1 行業(yè)介紹

智能溫控疏水系統(tǒng)主要是應(yīng)用于瓦楞生產(chǎn)線，在冷定型瓦線技術(shù)瓶頸得到徹底攻克從而實(shí)現(xiàn)普及運(yùn)用之前，蒸汽會(huì)是紙箱生產(chǎn)中的不可或缺的技術(shù)手段。目前如何控制蒸汽加熱，怎樣降低耗用，大家基本上都是從設(shè)備蒸汽管道設(shè)計(jì)，加熱部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面入手。該套系統(tǒng)相比之前的疏水系統(tǒng)更加智能，能準(zhǔn)確控制管道的壓力大小，保證蒸汽的不浪費(fèi)，還能對蒸汽進(jìn)行二次利用，大大減少了蒸汽的消耗。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1方案背景

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,對瓦楞紙箱的需求也日益增加，目前我國瓦楞紙箱的產(chǎn)量位居世界第二，目前在冷定型瓦線技術(shù)瓶頸得到徹底攻克從而實(shí)現(xiàn)普及運(yùn)用之前，蒸汽會(huì)是紙箱生產(chǎn)中的不可或缺的，原先的溫控疏水系統(tǒng)只能對蒸汽進(jìn)行開關(guān)的控制，直接利用出水閥進(jìn)行疏水，對蒸汽的利用率低，導(dǎo)致了蒸汽的浪費(fèi)，增加了成本。根據(jù)老系統(tǒng)蒸汽利用率低下的確定，該系統(tǒng)進(jìn)行了改善，能對蒸汽進(jìn)行多次利用，是蒸汽利用率達(dá)到最大化，能大大降低用戶的成本，除了降低成本之外，該系統(tǒng)還能對設(shè)備的溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，使生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量得到了大范圍的提升，加快了生產(chǎn)速度。

智能溫控疏水系統(tǒng)能對整條瓦楞生產(chǎn)線的工作蒸汽壓力進(jìn)行穩(wěn)定的控制，根據(jù)蒸汽的壓力達(dá)到控制溫度的目的。在蒸汽加熱的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的水，如果在管道中積累了過多的水，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備溫度過低，導(dǎo)致成產(chǎn)的產(chǎn)品不合格，所以在溫控的功能上要在加上疏水的控制。

從綜合性價(jià)比分析，該系統(tǒng)采用永宏P(guān)LC控制器、威綸通HMI操作界面和SMC氣動(dòng)比例閥的綜合配置性價(jià)比較高。本文主要以永宏P(guān)LC在全智能溫控疏水系統(tǒng)上的應(yīng)用為背景，對該方案的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和實(shí)施結(jié)果（應(yīng)用效果）等方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和說明。溫控疏水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)解決方案如表1。

　　圖1智能溫控疏水系統(tǒng)

　　表1溫控疏水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)解決方案

2.2  客戶需求

根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)和工藝要求，智能疏水溫控系統(tǒng)主要是應(yīng)用于瓦楞生產(chǎn)線，系統(tǒng)能對整條瓦楞生產(chǎn)線進(jìn)行智能得控溫，并對蒸汽進(jìn)行回收利用，能對管道中的蒸汽水進(jìn)行排除，系統(tǒng)還能跟生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行連接能根據(jù)生產(chǎn)的訂單進(jìn)行溫度的控制，達(dá)到了智能控制。以此用來取代傳統(tǒng)的溫控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)高速度、高精度、高穩(wěn)定和適用性強(qiáng)的瓦楞紙生產(chǎn)。瓦楞紙產(chǎn)品如圖2。

總而言之，智能疏水溫控系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)的溫控系統(tǒng)，最大的特點(diǎn)就是對蒸汽進(jìn)行了二次利用，達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的作用，也降低了生產(chǎn)成本，在生產(chǎn)過程中智能化程度也更高，能根據(jù)訂單情況進(jìn)行溫度的控制；從而來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高速度、高精度和高穩(wěn)定性。智能溫控疏水系統(tǒng)的具體工藝及功能要求如表2。

圖2 瓦楞紙產(chǎn)品

表2 疏水溫控工藝及功能要求

表3 溫控疏水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)　

圖3 溫控疏水系統(tǒng)的實(shí)物效果圖

2.3 解決方案

根據(jù)控制及工藝要求，溫控疏水系統(tǒng)控制方案主要包括系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；其中系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括硬件（產(chǎn)品）配置、機(jī)械（設(shè)備）結(jié)構(gòu)和電氣（原理）控制等三部分；系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括流程控制、I/O配置和程序設(shè)計(jì)等三部分；溫控疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如表3；溫控疏水系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖3。

基于上述各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，溫控疏水系統(tǒng)方案架構(gòu)如圖4；本方案控制系統(tǒng)采用永宏FBs系列功能控制型PLC控制器，可以實(shí)現(xiàn)64點(diǎn)模擬量的控制；上位機(jī)采用威綸操作界面，用于進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行監(jiān)控、手動(dòng)操作調(diào)試、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和I/O點(diǎn)監(jiān)控等用戶操作；比例閥采用SMC電動(dòng)比例閥，用模擬量進(jìn)行比例閥打開比例的控制。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

溫控疏水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括三部分：硬件（產(chǎn)品）配置、機(jī)械（設(shè)備）結(jié)構(gòu)和電氣（原理）控制；其中硬件配置主要對電氣產(chǎn)品的配置進(jìn)行了闡述說明，機(jī)械結(jié)構(gòu)主要對結(jié)構(gòu)的組成和結(jié)構(gòu)的解析進(jìn)行了闡述說明，電氣控制主要對主電路控制和控制電路控制等進(jìn)行了闡述說明。溫控疏水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)圖如圖5。

