尚控S-7000玻璃制品生产线控制系统———尚控S-7000玻璃制品生产线控制系统

［编辑简介］：本文介绍一个尚控S-7000系列远程数据采集模块在玻璃制品生产线的应用。描述了系统的硬件结构与软件实现原理，给出系统应用效果。［摘要］：尚控S-7000玻璃制品生产线控制系统［关键词］：尚控 S-7000系列 远程数据采集模块 玻璃

某玻璃集团玻璃制品生产线主要由煤气站﹑熔窑﹑退火窑三个子系统组成。煤气

站子系统中，以煤为原料，以蒸汽为气化剂，在煤气发生炉中进行化学反应，产

生煤气。熔窑子系统利用煤气站产生的煤气，与空气混合后，在熔窑内进行充分

燃烧，将玻璃原料加热融化，产生的玻璃原液经供料道送至玻璃制品机，进行玻

璃制品半成品的生产。退火窑子系统则实现半成品的高温烧成去应力和冷却。由

于历史原因，整条生产线的自动控制水平比较低，基本上由现场工人根据仪表显

示进行手动操作，以实现加气﹑送风﹑温度调节和窑压调节等功能。手动控制不

仅效果差﹑原材料能源浪费大，而且经常由于三个子系统之间不能协调工作而出

现停窑等生产事故，因此实现生产线的自动控制显得尤为重要。

整条生产线检测控制点多﹑现场环境恶劣﹑物理距离远，并且要求控制系统可靠

性高﹑安全性好﹑维修简单﹑价格低廉。经过仔细考察比较，系统最终选用了

S-7000系列远程数据采集模块，在此基础上设计实现了生产线的监测控制系统。

2、系统的硬件结构

根据生产线的实际情况，结合当前工业控制技术的发展方向，控制系统采用了工

业控制计算机与分布式I/O模块相结合的方式。上位机采用了HT-PPC系列平板

电脑。考虑S-7000模块种类多﹑可靠性高﹑抗干扰能力强﹑价格低廉等，系统

采用了S-7000模块作为分布式I/O模块。为确保生产线的安全可靠，系统采用

了上位机双机冗余的方式，主机和从机可自动无扰切换。在系统检修或故障时，

可通过转换开关，将系统切换为原手动控制，保证了生产过程的可靠性。

系统硬件物理上可分为两部分：一部分放置在煤气站控制室，负责煤气站子系统

的信号采集与输出，其余部分（包括上位机）放置在熔窑控制室（作为中央控制

室），负责熔窑和退火窑子系统的信号采集和输出。所有信号经RS485网络汇总

到上位机，以实现整条生产线的监测与控制，具体描述如下。

2．1煤气站子系统

煤气站子系统有8路0-20mA压力输入信号﹑4路温度输入信号﹑4路开关量报警

输出信号﹑3路0-20mA电流输出信号，采用S-7017﹑7018﹑7042﹑7024模块各

一块。

S-7017为8通道模拟量输入模块，最大输入量程为±10V。在7017的每一个通

道并联一个1250Ω的精密电阻，可将8路0-5V电压信号转化为0-20mA电流信

号，作为现场压力信号，送入控制系统。

S-7018为8路热电偶输入模块，可直接采集热电偶信号。煤气站的4路温度信

号均为K型，共享一块7018。

S-7042为13路隔离型集电极开路输出模块，配合RM104功率继电器板可实现继

电器输出功能。系统设有一次风压﹑煤气温度等超限报警。报警时，7042控制

RM104驱动现场的24V报警指示灯亮，同时报警电铃儁。

S-7024为4通道模拟量输出模块，可输出标准的电压和电流信号。煤气站的一

次风机采用变频器控制，2路蒸汽采用电动调节阀控制，3路控制信号均为4-20ma

标准电流信号，共享一块7024。

2．2熔窑子系统

熔窑子系统有16路温度输入信号﹑6路数字输入信号﹑3路4-20ma压力输入信

号﹑4路继电器输出信号﹑2路4-20ma电流输出信号﹑1路0-1V液位输入信号。

共享4块S-7018﹑1块7024﹑1块7042﹑1块7052和1块7017。

16路温度信号有6路K型热电偶，4路S型热电偶，4路J型热电偶和两路S型

热电偶，分别用4块7018实现温度信号的采集。

