石膏板高精度控溫系統(tǒng)的開發(fā)

楊小東，趙瑜伯，楊天博

（1.北新集團建材股份有限公司，北京 100045；2.北京機械工業(yè)自動化研究所 自控中心，北京 100120）

石膏板高精度控溫系統(tǒng)的開發(fā)

楊小東1，趙瑜伯2，楊天博2

（1.北新集團建材股份有限公司，北京 100045；2.北京機械工業(yè)自動化研究所 自控中心，北京 100120）

通過對傳統(tǒng)石膏板控溫系統(tǒng)的缺點分析，闡述了石膏板高精度控溫系統(tǒng)開發(fā)的必要性。同時對該系統(tǒng)中的信號檢測，運算處理和顯示輸出這三部分進行了詳實分析。

控溫系統(tǒng)；信號檢測；運算處理；顯示輸出

0　引言

石膏板控溫系統(tǒng)是石膏板生產(chǎn)線的最重要工序之一，其作用是通過完全封閉的干燥機對石膏板生產(chǎn)線上潮濕的紙面石膏板進行烘干，最終制造出符合工藝要求的合格產(chǎn)品。從控制原理上講，石膏板生產(chǎn)線的控溫系統(tǒng)是對干燥機各區(qū)的循環(huán)空氣入口、出口的溫度和濕度的調(diào)節(jié)與控制-即根據(jù)設定溫度與采集溫度的偏差，通過PID控制調(diào)節(jié)閘板的開度來調(diào)節(jié)熱空氣和冷空氣的量，最終達到調(diào)節(jié)、控制干燥機各區(qū)的循環(huán)空氣入口、出口及其他某一位置的溫度和濕度的目的。傳統(tǒng)石膏板生產(chǎn)線均采用以上介紹的干燥機控溫系統(tǒng)，但干燥機中的濕板數(shù)量也會對熱負荷產(chǎn)生明顯的影響，熱源供給如不根據(jù)熱負荷的大小實時調(diào)整，就會導致干燥機溫度的波動，這會導致板材成品質(zhì)量的下降，出現(xiàn)濕板等問題。

1　系統(tǒng)介紹

針對傳統(tǒng)干燥機控溫系統(tǒng)的缺點，我們研制和開發(fā)了石膏板高精度控溫系統(tǒng)。本系統(tǒng)對具體系統(tǒng)控制進行了如下深入研究：首創(chuàng)了隊首隊尾檢測判斷技術(shù)，實現(xiàn)了干燥機內(nèi)部石膏板隊列隊首隊尾的判斷，從而獲得了濕板隊列的主要信息；首次運用計算機科學中的“隊列（Queue）”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，設計獲得了石膏板序列的全部信息。該部分研究成功解決了干燥機內(nèi)部濕板分布的問題，進一步提高了干燥機的控溫精度，提高了板材的質(zhì)量。

2　系統(tǒng)難點分析

石膏板高精度控溫系統(tǒng)主要包括以下三部分：信號檢測、運算處理和顯示輸出。下面對這三部分進行難點分析。

1）信號檢測：利用了成熟的光電檢測和電磁感應檢測技術(shù)，將石膏板隊列的進板信號及輥子旋轉(zhuǎn)信號傳至PLC。要得到石膏板的位置信息，首先必知是否有板進入，為此在分配橋上安裝了光電開關(guān)，石膏板進入干燥機經(jīng)過分配橋時，光電開關(guān)會輸出一個開關(guān)信號給PLC。因為我們關(guān)注的是整個干燥機內(nèi)各區(qū)石膏板的分布情況，而不是某一張板的具體位置，所以如果把一張張依次進入干燥機的石膏板看成一個隊列，那么我們只需要知道隊列的隊首和隊尾的位置，這也就確定了這整隊石膏板的位置。

知道了是否有石膏板進入后，還需知道已進入的石膏板向前行進了多遠的距離，在干燥機主傳動輥道的鏈輪上，安裝一個接近開關(guān)，輥道每轉(zhuǎn)一圈，接近開關(guān)發(fā)出一個信號，PLC記錄下接近開關(guān)信號的個數(shù)n，再乘以輥道的周長c，就得到距離s，即s=c.n。系統(tǒng)的安裝示意圖如圖1所示。

2）運算處理

信號檢測部分將檢測到的信號傳送至PLC后，由PLC對采集到的信號進行處理，主要完成以下工作：隊首隊尾判斷、行進距離計算、進行移位操作和異常情況處理等。

當?shù)谝唤M石膏板通過分配橋時，分配橋光電開關(guān)輸出一個脈沖信號，激活進板顯示程序，系統(tǒng)開始工作。這時系統(tǒng)認為石膏板隊列的隊首到來，開始對輥道轉(zhuǎn)過的圈數(shù)n計數(shù)，并將結(jié)果存儲到計數(shù)器C5：1中。經(jīng)現(xiàn)場測量，輥道的周長c=0.288米，那么第一組石膏板的行進距離s=c.n=0.288n。為了方便崗位操作人員快速辨別石膏板的位置，將干燥機分成75個小單元，每個單元從前往后進行編號，編為1～75號，這恰好與干燥機的門一一對應。第一組石膏板也就是隊首在行進過程中的位置即所在門序號為m=s/2=0.288n/2，每向前行進2米，門的序號就會加1。

