分散式PLC控制系統在紅外線烘干爐中的應用

一、前 言

紅外線烘干爐在烘干方面與其它干燥方式相比，越來越顯示出其優越性，如：占地面積小，干燥周期短，節約能源和減少環境污染等。為了提高烘干爐加熱強度控制的準確度和快速性，以及操作的方便性和易維護性，在控制系統中引入了PLC控制及觸摸屏人-機接口，下面著重討論該控制系統的組成、功能及特點。　　

在帶材深加工過程中，需要加熱烘干工藝的生產線很多，如:涂漆、復合、染色、涂塑等。為了適應該類生產線生產連續、速度快、涂層薄等特點，大都采用了以輻射方式為主的紅外爐進行烘干。這種換熱方式最早可以追溯到30年代初，主要用于汽車油漆的烘烤和實驗室、醫院等,到了70年代，由于新的輻射材料的問世及高溫定向輻射技術的發展，使得紅外加熱干燥在薄物料特別是在帶材表面涂層（厚度一般在1～4
　　
二、系統的組成

該爐所處的生產線為雙涂雙烘涂層生產線（即安裝有兩臺紅外烘干爐），由于兩臺烘干爐與主控柜之間距離較遠，控制地點分散，若采用集中控制，則現場布線復雜，維護不便。綜合考慮生產線的布局特點，我們采用了帶有觸摸屏（人-機接口）監控的PLC分布式控制方案，使現場布線、調試和維護十分便利，系統結構圖如下：

　　
系統中的生產線PLC（GE90-70系列）主控制站主要為烘干爐控制系統提供生產線帶材速度、厚度、寬度和工作狀態等工藝參數，以便烘干爐PLC控制主站根據這些參數進行相應的控制；1#、2#爐監控觸摸屏主要用來進行烘干爐工作狀態的控制及相應工藝參數的設置，以及各類參數和信息的在顯示；烘干爐PLC分站主要來完成與觸摸屏的數據交換以及現場實際參量的數據采集，處理后通過GENIUS網絡再與烘干爐PLC控制主站及生產線PLC主控制站交換信息（此外，為了節約投資，該PLC分站在生產線中還擔負著涂層機相關設備的控制和現場數據采集）；烘干爐PLC控制主站主要完成由1#、2#烘干爐PLC分站上傳來的指令，同時根據現場采集的相關數據分別完成對1#、2#烘干爐相關設備的控制，從而保證了烘干爐控制系統與整條生產線工作的協調性及加熱控制的準確和快速性。
　　
三、PLC系統的控制功能

1） 烘干爐PLC分站

烘干爐PLC分站位于現場1#及2#爐操作臺內，采用了美國通用（GE）電氣公司的90-30系列PLC，主要完成下述控制功能：

操作接口管理，通過RS232接口實現與觸摸屏的數據交換；
從現場檢測裝置或傳感器采集數據并進行處理；　　
故障診斷和報警信息的處理；
烘干爐急停控制，操作者數據修改級別限制及密碼的管理。　　
與生產線PLC主控制站及烘干爐PLC控制主站通過GENIUS網絡進行相關信息交換。
此外，該PLC還完成了對涂層機電氣設備的控制與相關參量的數據采集，因與烘干爐控制無關，在此不再多述。
2） 烘干爐PLC控制主站
烘干爐PLC控制主站位于主控室內，對兩臺烘干爐進行分別控制，互不干擾，主要完成下述控制：
使烘干爐的加熱強度與生產線的速度曲線相適應；
烘干爐各區溫升曲線的設置與修正；　　
對整個烘干爐電控設備的聯鎖/時序邏輯控制；
對主控室內的烘干爐控制設備的各種測量裝置或工作狀態的數據采集和處理； 與生產線PLC主控制站及烘干爐PLC分控制站通過GENIUS網絡進行相關信息交換。
3） 觸摸屏人-機接口系統
觸摸屏（采用日本DIGTAL公司的GP570）是專為PLC的應用而設計的小型工作站，適應惡劣的工業環境，集主機、輸入輸出設備于一體，體積較小，可作為操作者與控制系統之間聯絡的高效人—機接口，在本系統中安裝在現場操作臺面板上，主要用來完成下列任務：
賦予菜單管理功能，實現分頁和多屏顯示；
通過RS232接口完成與烘干爐PLC分控制站的數據交換；　　
通過功能鍵，可控制烘干爐所有電氣設備的工作狀態（如：工作方式的選擇、設備起動、停止等）；
在數據區上設置和修改烘干爐各區加熱模式，方便烘干爐多種工作模式的選擇；
顯示各區可控硅調壓器主要技術參數（電壓、電流等）及烘干爐工作狀態和在線溫度等重要參數；
顯示報警和診斷信息及相應的解釋。
　　
四、系統通訊及數據交換

