华宇烘房自动化

1、先进烘房自动化系统南 京 理 工 大 学 联合研制江苏华宇印涂设备集团有限公司 2004年10月汇报内容n印铁烘房系统简介n改造前主要存在的问题n烘房自动化系统设计n调试结果印铁烘房系统简介主要用途： 印铁烘房主要用于包装工业，如饮料的铁皮罐、油漆桶等包装铁皮的印刷烘干处理。印铁机将铁皮印刷上彩色图案后，铁皮被送入烘房进行烘干，然后再经过后续的制罐工艺加工成包装罐。烘房主要结构： 烘房的前部是传送带，印刷后的铁皮经过传送带进入烘房。烘房利用链条和花铁架传送铁皮，依次经过加热区、恒温区1、恒温区2、冷却区和卸料区，整个烘房长度约30-50米不等。烘房生产能力： 烘房能加工的铁皮规格：最小为712

2、*432mm，最大为1143*965mm，金属薄板厚度0.20-0.50mm，最高工作温度225摄氏度，最大生产能力100张/分钟。烘房全景图主要存在问题主要存在问题分析主要存在问题分析主要存在问题分析先进烘房自动化系统总体设计先先 进进 烘烘 房房 自自 动动 化化 系系 统统历历 史史数数 据据 库库触触 摸摸 屏屏 T T P P C C 1 1 0 0 5 5 - -T T D D 3 3 3 3R R S S 4 4 8 8 5 5 接接 口口P P L L C C 1 1P P L L C C 2 2变变 频频器器 1 1变变 频频器器 2 2变变 频频器器 3 3R R S S

3、4 4 8 8 5 5 总总 线线印印铁铁机机烘烘房房同同步步控控制制烘烘房房温温度度控控制制生生产产线线前前部部逻逻辑辑控控制制生生产产线线后后部部逻逻辑辑控控制制前前传传动动电电机机控控制制后后传传动动电电机机控控制制升升降降电电机机控控制制烘 房 生 产 线烘烘房房生生产产线线底底层层控控制制烘房的总体控制结构 先进烘房自动化系统总体功能1、 电机转速采集： 旋转编码器信号进入PLC高速计数器2、 风机转速采集： 接近开关信号进入PLC高速计数器3、 烘房温度采集： Pt100热电阻信号进入PLC模拟量输入模块4、 开关量信号采集： 开关信号进入PLC数字量输入端1、 生产过程控制： 根

4、据用户的开关动作，PLC执行逻辑运算，输出继电器开关动作，控制生产过程。2、 同步控制： 通过采集印铁电机与前传动电机的转速和累计转过的角度，调整变频器的输出值，控制前传动电机的转速以实现烘房与印铁机的速度、位置同步。3、 温度控制： 通过采集各个加热区的实时温度，与设定工艺温度进行比较，根据误差来对燃烧炉比例阀进行控制，以实现对温度的实时控制。先进烘房自动化系统总体功能报警类型： 根据实际需要，对生产实时数据设定合理的变化范围，若该数据的值超出该范围则应产生报警。一般有下限报警、上限报警、上偏差报警与下偏差报警等。本系统的报警功能： 1、 温度上下限报警2、 同步误差上下限报警3、 风机转速

5、下限报警先进烘房自动化系统总体功能历史数据报表项： 1、 加热区、恒温区1、恒温区2温度值2、 印铁速度3、 生产时间1、 同步误差报警类型、报警值、报警限值2、 各个加热区的温度报警类型、报警值、报警限值3、 风机转速报警类型、报警值、报警限值4、 报警产生时间报警数据报表项： 先进烘房自动化系统总体功能先进烘房自动化系统软硬件选型1、 MCGS嵌入版组态软件及运行软件2、 开发系统平台Windows 20003、 运行系统平台Windows CE.net同步控制原理印印铁铁电电机机轴轴后后传传动动电电机机PLC1旋旋转转编编码码器器旋旋转转编编码码器器变变频频器器1 1变变频频器器2 2高

6、高速速计计数数高高速速计计数数速速度度给给定定变变频频调调速速变变频频调调速速4 4- -2 20 0m mA A速速度度给给定定前前传传动动电电机机接接近近开开关关接接近近开开关关速速度度检检测测速速度度检检测测定定位位检检测测定定位位检检测测触触发发信信号号触触发发信信号号同步控制原理图同步控制算法设计 根据印铁机与烘房前部的安装距离，通过试验调节接近开关在检测轴圆周上的安装位置。 印铁电机启动后，当主接近开关过定位点，第一次有触发信号后开启高速计数器1；前传动电机初始状态是以一定的转速（单开速度）运转，当从接近开关也过定位点后，启动同步控制中断子程序。 同步控制算法设计 中断控制采用了P

