一、前言 　　自我國第一條年產(chǎn)400萬m2連續(xù)自動化紙面石膏板生產(chǎn)線1978年投入工業(yè)性生產(chǎn)以來，我國廣大紙面石膏板行業(yè)的技術(shù)人員經(jīng)過二十多年的努力，在實現(xiàn)我國紙面石膏板生產(chǎn)線系列化、大型化、自動化方面做了大量工作，又成功開發(fā)了年產(chǎn)3000萬m2的紙面石膏板生產(chǎn)線。本文從3000萬m2紙面石膏板生產(chǎn)線的電控系統(tǒng)方面作一介紹。 　　 　　二、系統(tǒng)概述 　　年產(chǎn)3000萬m2紙面石膏板生產(chǎn)線（主線）電控系統(tǒng)按照生產(chǎn)工藝特點和生產(chǎn)線布置情況主要分為配料與成型工段、切斷與干燥工段、成品輸送工段和上位機四部分。各個工段的下位機PLC通過現(xiàn)場總線與變頻器、伺服控制器通訊。同時PLC、人機界面HMI與上位機部分通過工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)接，形成一個完整的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。 　　 　　配置圖例： 1.配料與成型工段 　　本工段主要包括配料、成型和主線速度三部分的控制，它們之間是相對獨立但又相互聯(lián)系的?？刂葡到y(tǒng)由下位機PLC、人機界面HMI和變頻器組成。PLC系統(tǒng)由一套SLC5/05主機架及一套擴展機架組成，PLC與變頻器之間通過現(xiàn)場總線Devicenet通訊，PLC與HMI和上位機之間通過工業(yè)以太網(wǎng)進行通訊。本控制裝置由兩個控制柜，六個現(xiàn)場操作箱及一些就地按鈕盒組成，即1C1成型控制柜、1C2配料控制柜、1B~3B皮帶和輸送輥道現(xiàn)場操作箱、4B板厚調(diào)節(jié)操作箱、1A1上接紙操作箱、1A2下接紙操作箱、及就地電機啟停按鈕盒和緊停按鈕盒。同時屬本控制系統(tǒng)但隨工藝設(shè)備附帶的電控設(shè)備有：1C3皮帶秤控制柜，609C1上糾偏操作箱，609C2下糾偏控制箱，CH2~4收塵控制箱等。 　　石膏板配料分為干料、濕料兩部分。干料配料控制部分主要是建筑石膏粉、添加劑、淀粉、促凝劑、發(fā)泡劑以及水和紙漿混合液的給定控制和自動調(diào)節(jié)，配料量與成型速度成比例，其配比保持不變。建筑石膏粉的給料控制是由螺旋閘板、葉輪給料機、螺旋輸送機、斗式提升機、計量皮帶秤完成的。配料系統(tǒng)啟動后，PLC按照工藝要求啟停和調(diào)節(jié)各個電機的速度，同時通過人機界面設(shè)定其給料量，PLC的模擬量輸出模塊輸出4~20mA的給定信號給計量皮帶秤，皮帶秤即按照給定信號控制給料速度，同時皮帶秤將給料的瞬時量和累計量傳送回PLC，通過通訊將它們在人機界面和上位機上顯示，使得操作人員和管理人員可以分別在線監(jiān)控，及時按照工藝要求調(diào)整給料量。添加劑、淀粉和促凝劑的給料控制基本一致，給料控制由調(diào)速螺旋輸送機、攪拌電機、葉輪給料機、斗式提升機等組成?？刂品绞脚c建筑石膏粉基本一致，只是PLC的模擬量輸出模塊輸出的4~20mA給定信號直接給調(diào)速螺旋輸送機，根據(jù)人機界面設(shè)定的配方PLC自動調(diào)節(jié)螺旋輸送機的給料速度。以上經(jīng)過配比的粉料分別進入螺旋輸送機、混合螺旋輸送機，通過輸送最后進入立式攪拌機與漿料攪拌，充分攪拌后進入下一步成型工序。 　　濕料主要有紙漿、發(fā)泡劑、水及添加劑等。其控制裝置包括水力碎漿機、碎漿螺桿機、攪拌水泵、紙漿攪拌機、紙漿螺桿泵、發(fā)泡劑上料泵、發(fā)泡劑輸送泵、發(fā)泡劑螺桿泵、硅油上料泵、硅油輸送泵等。