个装置之间增加一组浮动辘调节装置，其结构如图3所示。
上面的浮动辘调节装置，也用于减少因电源系统波动等因素引起的外来干扰。但波动引起的速度差别，经过一段时间后，会使两个浮动辘位置升得太高或降得太低。因此在设计PI控制算法时，考虑了这些干扰因素的影响，利用积分环节I来调节累积误差，使得牵引辘和印刷辘能进行同步控制，并且同步精度较高，从而确保这个控制系统的稳定性。

2、利用PLC和变频器实现稳定速比的控制

在聚丙烯（PP）纺丝设备中，经过预拉伸的纤维需要进行热拉伸。热拉伸在两个经过加热的辘筒与预拉伸辘之间进行，各辘筒由电机分别驱动。原有的电机调速是采用直流电机驱动，由电位器调节的。在生产中经常出现速度波动现象，速比不能稳定，加工过程易出现“缠辘”现象，成品纤维出现“毛丝”和“硬头丝”，影响化纤成品的质量。在纺丝时，预拉伸辘的速度受PP原料、分子线形取向等工艺要求的变化，应能方便地进行调节。确定了拉伸比后，热拉伸辘的速度要快速地进行眼踪和变化。采用可编程控制器（PLC）和变频器进行控制，能较好地稳定两个热拉伸辘与预拉伸辘之间的速比。





图4是PP纺丝机中热拉伸的结构原理图。预拉伸棍和两个热拉伸辘由3台电机分别驱动，热拉伸两辘速度相同，化纤无拉伸，起稳定纤维性能作用；热拉伸辑与预拉伸辗间具有一定的速比，某一个速度发生变化时，另一个也需要根据速比同时进行相应的变化。由旋转编码器采集的脉冲信号，送PLC的高速计数口或接CPU的IR00000~IR00003，转换成速度数据后，作为比例积分（PI）控制算法的输入参数。运算作为输出参数，经PLC的模拟量输出模块标定后，以电流或电压形成控制各电机的调速变频器。控制算法中，预拉伸辘速度数据V1乘上某个速比u后（速比可调），作为目标值，使热拉伸辑的速度数据V2跟踪（V1·u）的变化。

3、结束语

随着变频器技术的成熟和使用范围的扩大，可利用可编程控制器（PLC）对其进行控制，从而适应传动系统中对速度控制灵活性、准确性和性等的不同要求。上述两个例子均是实际生产中应用PLC和变频器进行速度控制的实例，均较好地达到预期的同步或给定速比控制要求。

该机器原来的故障主要是外部传感器经常坏，由于其原来控制系统的限制，不能采用加灵活的可调时间参数来控制机器的动作，而这正是PLC控制灵活的地方，加上PLC本身的稳定性很高使得改造后大大降低了机器的故障率

1、工艺要求：
山东某啤酒厂冷却循环水系统有两台４５kw水泵，当全厂设备都需要冷却水时，两台４５kw水泵满负荷工作能满足要求，但大部分时间不需要两台４５kw水泵满负荷工作，有时甚至负荷还不到一台泵的满负荷。厂家要求：水压要保持恒定，随着供水量的增多，输出功率自动增加，随着供水量的减少，输出功率自动减少。如果能实现自动恒压供水，每年可给工厂节电８到１０万元，并且能减轻操作工劳动强度。

2、方案设计
2.1硬件选型
在水管道上加装1个压力变送器测量水压；用一台变频器和PLC参与控制。

变频器选用富士变频器，PLC选用国产KDN-K3系列PLC。

2.2工频方式启动
每台电机有工频直接启动方式，在调试和特殊情况下使用。

2.3自动启动方式
自动启动方式也有两种选择：一种是先启动甲电机，另一种选择是先启动乙电机。

2.4变频器内部实现PID调节
把压力变送器输出的模拟量信号送到变频器，变频器内有ＰＩＤ功能，它能根据设定的值来调节电机频率达到恒压。

2.5PLC调度两台变频器的切换
自动启动后，PLC让变频器先启动一台泵，变频器根据压力进行PID调节；当频率调到50赫兹，仍达不到设定的压力时，输出一信号给PLC，PLC把台泵切换到工频工作，让变频器带二台水泵启动，变频器根据压力进行PID调节，维持恒压；当用水设备减少，PLC让变频器停止二台泵。PLC再把台泵从工频转到变频器驱动，变频器继续根据压力进行PID调节维持恒压。

3、使用效果
改造后即投入使用，工厂设定的压力值为0.5Mpa，实际运行效果非常好，压力稳定，工频切换平稳，操作工工作量大大减轻。

4、注意点
为了节省开支，PLC电源直接采用电网交流220Ｖ电源，没有经过稳压电源，这对PLC是个很大的考验，因为大功率变频器对电网干拢比较大，工频切换时，会产生很大的电磁干拢，在这些干拢下，PLC能否稳定工作很重要。凯迪恩公司生产的KDN-K3系列PLC考虑到了国内电网电压波动大、电磁环境恶劣的特点，采用了宽电压输入和电磁屏蔽设计。此次选择的K306-24AR型CPU采用交流供电，电压范围宽达AC85V—AC265V，能够适应于供电电压波动严重的地区；PLC采用了工业级ＣＰＵ，抗干拢能力强，经受住了恶劣环境考验。

车载沥青搅拌机用于修补柏油路面。当柏油路破损需要修补时，先对坑洼处进行处理，再往坑中填入拌好的沥青碎石料，压路机压平即可。过去靠人估加多少碎石加多少沥青进行拌和，质量得不到保证。新型车载沥青搅拌车按照配方计量碎石和沥青，充分拌和，保证质量。下面是北京某公司生产的新型车载沥青搅拌机控制系统介绍。

2． 工艺过程

沥青恒温箱的温度达到设定的温度后，具备生产条件。当要往坑中填沥青碎石料时，先要测量一下坑的容积或估算容积，按照配方计算出需要多少碎石，多少沥青，打开引风机，拌和筒接料，开燃烧机，给料机开始给料，碎石按设定量加完后，给料机停机，拌和筒搅拌，同时沥青计量箱开始计量沥青，计量到设定量。拌和筒内温度到一定程度后，停燃烧机，然后把计量箱内的沥青加入到拌和筒内，拌和筒搅拌，到一定时间后，拌和筒出料，出料完毕，停拌和筒和引风机，一盘料生产结束。

3． 电控方案设计

①．沥青加到一定温度，沥青恒温箱和计量箱都要有温度检测传感器。检测范围0-250ºC 可以满足工艺要求。选用一体化的铂电阻变送器；

②．给料机加一接近开关，转一圈就可以计算出加多少碎石；

③．沥青计量箱加了液位传感器，通过液位来计算沥青的重量；

④．坑的容积要输入，要有人机接口（HMI）；

⑤．一些参数如给料机一圈多少碎石，沥青液位与重量对应关系，一些时间设定量需要输入等等；

⑥．控制的设备有：给料机、引风机、燃烧机、拌和筒、沥青泵、加热器等；

⑦．控制方式：正常情况下，输入需要的方量，选到自动方式，按自动启动，自动进行加料、计量、搅拌、出料，不需要人干预。当调试设备、检修设备和特殊情况下，还需要单体设备能单操作。手动单操作放到HMI上进行。

通过以析，选用PLC+触摸屏控制比较好。其中PLC选用国产的小型一体化的KDN-3系列PLC：CPU模块（KDN-K306-24AR，14点输入，10点继电机输出）一块、输出模块（KDN-K322-08XR）一块、模拟量输入模块（KDN-K331-04IV）一块。触摸屏选用的是eView的MT508S。