PLC组成的马蹄型玻璃窑炉燃烧换向控制系统

工作原理，使得控制条理清楚，接线简单明了。用软件代替传统的继电控制，减少了设计上的困难，减少了系统的故障。提高了自动化水平。

关键词：马蹄型玻璃窑炉 PLC 控制 燃烧换向

一、引言

马蹄型玻璃窑炉是目前比较流行的玻璃生产熔化池窑之一，它广泛地应用在高硼硅玻璃制品生产线上，其产品有：太阳能热水器集热管、人造水晶等。由于其熔化池温度达到1600℃，空间温度要求均匀分布稳定；因此燃烧方式不是传统的比例控制燃烧，而是东西方向（假设玻璃炉前部朝正南方向）燃烧喷嘴循环交替点火燃烧。因为燃烧换向控制工艺上要求必须定时可靠地进行，所以本方案采用PLC（可編程控制器）作为换向过程的控制器，不仅能取代以前繁琐的继电控制线路，简化系统，且使换向过程可靠性大大提高，同时还减轻了生产工人的劳动强度。

二、燃烧换向的工艺流程及控制要求

1、工艺流程

马蹄型玻璃窑炉燃烧系统由天然气供给管路、空气供给管路、换向电机、烟道换向闸门等多部分构成，天然气在主管道通过了由热电偶、PID调节器、电动调节阀组成的大炉恒温燃烧单回路控制系统进行流量的自动调节后，经过慢开阀，分为东西向两条支管道。空气则由主管道直接分为东西向两条支管道。东向天然气支管道由一个电磁阀控制导通，东向空气支管道由另一个电磁阀控制导通，两个支管道一起进入混合器输送给喷嘴构成东向燃烧回路。西向燃烧回路与东向燃烧回路组成结构完全相同。假设从东向燃烧回路换向到西向燃烧回路，首先关闭天然气慢开阀，然后关闭东向天然气支管道的电磁阀，然后再关闭东向空气支管道的电磁阀；关闭东向烟道闸门同时打开西向烟道闸门，闸门换向到位后，打开西向空气支管道的电磁阀，再打开西向天然气支管道的电磁阀，最后打开天然气主管道上的慢开阀。这时，由于大炉空间的温度也在1500℃以上，因此西向燃烧喷嘴会自动点火，至此整个换向过程完成，火焰转换到了西向，大炉恒温燃烧单回路控制系统又重新根据检测和设定的温度偏差值进行调节控制，使温度达到规定值。从西向燃烧回路换向到东向燃烧回路，其工艺控制过程和前述过程相反。

工艺控制组成如图1所示。

2、控制要求

（1）、换向过程要定时自动完成，过程各阶段有声光提示；换向时间能够进行人工设定。

（2）、换向要有手/自动切换，根据工艺需要随时进行人工换向。

（3）、闸门到位要有安全可靠的检测信号。

（4）、换向电机能够安全可逆运行。

三、控制系统的构成

马蹄型玻璃窑炉燃烧系统有一套严格的工艺程序，除燃烧换向控制外，还有天然气、空气稳压控制，窑压控制，玻璃液位控制，料道燃烧控制等众多控制环节。今就燃烧换向控制而言，如果采用常规的继电控制，那么就需要大量的中间继电器进行过度，系统不但复杂、繁琐，可靠性也相应降低。采用PLC不仅能有效地解决上述问题，而且系统的可靠性、可操作性都得到了很大的提高。

1、控制系统的硬件构成

控制系统由PLC、手动操作器件、换向电机控制继电器、蜂鸣器、指示灯等组成，其组成框图如图2所示。

控制系统的核心部件PLC选用三菱公司的FX系列可编程控制器。该控制器具有高性能的CPU，指令资源丰富，可以在上位机编程后下载到PLC。主控单元I/O总点数有32点，能满足工艺控制的要求。该PLC的程序容量为5K步，具有丰富的逻辑运算、算术运算、定时、及分支等功能，编程方便。表1和表2分别列出了PLC的I/O地址分配。

2、闸门到位检测

为了使闸门到位检测能获得安全可靠的信号，本系统采用了两个位置行程开关常闭触点串联检测的方法。当闸门底部的撞锤撞击分别安装在撞锤行程末端两侧的 行程开关滑头时，只要有一个行程开关的触点动作，PLC输入地址X5或X6的电位就发生变化，输入继电器动作。这样可使检测信号接收的成功率大大提高，从而减少虚假信号对控制程序执行的影响。接线如图3所示。

3、换向电机的控制

本系统采用的换向电机为交流三相异步鼠笼式电动机，额定功率0.75KW。由于电动机功率较小，因此可采用直接启动的方式进行控制。电动机转动是可逆的，当电动机正转时，东向闸门打开同时西向闸门关闭，电动机反转时，过程相反。为了使电动机安全可逆运行，需要对控制电动机转动的交流接触器进行互锁控制。本系统采用了两种互锁措施：一是选用机械互锁元件、二是在编程时调用PLC内部软中间继电器设置互锁程序。通过以上方式，使换向电机能够安全可逆运行，完全杜绝了发生相间短路事故的可能性。

三、控制系统软件

控制系统软件编制分为三部分，由主程序和两个子程序构成。主程序定义了换向时钟计时开始、手/自动换向逻辑启始、换向蜂鸣和指示驱动、闸板电机过热保护、调用子程序、换向程序结束等控制步骤。两个子程序分别定义了由西换东向燃烧、由东换西向燃烧换向过程控制步骤。图4为控制过程主程序流程图。

两个子程序编号分别为0和1，调用命令为CALL 0、CALL 1。CALL 0执行由西向燃烧换到东向燃烧的控制步骤，CALL 1功能则反之。图5以CALL 0为例示出子程序流程图。

四、抗干扰措施

在以PLC为核心的这个控制系统中，系统的抗干扰措施也是很重要的。由于本系统输入输出均为开关量信号，玻璃厂现场环境中强电设备和变频器等干扰源比较少，所以抗干扰措施比起其它的系统要简单一些。主要是选用隔离变压器或开关电源作为电源的输入，PLC的供电电源、输出用电源彼此独立，抑制高次谐波的干扰。

五、结束语

用PLC组成的本系统，控制条理清楚，接线简单明了。用软件代替传统的继电控制，减少了设计上的困难，减少了系统的故障。模块化程序设计，便于调试。编程图形化，使之一目了然。实际运行中，以上的优点得到了体现，工厂的自动化水平、生产连续可靠性、产品质量都达到新水平。

参考文献：

《工业自动化仪表手册》 机械工业出版社（15033.5832）总编 王良楣

《电气工程师手册》 机械工业出版社（2006，10，1）总编 王建华

《FX2N系列PLC使用手册（中文版）》 三菱机电有限公司

《FX2N系列PLC编程手册（中文版）》 三菱机电有限公司

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