钢化玻璃生产线PLC监控系统

摘要

本设计的目的是实现计算机对钢化玻璃生产线进行远程监控。系统主要由组态软件WinCC、PLC、变频器和压力变送器等组成。在这里用PLC作为控制核心，用安装有组态软件的计算机作为监控主机，监控主机利用西门子组态软件WinCC强大的实时数据的采集与监控功能来监视和控制钢化玻璃的加热与冷却。

钢化玻璃生产线监控系统从功能上看，分为控制和监控两部分；从控制要求上看，该生产线包括上片工段、加热工段、冷却工段、下片工段四部分。系统在以PLC为控制中心的基础上，通过监控计算机中组态软件WinCC的设计，很好的确保了系统在一个安全稳定的环境中运行。依据各个部分的运行指标，可设计5个画面来进行综合监控及调试。通过这几个画面的综合运用能够很好的达到预期的效果，实现了远程监控及参数设置，出现故障及时报警，方便检测维修等功能。

关键词：钢化玻璃；监控系统；WinCC

目录

1 绪论 (1)

1.1 课题来源及研究意义 (1)

1.2 钢化玻璃监控系统生产工艺介绍 (1)

2 系统所需软硬件介绍 (4)

2.1 组态软件介绍 (4)

2.1.1 WinCC的简介 (4)

2.1.2 WinCC的设计原则 (6)

2.2 S7-300 PLC系统介绍 (6)

2.2.1 PLC的结构 (6)

2.2.2 PLC的特点[4] (7)

3 钢化玻璃PLC监控系统设计 (9)

3.1 监控系统的工作原理 (9)

3.1.1 上片工段 (9)

3.1.2 加热工段 (10)

3.1.3 冷却工段 (13)

3.1.4 下片工段 (15)

3.2 硬件配置 (15)

3.2.1 S7-300 CPU 314简介 (15)

3.2.2 PLC机型的选择 (16)

3.2.3 监控系统的PLC硬件组态 (16)

3.3 监控系统的PLC程序 (18)

3.3.1 监控系统的PLC符号表编辑 (18)

3.3.2 监控系统的PLC程序的编译 (19)

4 WinCC组态画面设计 (24)

4.1 建立项目 (24)

4.2 组态项目 (25)

4.3 建立和编辑画面 (28)

4.3.1 图形编辑器简介 (28)

4.3.2 画面布局 (30)

4.3 组态按钮 (31)

4.4 过程值归档 (34)

4.5 实时曲线设计 (36)

4.6 实时表格设计 (39)

4.7 报警界面设计 (42)

4.8 WinCC与S7-300通讯的实现 (45)

4.8.1 WinCC的通讯原理 (45)

4.8.2 WinCC与S7-300通讯协议的选择 (46)

4.8.3 变量的编辑 (47)

5 监控系统界面的设计及调试 (49)

5.1 监控系统的设计思路 (49)

5.2 监控系统界面设计要求及内容 (49)

5.3 监控系统界面分析说明 (50)

5.3.1 系统运行主画面 (50)

5.3.2 量程设置画面 (51)

5.3.3 参数显示画面 (52)

5.3.4 温度调节画面 (52)

5.3.5 报警显示画面 (53)

结论 (55)

致谢 (56)

参考文献 (57)

附录A 英文文献 (58)

附录B 中文文献 (65)

1 绪论

1.1 课题来源及研究意义

随着时代的发展，人们生活水平的日益提高，人们对生活质量的要求越来越高，对安全问题也甚是关注，玻璃是我们生活中不可缺少的一样东西，它可以为我们遮风挡雨，可以为我们美化空间等等。但是一般普通玻璃强度低、易破碎，破碎后锋利的刀状尖角很容易对人体造成伤害，严重威胁到了人们的生活安全。所以人们研究出了钢化玻璃，钢化玻璃其实是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度，方法是在玻璃表面形成压应力，玻璃本身具有较高的抗压强度，不会造成破坏。当玻璃受到外力作用时，这个压力层可将部分拉应力抵消，避免玻璃的碎裂，虽然钢化玻璃内部处于较大的拉应力状态，但玻璃的内部无缺陷存在，不会造成破坏，从而达到提高玻璃强度的目的。

近年来在生产钢化玻璃过程中，各种监控系统的应用也越来越多，例如微型计算机监控系统，浮法玻璃温度监控系统等等。由可编程控制器来控制钢化玻璃生产线的方案已受到越来越多的重视。用户通过友好的人机界面实现对加热的温度等参数曲线的监视及故障报警。利用西门子组态软件WinCC V 6.0编制的人机界面可以更直观提供工业的图形显示、信息、归档以及报表的功能模板。高性能的过程藕合、快速的画面更新、以及可靠的数据传送使其具有高度的实用性。除了这些系统功能外，WinCC还提供了开放的界面用于用户解决方案。这使得将WinCC参与复杂、广泛的自动控制解决方案成为可能，使得操作更简单方便[1]。

1.2 钢化玻璃监控系统生产工艺介绍

钢化玻璃控制系统主要由检测元件、监控装置、执行机构、加热设备、冷却设备和传动机构组成。常用的组件有：

1、检测元件：温度传感器、压力变送器

2、监控装置：WinCC人机界面

3、执行机构：PLC

4、加热设备：电阻丝

5、冷却设备：风栅，风机

6、传动机构：电机和变频器

玻璃钢化工艺一般采用优质玻璃为原料，以钢化玻璃生产线为主要生产设备。该生产线分布为上片台、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1000℃，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。然后进炉进行加热，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。一旦加热时间到，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。钢化玻璃生产线示意图如图1.1所示。

图1.1 钢化玻璃生产线示意图