該分散式控制系統的通訊和數據交換主要是通過一個局域網（GENIUS總線）來實現的。
該局域網的通訊設備主要由主控制PLC（GE90-70）的GBC GENIUS總線控制器和分控制站PLC（GE90-30）的GCM+增強型GENIUS通訊模塊組成。
GENIUS總線是為工業環境中可靠通訊而設計的，其采用單屏蔽雙絞線，可避免電子噪音的干擾，數據可通過總線153.6K的速度傳送，傳送距離長達2000米。
GENIUS總線最多可連接32臺通訊設備，其中主控制站PLC中GBC的設備號必須設置為31#，其它分控制站PLC中的GCM+可根據位置進行自由設置，GENIUS通訊協議是一種點對點的“令牌總線”系統，有一種電子“令牌”（TOKEN）從0#設備到處1#設備（通過未采用的地址設備時消耗時間很少）循環傳送，如下圖。

當某臺設備得到“令牌”時，它可向總線傳送多達128字節的全局數據，這些全局數據的信息對應于PLC存儲器中的%I（開關量輸入）、%Q（開關量輸出）、%AI（模擬量輸入）、%AQ（模擬量輸出）、或%Q（參量寄存器）等相關信息。但每臺設備可在任何時候接受總線上所有其它設備傳送來的全局數據（并不局限于是否得到“令牌”）。這樣，通過GENIUS總線，烘干爐主控制站（PLC）既可采集到位于現場烘干爐控制分站上的輸入信息，又可將這些信息經過處理后再發送給烘干爐控制分站進行輸出控制或在觸摸屏上進行狀態或數據顯示。
因為GENIUS總線上的通訊設備是采用雙絞線串行連接的，從而簡化了主控制站與分控制站之間的電氣連接，提高了系統的穩定性和可靠性，減少了電氣設備安裝的工作量和運行過程中的維護量。
該控制系統的觸摸屏（GP570）與系統的通訊，采用了RS232通訊電纜直接與烘干爐分控制站的PLC CPU模塊上的RS232接口相連。通過該連接，觸摸屏可與烘干爐分控制站PLC相互交換數據，而該分控制站PLC通過上面所述的GENIUS局域網可與烘干爐主控制站及生產線主控制站相互交換數據，從而實現了由觸摸屏對烘干爐相關設備的控制和各種工藝參數的在線顯示以及故障信息的報警和故障診斷。

五、結束語

在烘干爐控制中引入PLC網絡及觸摸屏人-機接口控制系統，優點主要表現在：
結構配置符合標準化、簡單化和模塊化原則，從而提高了整套系統的可靠性和易維護性；
各控制站之間數據傳送采用實時通訊鏈路，提高了數據的傳送速度，從而保證了控制系統的控制精度；
強有力的高效人-機接口系統（GP570觸摸屏），在操作者和烘干爐之間建立了有效的聯系手段，以對現場設備進行監控，自診斷和初始化設置等；
允許將來通過安裝部分硬件和相關軟件而使整個控制系統的功能得到擴展；
由于各控制站之間采用了專用網絡，僅使用一根單屏蔽雙絞線便可將各分控制站與主控制站聯系起來，最大限度地簡化了現場布線，也使整個電氣安裝、調試和維護更為便利。