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摘要： 一个由西门子S7-200PLC，以PPI和自由口形式组网通讯，与人机界面相联，组成一个功能完善的低成本控制系统，完成对平钢化全部工艺的完美控制。重点介绍工艺背景，系统选型思路及架构，硬件配置和软件编程要点，实施过程中有关通讯问题和解决，改造后取得效果及完成后的体会。
关键词：S7200PLC 平钢化 低成本控制系统 自由口网络通讯 安全可靠性
一、项目简介
烟台美极玻璃现在为一中型玻璃加工企业，以生产中空玻璃，玻璃加工为主，于2006年5月正式新上一套平板玻璃钢化生产线。其重要性，不仅在很大程度上，满足了市场的急需，同时也决定了全厂的生产水平和效益。该设备整体近30M长,连续不断生产，除了需要有制造精良机械部分外，自动控制的优劣是其性能和可靠性的关键部分。洛阳西菱自动化设备有限公司长期从事化工自动化开发研究和系统集成的公司，承接该项目后，在充分了解该平板玻璃制造工艺的控制全过程和厂方的需要，精心设计了包括由10.4”液晶人机界面，S7-200PLC控制系统和多台SRR加热控制柜组成的集中式控制系统。经安装和调试，实施投产，经过半年多的实际运行，为企业创建了巨大的效益。
二、系统简要工艺介绍
平板玻璃钢化工艺一般采用优质玻璃为原料，以平钢化生产线为主要生产设备。该生产线约宽2.5M,长25M，依次分布为上片台，加热段，风栅冷却段，下片台，各工段均有不同材质的辊子运送玻璃。辅助设备有鼓风机，风道，控制柜等。其生产过程分成上片，自动往复加热，往复急冷，往复吹风，取片五个工艺阶段。开车前逐步使加热段呈矩阵分布的上下电炉升温至650℃，做好生产准备。在一定的时间段，人工将原料片玻璃在上片台排放好位置，至前炉门前光电开关止。当确认可以进炉时，启动按钮，前炉门打开，放片段和加热段按进炉速度同步前进。炉前光电开关与编码器配合，开始测量玻璃长度，同时加热时间计时开始。当玻璃到进炉距离减速到位，管前炉门并放片停止。加热主传动按加热往复速度，炉内有效距离，反向行进，如此形成往复摆动。当加热时间剩20秒，启动冷却风机到高速。一但加热时间到，打开后炉门，加热主传动和风栅主传动按出炉速度同步高速出炉，炽热的玻璃快速进入风栅急冷钢化，同加热炉动作类似，并按往复速度摆动，急冷时间到后，冷却风机改低速继续摆动。直至冷却时间到，风机减速停，风栅转动和取片转动按取片速度同步出栅，钢化玻璃至后光电开关处自动停止。生产过程，周而复始，连续进行。遇到某些工艺情况，对局部阶段需要增加或减少顶部或底部阀门开闭，改变或跳过一些阶段，系统同时具有多种报警。紧急停时有安全位置，运行时有安全连锁。
综上所述，平钢化系统是一个既有大量开关量和大量SSR温度调节回路（数量达30－60个温度检测点和调节回路），又有多个编码器和变频器组成的速度距离测量控制回路，及人机界面和少量仪表模拟量组成的涉及面复杂的控制系统。它是通过人机界面和现场众多键控，能够灵活多变，适应多种不同钢化工艺需要的顺序控制。画面要能清楚地显示主要工艺流程，方便灵活地控制大量参数。各阶段距离和时间，速度，以及不同的玻璃规格工艺指标，要求能在不同情况下灵活调节，连续显示各时间段，温度值和玻璃动态位置。其主要控制对象有三个要点：其一是各阶段时间设置和控制；其二是温度检测和调节回路；其三是速度测量控制和距离测量控制。由于过程中含有大量的工艺指标，运动速度高，如出错，导致大量的废品，甚至损害设备，因此对安全性要求极高，控制必须准确无误，极为可靠。设备整体外观见下面图：
最终选定硬件配置如下, 共计S7-200 CPU 1个，各类模块6个。温度模块6个，变频器5个。
CPU226XP CN 6ES7216-2AD23-0XB8 1个
电源模块 6EP1 3311-SH02 3个
DI/O数字扩展模块6ES7223-1BL22-0XA8 3个
AI/O模拟扩展模块6ES7 2350-KD220XA8 1个
AO数字扩展模块 6ES7 232-0HB220XA8 2个
M440 2.2KW变频器 6SE644 2DU222BA1 2个
M440 1.5KW变频 6SE644 2DU215BA1 1个
M440 3.0KW变频器 6SE644 2DU230BA1 1个
康沃 220KW变频器 CVF-G2-4T2200 1个
泓格温度模块 I-7018 6个
人机界面 MT510TV4 1个
三、控制系统构成
改造前的PLC的选型工作是一件非常关键的事。PLC是核心部件，决定系统的功能，适用性，安全可靠性和价位。根据现有各制造厂方的经典作法，上述系统均采用PC+OMRON中型PLC+专用电路板＋OMRON变频器，或是PC+S7300系统＋施奈德变频器，已有相当数量的工程实例。但本工程是为一家私营企业配套，价格既不能高，又不能降低控制性能和安全可靠性，这当然有相当的难度。经过再三斟酌和周密思考，最终选择西门子S7-200PLC作控制系统。
本方案是选用S7-200系列 CPU226XP作主控制，温度控制有大量的DI/DO,增加3块I/O数字量模块。 5台变频器用电压信号作调速控制，因而选2块AI/AO模块。系统需要测速和控制转速，以及距离控制，硬件为编码器，利用PLC固有的2组A-B高速计数。由于温度点实在太多，温度模块数量系统无法容纳，另采用泓格串口温度模块解决,用自由口通讯。电源用SITOP模块。
人机界面的选择，一是流行的做法，由PC机＋组态软件＋大屏幕显示器，效果极佳。其缺点是WINDOWS操作系统的故障，造成系统的不可靠，且成本较贵。另一个方案是使用西门子的人机界面OP270，可靠性极高，组网方便，但成本更贵。人机界面选e-VIEW 10.4”彩色, 经济实惠，满足需要。
整个控制系统由4台控制柜和一个立柱式人机界面操作箱组成。操作箱装有人机界面，旋纽开关，信号灯，及蜂鸣器等,相距30M,通过PPI通讯电缆与PLC相联。PLC控制柜装有PLC,模块, 小型断路器,开关电源模块,继电器等,是整个系统的控制中枢。另一台是传动控制柜，装有AOP面板，温度表、电压表、控制开关、信号灯等，柜内安装小型断路器、接触器、热继电器、开关电源、变压器、电磁阀电源、及4个变频器。中间2个加热控制柜，装有大型断路器开关，大量SSR模块，快速熔断器，异性铝材散热器，散热风扇等。硬件品质对整体设备可靠性有重大影响，必须坚持选择有认证的优质产品。选择有ISO认证的厂家通过OEM形式整体制
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