根據(jù)人機界面設(shè)定的配比，PLC的模擬量輸出模塊輸出的4~20mA給定信號給各種漿料的計量泵控制漿料的輸出，同時PLC根據(jù)各自的流量計信號反饋，自動調(diào)節(jié)模擬量給定信號，形成閉環(huán)控制。各種粉料和漿料都有料位或液位指示反饋信號，按照工藝要求聯(lián)鎖控制各個配料工序。 　　成型控制部分主要是石膏板濕板的成型，控制設(shè)備主要由成型臺、紙卷提升裝置、上下紙的接紙臺、儲紙機、拉出裝置、張緊裝置、切紙裝置、糾偏裝置、壓痕機、邊部加熱器、立式攪拌機、振動臺等組成。正常生產(chǎn)時，儲紙機的升降輥處于上部極限位置，儲紙機內(nèi)存有一定的護面紙，拉出裝置由變頻電機驅(qū)動把護面紙從儲紙機中拉引出來，在拉出裝置的補償輥邊裝有一套拉出張力檢測系統(tǒng)，它的信號作為張力反饋來調(diào)節(jié)拉出電機的速度。當(dāng)紙卷快要用完時，進行接紙操作。接紙時，儲紙輥接紙電磁制動器將入紙輥抱住，同時接紙輥放下壓緊入紙輥將紙板夾住完成接紙。立式攪拌機由一臺主攪拌電機和兩臺硬邊攪拌電機組成，配料系統(tǒng)輸送來的混合料經(jīng)過充分攪拌從攪拌機出料口送入振動臺，經(jīng)過振動輥的高速振動使?jié){料均勻鋪開后再進入成型裝置。成型裝置由一套成型機構(gòu)、板厚調(diào)節(jié)電機、位置光電編碼器組成。正常生產(chǎn)時，成型板下落在已經(jīng)調(diào)好的板厚高度上，上下紙和漿料從成型臺中通過，石膏板濕板成型完成。板厚是通過現(xiàn)場操作箱上的按鈕來調(diào)節(jié)，箱上裝有厚度顯示表來顯示成型板左右兩邊的產(chǎn)品厚度，操作工可手動調(diào)節(jié)。 　　主線是由兩臺凝固皮帶和一段輸送輥道組成，這三臺設(shè)備需要線速度同步?？紤]到伺服驅(qū)動成本太高，生產(chǎn)線控制精度要求也不是非?？量蹋圆捎媒涣髯冾l驅(qū)動裝置閉環(huán)控制。PLC經(jīng)過PID運算得出每臺設(shè)備的給定值，然后通過Devicenet通訊將速度給定以數(shù)字量的型式傳送給每臺變頻器，實現(xiàn)速度的同步控制。 2.切斷與干燥工段： 　　本工段主要包括切斷、橫向輸送、入窯和干燥窯四部分的控制?？刂葡到y(tǒng)由PLC、HMI、變頻器和伺服控制器組成。PLC系統(tǒng)由一套SLC5/05主機架及兩套擴展機架組成，PLC與變頻器和伺服控制器之間通過現(xiàn)場總線Devicenet通訊，PLC與HMI和上位機之間通過工業(yè)以太網(wǎng)進行通訊。本控制裝置由九個控制柜，一個現(xiàn)場操作臺，一個現(xiàn)場操作箱及一些就地按鈕盒組成，即2C1橫向及儀表控制柜、2C2翻板控制柜、2C3入窯控制柜、2C4~2C6風(fēng)機控制柜、2C7主傳動控制柜、2C8油泵控制柜、2C9切斷控制柜、2T現(xiàn)場操作臺、2A切斷現(xiàn)場操作箱及就地電機啟停按鈕盒和緊停按鈕盒。 　　切斷控制部分完成石膏板濕板經(jīng)初凝后的板長切斷，切斷控制柜根據(jù)2T操作臺上的HMI設(shè)置的切斷長度，自動完成石膏板的連續(xù)切割，精度要求正負1mm。控制裝置包括裝有上下切割轉(zhuǎn)轂的切斷機、交流伺服驅(qū)動裝置、單獨控制切斷的PLC、測長測速編碼器、角位移光電編碼器等。伺服驅(qū)動裝置采用內(nèi)置電子凸輪的控制器，可實現(xiàn)復(fù)雜輪廓曲線的加工。但考慮到其只能同時編程有限條凸輪曲線，不能完全實現(xiàn)任意切割長度的工藝要求，所以將它作為精確的速度內(nèi)環(huán)控制，整個切斷的控制算法由單獨的PLC完成。