圖1　系統(tǒng)安裝示意圖

隊尾的判斷：若分配橋一直有板經(jīng)過，每次進板光電開關(guān)都會發(fā)出一個脈沖信號，隊列不斷加長，系統(tǒng)會認為隊尾沒有到來；若一控斷紙或二控放廢等原因?qū)е路峙錁虿辉龠M板，則光電開關(guān)在不進板的這段時間內(nèi)一直都不會發(fā)出信號，此時系統(tǒng)會認為隊尾到來，正常生產(chǎn)時某一層兩次進板間隔時間約為110秒，那么如果兩次進板時間大于110秒，這一層的石膏板隊列就會中斷，即隊列的隊尾到來。在實際生產(chǎn)中，經(jīng)過調(diào)試，這一時間設為120秒比較合適，間隔120秒以上不進板，系統(tǒng)認為隊尾到來。

隊首隊尾判斷出來后，采用移位操作來實時表示隊列的向前移動。隊列是一種特殊的線性表，隊列中沒有元素時，稱為空隊列。在隊列這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，最先插入的元素將是最先被刪除的元素；反之最后插入的元素將最后被刪除的元素，因此隊列又稱為“先進先出”（FIFO—first in first out）的線性表。并通過PLC的移位指令實現(xiàn)隊列的功能，如圖2所示。

圖2　隊列結(jié)構(gòu)

在程序中，用75個二進制數(shù)組成的數(shù)據(jù)隊列來表示干燥機的75個門，每個單元中用“1”表示有板，用“0”表示無板。開始進板后，系統(tǒng)將“1”移進數(shù)據(jù)隊列，表示1號門有板，根據(jù)測量得到的實際距離換算成門序號，石膏板每走過一個門的距離，系統(tǒng)就會實時地將“1”或“0”移進數(shù)據(jù)隊列，原有數(shù)據(jù)全部向前移動一位，這樣來表示石膏板隊列向前行進了一個門。具體移位過程是：用C5：1中的輥道旋轉(zhuǎn)圈數(shù)n乘以輥道周長c得到距離s，再除以2得到隊首所到的門序號m，將這個值與計數(shù)器C5：0中的移位計數(shù)緩存進行比較，前者減去后者若結(jié)果大于等于1，說明從上次移位之后石膏板又前進了一個門，執(zhí)行一次移位操作，將數(shù)據(jù)隊列前移一位，同時移位計數(shù)緩存加1，等到石膏板再走過一個門時進行下一次移位操作。各個計數(shù)器的累加值達到預置值后會清零，但不會清空數(shù)據(jù)隊列，計數(shù)器的預置值是根據(jù)干燥機總長度和門個數(shù)設定的。

圖3　石膏板高精度控溫系統(tǒng)圖

本系統(tǒng)設計了異常處理程序，主要針對干燥機緊急

【】【】停止、堵板的異常情況的處理。并設計體育手動清零功能，在干燥機堵板時通過手動清零來清除數(shù)據(jù)隊列的數(shù)據(jù)，清零后干燥機重新運轉(zhuǎn)時系統(tǒng)可重新投入工作。

圖4　石膏板高精度控溫系統(tǒng)統(tǒng)軟件流程圖

3）顯示輸出

顯示部分的工作主要在上位機畫面上完成。利用RSviewSE組態(tài)軟件，將干燥機各區(qū)各個門的示意圖畫在畫面上，用75個小矩形代表干燥機的75個門，用不同顏色來表示有板還是無板，綠色表示有板，紅色表示無板。

該系統(tǒng)運用計算機科學中的“隊列”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、首創(chuàng)的隊首隊尾檢測判斷技術(shù)，通過信號檢測、運算處理和上位顯示等環(huán)節(jié)將干燥機進板情況及內(nèi)部石膏板分布情況實時顯示在上位機畫面上，便于熱力車間對干燥機進行精確的溫度控制。

3　結(jié)束語

石膏板高精度控溫系統(tǒng)具有“更穩(wěn)定的溫控”效果以及“減少能耗、降低污染、提高產(chǎn)品品質(zhì)”等特點，為使石膏板成為更節(jié)能、更環(huán)保的行業(yè)做出了重要的貢獻。

[1] 向才旺,建筑石膏及其制品[M].北京：中國建材工業(yè)出版社,1998：368-370.

The exploitation of high precision temperature control system for plasterboard production

YANG Xiao-dong1, ZHAO Yu-bo2, YANG Tian-bo2

TQ177

A

1009-0134(2016)07-0080-03

2015-12-06

楊小東（1976 -），男，內(nèi)蒙古人，高級工程師，本科，主要從事電氣工程設計、調(diào)試及集成工作。