4路压力信号为4-20ma标准电流信号，经125Ω精密电阻转换为0-5V电压信号，

由7017实现压力信号的采集。7017模块同时完成液位信号的采集。

4路继电器输出信号为空气和煤气换向输出信号，由S-7042驱动RM104完成。

S-7050为7路数字输入模块。现场的6路换向到位信号经继电器隔离后，转换

为干接点信号，由7050实现换向到位信号采集。

二次风机采用变频器控制，控制信号为0-20mA电流信号，烟囱吸力调节控制信

号也是0-20mA电流信号，2路信号输出由一块7024来实现。

2．3退火窑子系统

退火窑为单独的子系统，根据厂家要求，暂不做控制。

3、系统的软件原理

系统上位机采用WindowsNT4.0作为操作系统，SntellutSon公司的FSX软件

作为工业测控软件平台，VSsualC5.0和VSsualBasSc5.0作为编程语言。在

控制算法上，采用了软嵌入式自学习多变量模糊控制器（MF控制器）。

3．1系统控制原理

主煤气站到熔窑，系统最终的控制目标是：熔窑温度TR保持在1500±5℃，窑

压PR保持在15±1Pa。，熔窑温度TR通过调节煤气站的煤气出口压力PM来实

现，同时TR受PR的影响。PM是通过调节煤气发生的风量来实现控制的，而风

量的变化，必然会引起煤气站混合气温度的变化。为保证煤气发生中的化学反应

充分，混合气温度必须稳定在60±1℃，因此又必须对一次风和蒸汽进行控制。

窑压PR除受上述因素影以外，还受烟囱吸力的影响。可见，系统是一个串级多

变量非线形大惯性系统。

为解此复杂的控制，系统核心采用了软嵌入式自学习多变量模糊控制器。此控制

器是在国家自然科学基金的支持下，融合了模糊进化神经网络﹑智能建模﹑模糊

穴映射等智能控制技术而形成的，并且在陶瓷行业中得到了大量应用。将其应用

于此控制系统，实践证明也是成功的。

3．2系统软件功能

根据玻璃制品生产线的实际情况，结合工厂的要求，系统主要设计并实现以下功

能：

关键的温度和压力控制：在煤气站子系统中，通过控制一次风和蒸汽，实现了混

合气温度稳定(60±1℃)，煤气出口压力满足了熔窑子系统燃烧的需要。在熔窑

子系统中，实现了熔窑温度（1500±5℃）和窑压（15±1Pa）的稳定控制。

生产线概貌显示：概貌图是现场工人操作的主要界面，实现了全部数据的实时监

测与报警，并可直接进行工艺参数的设定等。

实时数据曲线显示：实时趋势图将有关的数据以曲线和数据形式进行实时动态显

示，并支持实时打印功能。

历史数据显示：可根据实际需要，以曲线或数据形式，显示过去几个月的关键历

史数据，时间可精确到秒级。

手动/自动切换：系统提供了手动/自动转换软开关，可在上位机上实现计算机全

自动控制或现场工人利用计算机实现半自动控制。

煤气和空气的换向：可根据时间和温差实现全自动换向，也可在特殊情下实现半

自动或全手动换向。

事件报警：根据现场要求可事先定义报警事件，当满足条件时，系统将事件记录

下来，同时发出光报警。本系统主要定义了温度和压力的超限报警。

非法操作记录：系统要求现场工人严格按照工艺及操作规程进行操作，所有违反

规定的事件，比如夜班休息不加煤﹑非法入侵计算机系统等，都会形成事件记录。

报表打印：可对所有数据进行日报表定时打印，可随时对当前数据进行报表打印，

也可对历史数据进行报表打印。

权限管理：系统根据需要，赋予相关人员不同的操作权限，要求操作者按照自己

的姓名登录。最高权限为管理员，最低为操作者。

帮助：以简单的画面形式帮助现场工人使用该系统。

4、结束语

系统安装使用后，经过几个月的运行，证明了整个系统工作稳定﹑可靠﹑安全，

降低了工人劳动强度，提高了行业技术人员素质，延长了生产线使用寿命，节约

了能源与原材料消耗，提高了企业产品的竞争力，完全达到了预期的设计目标，

实现了较好的经济效益与社会效益。