基于PLC系统的玻璃熔化炉控制解决方案

论文摘要

本课题是研究和开发一个由7台玻璃熔化炉组成的系统,该系统的控制部分是由可编程控制器PLC(Programmable Logic Controller)与上位计算机系统相结合组成。整个控制系统要完成熔化炉的温度曲线控制、温度控制过程中的状态存储及玻璃原料的加料、出料控制。本系统采用单一的PLC控制器来控制多台熔化炉,因此程序的结构比较复杂。在编程过程采用分层结构,结合梯形图、SFC(Sequential Function Chart)程序及FBD(Function Block Diagram)程序,来实现不同类型的控制。由于以硅钼棒为加热源的熔化炉是一种具有较大的滞后性、非线性的时变系统,常规的PID控制模式只针对特定温度下作参数整定达到温控目的,当温控目标值与特定温度差距较大时,整定的参数就无法适用。而本套系统的整个生产过程需要在一条设定的温度曲线下进行控温操作,常规的PID算法无法适用,所以本设计方案采用了动态参数调整的自适应型PID控制,来实现精确的温度控制,在不同的温度区间内,采用不同的参数,使温度控制在较大的温度落差内都能达到最优化。PLC控制系统与上位计算机操作采用以太网(Ethernet)通讯协议进行通讯,但由于PLC的响应时间(ms)与以太网的响应时间(s)之间的差异,PLC有很强的实时性(刷新周期ms级)但内存太小(50～1000KB),而上位计算机有海量的硬盘空间但通过以太网的数据刷新周期太长。这一情况对实时数据的记录是不利的,为此两者之间的数据采用PLC实时采集写入固定缓冲数据区,上位机定时成批接受的方式实现,使高速采集的数据得以全部保留,对控制品质的提升和生产工艺的改进有很大保证和依据。同时,本方案在系统的安全性上也做了一定工作。除了加入柔性的超温控制模块外,对高温时的出入料操作做统一控制。对每个运行的炉位的出入料操作进行互锁,避免两台炉门同时打开的可能性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第一节 概述
• 第二节 论文的主要工作
• 第二章 项目简介
• 第一节 玻璃熔化炉的工艺过程
• 第二节 玻璃熔化炉设计数据
• 第三节 熔化炉系统工艺方案
• 第四节 主要机械设备配置
• 第五节 电控系统的控制模式
• 第三章 技术背景
• 第一节 PLC简介及其通讯方式
• 第二节 在本项目中应用到的PID控制
• 第三节 上位组态软件
• 第四章 需求分析及设计
• 第一节 控制方式
• 第二节 PLC系统与上位计算机的通讯协议
• 第三节 熔化系统的功能特点
• 第四节 系统操作的安全性
• 第五章 实施方案
• 第一节 程序类型
• 第二节 程序结构及系统资源分配
• 第三节 主程序
• 第四节 温度控制
• 第五节 出入料控制程序
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录
• 后记