河北某玻璃股份有限公司浮法生产线电气自控系统
杨雪来
摘 要：ITO玻璃镀膜生产线电气控制系统主要完成精细玻璃真空镀膜的自动化生产，由上位计算机监控生产线的运行状态及工艺状态。整个电气控制系统由上位计算机监控、PLC控制、系统传动控制、真空获得控制、磁控溅射控制、加热器温度控制、工艺气体配气控制、冷却水循环控制、安全联锁控制、配电等模块构成。重点探究了该系统的运行方案与各个模块的构成情况，以期充分发挥该系统的作用。
关键词：ITO玻璃镀膜生产线；自动控制系统；PLC；现场总线模块
中图分类号：TQ171.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.11.048
ITO玻璃镀膜生产线逐渐被广泛运用在精细玻璃深加工领域中，不仅在极大程度上提升了玻璃生产的效率，还保障了玻璃的整体质量。电气自动控制系统作为ITO玻璃镀膜生产线中的重要组成部分，直接影响着整个生产线的正常运行，因此，相关研究人员必须提升对该系统的重视程度，以优化生产线的组成结构。
1 ITO玻璃镀膜生产线电气控制系统概述
ITO玻璃镀膜生产线电气自动控制系统的结构如图1所示。
整个控制系统由计算机、PLC主机、现场总线模块、变频器、以太网、Profibus-DP总线等组成。上位计算机通过以太网与PLC连接，进行实时数据交换，在计算机上可以完成对整个系统的监视和控制；PLC控制系统采用现场总线I/O模块系统控制，不仅大大节省了系统的配线，还便于系统的扩展和升级。
2 ITO玻璃镀膜生产线电气控制系统运行方案
2.1 传动系统
整个ITO生产线按工艺流程前后顺序全线的传动采用步进电机和变频电机，由西门子变频器控制电机转速，从而控制玻璃小车的输送速度。传动系统与真空系统、配气系统、溅射系统、冷却水系统等有机联系在一起，通过连锁控制共同完成玻璃镀膜。
首先将待加工的玻璃通过装卸台上装在移动小车上，小车传送至进口转台。进口转台配有1台变频转动电机和2台驱动电机，可以实现转台0°～180°的转向及小车的传动。
当进口室处于大气状态时，进口室门打开；装有玻璃的小车从进口转台快速进入进口室，光电开关检测到小车到位后进口室门关上；抽气系统开始工作，当真空度和真空溅射室的真空度一致时，真空溅射室门打开，小车进入真空溅射室，关闭真空溅射室门；进口室的放气阀打开开始放气，进口室处于大气状态后，打开进口室门，下一辆小车即可进入。
2.2 工艺气体配气系统
生产线所需的工艺气体Ar、Ar/O2、O2、N2等根据工艺要求送入溅射室。每路气体通过气路上阀门控制通断，并用阀门后的流量控制器控制并检测气体的流量。工艺员可以在监控计算机上设定各种控制参数，现场总线模块输出4～20 mA模拟信给流量控制器，控制其内置阀门的开度和工艺气体的流量。
2.3 真空抽气系统
系统分真空和大气2种工作模式。进口室和出口室在生产过程中可以在真空和大气2种状态下转换，其余各室通过抽气和放气调节该室内不同的真空度，以满足工艺需要。各真空泵组的启动抽气顺序依次为：①在大气状态下启动各组的旋片泵；②当真空度达到一定真空状态时，启动罗茨泵进行抽气；③真空室的真空度达到更高真空状态后，启动分子泵和水泵抽气，使真空室达到生产需要的真空状态。
2.4 加热系统
玻璃镀膜必须在较高温度下进行，整个生产线共计288个加热器，加热器通过固态继电器控制通断电。现场温度通过K分度热电偶监测，并将信号通过分布式I/O传送到主PLC，各腔室温度的设定值根据工艺需要而定。
2.5 安全联锁系统
整个镀膜生产线具有完善的安全保护措施：①真空状态的安全保护联锁；②传动状态的安全保护；③各真空泵的温度、冷却水水温等的状态联锁；④在整个生产线和控制柜前通道的关键位置安装有急停按纽，可实现紧急状态安全联锁。
3 生产线电气控制系统的PLC模块
PLC控制系统是整个ITO玻璃镀膜生产线电气控制系统的核心，其组成结构如图2所示。
由系统的结构图可以看出PLC为分布式控制系统。本系统中的PLC采用西门子S7-400系列，PLC主机S7-400通过以太网与上位计算机连接，PLC主机S7-400与WAGO的分布式I/O模块通过Profibus-DP总线连接。采用这种现场总线节点设计，易于连接数字量、模拟量和特殊功能I/O模块，有利于系统的模块化及系统的扩展和升级。系統中主要的控制信号有开关量输入信号（DI）、开关量输出信号（DO）、模拟量输入信号（AI）
和模拟量输出信号（AO）。
4 生产线电气控制系统的上位计算机监控
上位计算机监控系统由2台工作站、PLC系统等组成工业控制以太网（Ethernet）。网络传输采用5类UTP电缆，数据传输速率为10/100 M，由上位计算机完成对ITO镀膜生产线操作、监控、报表、编程等工作。上位工业控制计算机能以流程图、操作组的方式实现对过程的监控操作。保存各种数据的历史数据，以报表的方式实现各种操作以及统计报表、报警的显示、打印。
上位机监控软件具有以下功能：①工艺流程图形化显示功能。软件操作界面具有工艺流程图形及动画显示功能，参与控制的设备和需要显示的状态都能够通过图形颜色的变化和图标的动画形态来显示。②系统监视功能。系统能监视生产线上所有设备的运行方式、运行状态、故障状态、闸门位置、流程作业情况及各工艺参数的当前值。③趋势显示功能。系统能提供历史数据的趋势及实时数据的趋势图，在趋势图上可以显示压力、流量、温度等参数的变化趋势。④系统控制功能。⑤报警显示功能。⑥报表功能。
5 系统供电与MCC柜
供电及MCC控制系统主要对整个镀膜生产线的所有设备进行供电及控制，比如传动电机、真空泵、MF电源和DC电源、配气系统、PLC控制柜、计算机操作系统等。
供电与MCC柜控制系统具有以下几方面的特点：①受电主开关具有三段（瞬间、短延时和过载）保护，为与下一级主开关（具有瞬间及过载二段保护）配合，取消瞬间保护，避免了越级跳闸，并具有自投、无自投和切换装置，供用户选用；②各功能单元中的交流接触器采用无声运行并具有节能功能；③水平母线具有单母线分段和不分段2种（当采用单母线分段时，母线开关也具有自投、无自投和切换装置）；④馈电电路主开关具有瞬时和过载保护，如果用户要求，可加装漏电保护；⑤辅助电路具有就地、远方、自动和就地、远方切换的功能。
6 结束语
综上所述，ITO玻璃镀膜生产线电气自动控制系统的操作和工艺参数设定均可在计算机上完成，实现了ITO玻璃镀膜的自动化生产，大大降低了工人的劳动强度，提高了产品的生产效率和质量，提高了工厂的自动化程度。
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〔编辑：刘晓芳〕