7、LC系统时钟的定时中断，中断触发时间间隔为10ms。在中断子程序的开始，读取印铁电机轴的旋转编码器输出(高速计数器1，采用AB相接入方式，工作模式9)以及前传动轴的旋转编码器输出(高速计数器4，采用AB相接入方式，工作模式9)。高速计数器1、4的计数值一直累加，因此计数器当前值直接对应了被检测轴相对于第一次过定位点后的转过的位置，由于两个连续中断之间的时间间隔为10ms, 则两个连续中断周期之间的计数器输出值之差反映了被检测轴的转速。同步控制算法设计 对前传动轴的10个连续中断周期的转速（高速计数器相邻周期输出值的差值）求平均，将平均值作为印铁电机转速的参考值，这样避免了参考值的剧烈波动。然后

8、将该参考值乘上一个传动比后再换算成模拟量输出值作为前传动电机的转速的参考基准值，然后计算高速计数器1和高速计数器4的差值，该差值即为同步误差，根据同步误差的大小和正负来对前传动电机的速度进行调整。 同步控制算法设计 前传动电机轴转速/印铁电机轴转速=7.5/3=2.5, 前传动电机速度范围0，750转/分=0，0.125转/10ms，每转对应的编码器输出为2400码，则电机速度范围为0，300码/10ms，而变频器的模拟量输入范围为0，32000，所以参考基准值=印铁电机速度平均值*2.5*32000/300。 调整值的增量范围是由变频器的上升（下降）时间所决定的。变频器的上升（下降）时间取决

9、于变频器的驱动能力，上升（下降）时间越短，则要求变频器提供的加（减）速度越大，驱动（制动）扭矩越大，而同时也有可能会使生产线的速度波动太大。根据实际应用经验，将变频器的上升、下降时间均设置成1s，则速度斜率范围0，50Hz/s=0，0.5Hz/10ms，对应于变频器的输出为0，320/10ms。因此，在理想情况下（印铁机速度保持稳定速度），输出到变频器的速度改变值最大也只能达到320，不能因为同步误差大而不切实际地增大变频器给定值的调整幅度。同步控制算法设计同步误差范围前传动电机转速调整后的输出值误差 60参考基准值 + 32040 误差 60参考基准值 + 28020 误差 40参考基准值

10、+ 18010 误差 20参考基准值 + 80-10 误差 10参考基准值-20 误差 -10参考基准值-80-40 误差 -20参考基准值-180-60 误差 -40参考基准值-280误差 20时，见图2中的区，下部分的区温度曲线出现在开始升温过程中，在实际过程中温度曲线不会出现在上部分的区：此时温度误差大于20度，标准化后的误差大于0.067，在此区应该将比例阀开到最大，以实现烘房的快速升温过程，缩短生产准备时间。在启动PID算法之前，积分前项被赋予了的初始值16000/32767（比例阀开口度范围为0，32767）。由0.067P+16000/32767=1可设置比例系数，积分时间使得阀

11、门达到全开状态。 当3|T-SP|20时，见图2中的区，此时温度误差大于3度，标准化后的误差大于0.01，比例项的输出大于327.67P，为了保证温度首次升温过程中比例阀的开口度能够从最大值开始逐渐减小到某一定值，根据经验将该值设定为20000，由327.67P+16000=20000可设置P=12，积分时间为无穷大，使得阀门开口度逐渐减小到20000。温度控制算法设计 当0|T-SP|3时，见图2中的区，则分以下情况分别处理：当温度T向上穿越SP-3线，置积分前项MX=MX0，其中MX0为温度过SP-3线时的积分前项值，其初始值为16000/32767，启动积分，设置积分比例系数P=10，积

12、分时间为8分钟；当温度T向上穿越SP线，若此时下穿SP-3标志位M1有效（第一次升温时设定有效），表明前次的积分效应太大，改变积分前项值MX=(MX+MX0)/2，然后置标志位M1无效；当温度T向上穿越SP+3线，置MX1=MX，其中MX1为温度向上过SP+3线时的积分前项值， 在下次温度进入SP-3,SP+3区间时作为积分初始值，关闭积分作用，即令积分时间为无穷大，并且置温度上穿SP+3标志位M2有效；当温度向下穿越SP+3线，置MX=MX1，启动积分作用，设置积分比例系数P=10 ，积分时间为8分钟；当温度向下穿越SP线，若此时上穿SP+3标志位M2有效，表明前次的积分效应太大，改变积分初始值MX=(MX+MX1)/2 ，然后置标志位M2无效；当温度向下穿越SP-3线，置MX0=MX，关闭积分作用，即令积分时间为无穷大，且置温度下穿SP-3标志位M1有效。触摸屏软件组态生产线主控窗口 触摸屏软件组态电机状态监控窗口 触摸屏软件组态用户管理窗口 触摸屏软件组态生产安全页面1 触摸屏软件组态生产安全页面2