張家懷
(鄭州旭飛光電科技有限公司,河南 鄭州 450016)
生產(chǎn)車間的各個區(qū)域最主要的工藝控制手段就是溫度管控,調(diào)節(jié)溫度除了設備上自身的溫度調(diào)節(jié)如燒槍燃氣量、硅碳棒加熱功率、調(diào)功器輸出開度等手段外,還需要借助環(huán)境的氣流來均化溫度,消除局部溫度梯度。因此,每個制程工序均配備了獨立的暖通空調(diào)或風機,來柔性輔助優(yōu)化工藝控制方案。
某生產(chǎn)車間,為了控制各個區(qū)域的環(huán)境壓力,使用了一套靜壓箱控制系統(tǒng),通過對現(xiàn)場壓力的實時數(shù)據(jù)采集,反饋給PLC,通過控制風機或空調(diào)的變頻器開度,達到現(xiàn)場環(huán)境壓力的穩(wěn)定。靜壓箱控制系統(tǒng)控制思路就是利用靜壓箱箱體壓力恒定這一特點,用生產(chǎn)現(xiàn)場其他區(qū)域的壓力與之比較,得出該區(qū)域的絕對壓力值,設定某一目標絕對壓力值,利用西門子PLC系統(tǒng)控制該區(qū)域風機變頻器,使絕對壓力值保持穩(wěn)定。另外,各區(qū)域絕對壓力值可在西門子上位機監(jiān)控系統(tǒng)WINCC上采集數(shù)據(jù)并做系統(tǒng)歸檔,進而可在上位機上顯示壓力值變化趨勢,便于工藝人員及時掌握環(huán)境變化動態(tài)信息。
靜壓箱的壓力穩(wěn)定在P0保持不變,各樓層的壓力與靜壓箱的壓力差如上圖所示分別為P1、P2、P3,壓力差值通過HONEYWELL壓力傳感器變換為標準電信號輸入SIEMENS模擬量輸入模塊,為保證測量值的穩(wěn)定準確,考慮采用2-3個傳感器測量同一區(qū)域的壓差,取平均值作為實際測量值,通過PID功能運算輸出0-10V信號控制各樓層的變頻器穩(wěn)定壓差,各個樓層的壓力穩(wěn)定壓差也就穩(wěn)定了;靜壓箱箱體用耐火材料砌成,放置在一個氣流相對穩(wěn)定的區(qū)域,保證箱體內(nèi)部空氣溫度壓力不受外界環(huán)境影響。為方便各區(qū)域選定靜壓箱參考點,從靜壓箱頂部開一個直徑40mm的孔洞,用DN40鍍鋅管引至靜壓箱外部區(qū)域,該管路作為靜壓箱母管,管路上開若干小孔,以連接各個區(qū)域的壓差傳感器的分支管路。
各個區(qū)域的絕對壓力值是靠壓力傳感器采集,本系統(tǒng)采用的是高質(zhì)量的Honeywell壓力傳感器,采集壓力范圍-50Pa—+50Pa,傳感器高壓側(cè)管路接到各區(qū)域壓力采集點,低壓側(cè)接到靜壓箱母管,壓力差信號通過壓力傳感器轉(zhuǎn)為電信號進入西門子模擬量模塊數(shù)據(jù)運算,得出我們需要的標準壓力數(shù)值。為采集到區(qū)域壓力的綜合信息,每個區(qū)域都用了兩個以上的壓力傳感器,各傳感器的加權(quán)平均值作為該區(qū)域的絕對壓力值,其目的是為了保證該區(qū)壓力變化的真實性,避免以偏概全。
PLC選用用西門子300系列的315-2DP,支持工業(yè)以太網(wǎng)通信;模塊選用16位模擬量輸入輸出模塊,提高了數(shù)據(jù)采集分辨率;軟件上位機監(jiān)控軟件使用的是WINCC6.2,編程軟件采用STEP7V5.5中文語言版;監(jiān)控電腦電腦配置雙網(wǎng)卡,一路用CP1613與PLC通訊,另一路采用普通網(wǎng)卡與生產(chǎn)網(wǎng)絡管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),便于數(shù)據(jù)共享。
整個控制思路主要利用Simens PLC自動控制風機頻率,達到局部區(qū)域壓力穩(wěn)定的目的。以熔爐區(qū)為例說明,熔爐區(qū)壓力控制對象為環(huán)境風機,目前設定的絕對壓力目標值為10Pa(相對于靜壓箱壓力),通過PID調(diào)節(jié)風機頻率,達到環(huán)境壓力穩(wěn)定的目的。當實際檢測壓差超過死區(qū)設置(如0.2pa)后頻率開始自動調(diào)節(jié),使頻率適當下降從而使壓差回落,若壓差低于設定值(大于死區(qū)設置),則風機頻率增加,增大風量使壓差升高,最終實現(xiàn)壓差的穩(wěn)定調(diào)節(jié);另外為保證風機頻率變化過大導致環(huán)境壓力變化過大,設置有風機基本頻率及自動調(diào)整的范圍,使風機頻率在基本頻率上下一定的范圍內(nèi)自動調(diào)整,正常情況下,在基本頻率,上下范圍及PID參數(shù)設置基本能滿足相對壓差控制在+/-1pa左右,若有異常情況還可以將自動調(diào)整限制幅值設為0,這樣PID調(diào)節(jié)切換到手動,可以通過手動調(diào)整基本頻率來控制風機頻率,穩(wěn)定壓差;如整個監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)異常,還可以將風機頻率控制切換到本地,用控制柜門上的電位器調(diào)節(jié)頻率。以下其他區(qū)的控制思路與此類似,不再贅述。
該系統(tǒng)投入使用后,各個區(qū)域的壓力均實現(xiàn)了可視化控制,滿足了工藝生產(chǎn)要求。通過該靜壓箱自動控制系統(tǒng)的上位機監(jiān)控電腦,制程工程師可以結(jié)合工藝生產(chǎn)的實際需求,在友好的人機界面下,不斷優(yōu)化環(huán)境控制目標,為工藝穩(wěn)定提供良好的環(huán)境保障。
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