這樣由測長測速編碼器、角位移光電編碼器構(gòu)成的位置控制外環(huán)，和由伺服控制器構(gòu)成的速度控制內(nèi)環(huán)就完全可以達到工藝精度要求，當(dāng)然主線的速度波動要控制在一定的范圍之內(nèi)，這牽涉到控制系統(tǒng)魯棒性的問題。同時切斷控制柜還要完成一些手動干預(yù)的操作，比如手動剪切、手動回零、采樣剪切及與進板輥道控制的一些聯(lián)鎖控制要求。 　　橫向輸送控制部分主要完成切斷后的石膏板加速、進板、翻板、橫向輸送和出板的控制。首先，由于主線的速度非?？欤袛嗪蟮氖喟灞仨毎凑展に嚬?jié)拍成組地經(jīng)加速輥道輸送到進板輥道。加速輥道上的石膏板塊數(shù)在未達到板組數(shù)時，加速輥道變頻電機通過通訊按照配料與成型工段傳輸過來的主線速度同步運行，在達到板組數(shù)后加速到高速狀態(tài)，與進板輥道保持同步。等到當(dāng)前板組的最后一塊石膏板完全進入進板輥道后，加速輥道重新切換至與主線同步，開始新的一次板組循環(huán)。進板輥道載有一組石膏板后，在指定位置制動停車，進板輥道的輥架下落，由第一條輸送皮帶將石膏板橫向拉出，然后進板輥道的輥架上升、輥道加速到高速，等待下一組石膏板的到來；同時翻板機構(gòu)將石膏板從第一條橫向輸送皮帶翻轉(zhuǎn)到第二條橫向輸送皮帶上，第二條皮帶再將石膏板輸送到指定位置抱閘停車，等待下一個板組的到來。當(dāng)下一組石膏板經(jīng)翻轉(zhuǎn)也在第二條皮帶上后，第二、三條橫向輸送皮帶同時動作，將兩組石膏板同時送入出板輥道，接著出板輥道輥架抬起，輥道加速至高速，經(jīng)靠攏輥道將兩組石膏板整齊地送入入窯部分，至此橫向輸送控制完成。 　　入窯部分是將成組的石膏板按照預(yù)定的順序送入干燥窯?？刂蒲b置由分配橋升降電機、分配橋輸送電機、干燥窯各層的輸送電機組成。首先分配橋升降電機停在預(yù)定的層上，當(dāng)石膏板經(jīng)分配橋輸送電機進入干燥窯時，對應(yīng)層的輸送電機啟動，將石膏板輸送到恰當(dāng)位置后停車，隨后石膏板就由干燥窯主傳動電機帶動緩緩進入干燥窯；同時分配橋升降電機由軸后的絕對值編碼器定位，精確停止于下一待進板的層上。 　　干燥窯共分三個區(qū)，每個區(qū)均通過導(dǎo)熱油經(jīng)熱交換器加熱循環(huán)空氣，再通過循環(huán)空氣在干燥窯內(nèi)蒸發(fā)石膏板中的水分。在溫度控制方面，用PLC取代了傳統(tǒng)的儀表控制，干燥窯每個區(qū)的循環(huán)空氣入口和出口溫度的測量值送到PLC，每個區(qū)的濕度測量值也送到PLC，經(jīng)過一定的算法PLC控制各自的導(dǎo)熱油調(diào)節(jié)閥，以滿足每個區(qū)工藝參數(shù)要求。同時通過2T操作臺上的HMI，可以非常方便的集中修正各個調(diào)節(jié)閥的PID參數(shù)、手自動運行和手操器的動作。干燥窯主傳動電機的速度是根據(jù)生產(chǎn)線主線速度和干燥窯每個區(qū)的實際工藝運行參數(shù)自動調(diào)節(jié)的。另外由于每臺風(fēng)機電機的功率都非常大，所以均采用軟啟動器控制啟停。 　　 　　3.成品輸送工段： 　　本工段主要包括出窯、成品輸送和堆垛三部分的控制，控制系統(tǒng)由PLC、HMI、變頻器組成。PLC系統(tǒng)由一套SLC5/05主機架及兩套擴展機架組成，PLC與HMI和上位機之間通過工業(yè)以太網(wǎng)進行通訊。本控制裝置由兩個控制柜，一個現(xiàn)場操作臺，三個現(xiàn)場操作箱及一些就地按鈕盒組成。即3C1出窯控制柜、3C2輸送和堆垛控制柜、3T現(xiàn)場操作臺、3A1橫向機行走機構(gòu)操作箱、3A2切邊操作箱、3A3堆垛操作箱及就地電機啟停按鈕盒和緊停按鈕盒。 　　出窯部分控制烘干后的石膏板從干燥窯輸出的順序，控制裝置由各出板層的輸送電機、出窯擋板、電磁離合器及若干輸送皮帶組成。出窯部分主要控制要求是先到先出的原則，所以在PLC中要實現(xiàn)一個帶使能控制的具有動態(tài)存儲功能的先到先出FIFO隊列，這樣就可以用現(xiàn)場緊停按鈕來實現(xiàn)使能控制，當(dāng)出窯部分之后的設(shè)備發(fā)生短暫故障時，通過緊停也能保障FIFO隊列的順利運行，為故障的排除贏得寶貴的時間。 　　成品輸送部分由橫向機、儲存輥道、合片機和切邊機組成。干燥窯的每層出板總是左右兩塊板一起輸出，石膏板經(jīng)出窯段和中間過渡的輸送皮帶進入橫向機。經(jīng)過橫向機擋板的控制，石膏板橫向輸送，進入儲存輥道。儲存輥道的作用是控制石膏板進入合片機的節(jié)拍，當(dāng)兩片石膏板同時進入合片機后進行合片操作，目的是將兩片石膏板重疊后同時送入切邊機切邊，最后將兩片成品石膏板推入成品輥道。 　　堆垛部分由左右兩個堆垛臺組成。切邊后的成品石膏板可以分別進入左右兩個成品輥道，石膏板進入成品輥道后由推板裝置將其推入堆垛臺，縱向和橫向?qū)?zhǔn)電磁閥將堆垛臺上的石膏板前后對齊，然后堆垛臺自動下降一定的高度等待下一次堆垛。當(dāng)堆垛臺上的石膏板達到預(yù)設(shè)的數(shù)量時，程序自動將其后的石膏板送入另一臺堆垛機，而當(dāng)前堆垛臺聲光報警，等待叉車將石膏板運走，然后堆垛臺上升至合適高度準(zhǔn)備重新投入堆垛。至此已經(jīng)完成從石膏粉原料到成品石膏板的整個生產(chǎn)過程。 　　 　　4．上位機部分： 　　上位機部分選用RS VIEW作為監(jiān)控軟件平臺，對整個生產(chǎn)流程進行監(jiān)控。RS VIEW是Rockwell公司推出的一種開放式軟件，以Windows操作系統(tǒng)為平臺，具有流程圖繪制、報警計錄、報表打印、趨勢曲線等多種功能，并支持第三方制造商的通訊協(xié)議。上位監(jiān)控軟件的設(shè)計與構(gòu)成：用戶登陸與管理；主控畫面和各個工段畫面，其中包括各個工序的動畫顯示、參數(shù)設(shè)定；故障報警匯總；實時數(shù)據(jù)曲線等。 　　上位機監(jiān)控系統(tǒng)投入運行后，生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝和設(shè)備運行狀況一目了然，監(jiān)控效果非常良好。操作人員不僅能很方便的觀察和掌握生產(chǎn)線運行情況，還可以根據(jù)生產(chǎn)情況及時快捷地修改工藝參數(shù)，使生產(chǎn)調(diào)控變得輕松自如。設(shè)備維護人員還可以借助歷史趨勢曲線的調(diào)看，分析和查找設(shè)備故障原因、快速排除故障，提高設(shè)備的運營率。整個監(jiān)控系統(tǒng)使生產(chǎn)過程集中顯示于操作者及管理者面前，極大地提高了調(diào)度和決策效率，有力地促進了企業(yè)的生產(chǎn)管理水平。 三、總結(jié) 　　以上介紹的電控技術(shù),經(jīng)過了幾條生產(chǎn)線的檢驗,我國自行設(shè)計開發(fā)的首條年產(chǎn)3000萬m2紙面石膏板生產(chǎn)線于2004年底在山東棗莊成功投入運行，之后同樣規(guī)模的生產(chǎn)線又將在泰安、常州、寧波等地陸續(xù)投產(chǎn)。該生產(chǎn)線總體裝備和控制水平已接近或達到當(dāng)前的國際先進水平，為推動我國紙面石膏板行業(yè)的發(fā)展，促進生產(chǎn)技術(shù)向規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化、自動化方向發(fā)展作出了杰出貢獻。