3.1 硬件（產(chǎn)品）配置

溫控疏水系統(tǒng)的控制單元選用永宏FBs-60MCT2-ACPLC（主機(jī)）、4塊FBs-4A2D（I/O）模塊和FBs-CM25E（通訊）模板，同時(shí)操作單元選用威綸通10寸觸 摸屏；控制單元有6個(gè)點(diǎn)動(dòng)比例閥；執(zhí)行單元選用氣缸、排水閥、吹氣閥和繼電器等；檢測單元選用溫度傳感器和壓力傳感器等。整套配置方案能夠幫助客戶節(jié)約很多系統(tǒng)成本，提高生產(chǎn)效能。溫控疏水系統(tǒng)硬件清單如表4；溫控疏水系統(tǒng)硬件配置如圖6。

3.2 機(jī)械（設(shè)備）結(jié)構(gòu)

智能溫控疏水系統(tǒng)由2個(gè)部分組成，分別為單面機(jī)部分跟熱板部分，單面機(jī)部分主要由一個(gè)電動(dòng)比例閥跟1個(gè)汽水分離灌多個(gè)閥門跟排水閥組成，熱板部分主要由3個(gè)點(diǎn)動(dòng)比例閥，3個(gè)汽水分離罐跟多個(gè)閥門組成，通過汽水分離罐對蒸汽進(jìn)行二次利用，把水留在罐中，二次蒸汽輸送給預(yù)熱缸使用。整體（設(shè)備）結(jié)構(gòu)如圖7，整體（設(shè)備）結(jié)構(gòu)（主要控制部件）解析如圖8。

智能溫控疏水系統(tǒng)主要控制部件主要分為溫度控制部分跟管道內(nèi)積水排水部分；其中溫度控制部分主要控制瓦楞成產(chǎn)線各個(gè)機(jī)構(gòu)的蒸汽壓力，通過蒸汽壓力達(dá)到控制溫度的目的，積水排水部分主要是通過排水閥把冷凝水排出管道。智能溫控疏水系統(tǒng)控制部件如圖9。

表4 溫控疏水系統(tǒng)的硬件明細(xì)表

圖7 溫控疏水系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)圖

圖6 溫控疏水系統(tǒng)的硬件配置圖

圖8 溫控疏水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)解析圖

圖4 溫控疏水系統(tǒng)的系統(tǒng)方案架構(gòu)圖

圖5 溫控疏水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)圖

圖9 智能溫控疏水系統(tǒng)的排水部件

圖10 智能溫控疏水系統(tǒng)的溫控部件

圖11 智能溫控疏水系統(tǒng)的主電路原理接線圖

圖12 智能溫控疏水系統(tǒng)的控制電路原理PLC主機(jī)接線圖

圖13 智能溫控疏水系統(tǒng)的PLC電氣控制柜元器件實(shí)際接線圖

圖14 智能溫控疏水系統(tǒng)電氣控制柜元器件實(shí)際接線圖

圖15 智能溫控疏水系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)圖

 智能溫控疏水系統(tǒng)除了排水系統(tǒng)還有個(gè)智能溫控系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)的部件如圖10。

3.3 電氣（原理）控制

智能溫控疏水系統(tǒng)的電氣控制主要分為電氣控制柜分布圖和電氣控制原理接線圖兩部分；其中電氣控制原理接線圖又包括了主電路控制接線圖和PLC控制電路接線圖。智能溫控疏水系統(tǒng)的電氣（原理）控制的組成方式如圖11、12。

智能溫控疏水系統(tǒng)的電氣控制中的電氣控制柜分布圖主要是對PLC、電源、電動(dòng)比例閥、排水閥門和繼電器等電子元器件的布局以及分布安裝位置進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)劃。PLC的電氣控制柜實(shí)際接線圖如圖13。子控制的電氣控制柜實(shí)際接線圖如圖14。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能溫控疏水系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括三部分：流程（工藝&控制）控制、I/O點(diǎn)配置和程序設(shè)計(jì)；其中流程控制主要對工藝流程和控制流程進(jìn)行了闡述說明，I/O點(diǎn)配置主要對PLC輸入輸出點(diǎn)配置進(jìn)行了闡述說明，程序設(shè)計(jì)主要對PLC程序和HMI程序進(jìn)行了闡述說明。智能溫控疏水系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)圖如圖15。

4.1 流程控制

4.1.1 工藝流程

智能溫控疏水系統(tǒng)主要的流程就是，根據(jù)客戶設(shè)置的壓力通過點(diǎn)動(dòng)比例閥對管道進(jìn)行蒸汽壓力的控制，然后利用汽水分離罐對蒸汽進(jìn)行二次利用，把水留在罐體內(nèi)，然后把二次蒸汽輸送給預(yù)熱缸進(jìn)行二次利用，減少蒸汽的損耗，當(dāng)汽水分離罐內(nèi)的水到達(dá)排水位時(shí)，排水閥門打開跟進(jìn)氣閥門同時(shí)打開，增加罐內(nèi)壓力，增快排水速度。智能溫控疏水系統(tǒng)的工藝流程如圖16。

4.2 I/O點(diǎn)配置

4.2.1 PLCI/O點(diǎn)配置

根據(jù)智能溫控疏水系統(tǒng)的工藝流程和控制流程的具體要求，進(jìn)行了永宏P(guān)LC程序I/O點(diǎn)配置。智能溫控疏水系統(tǒng)的永宏P(guān)LC輸入點(diǎn)配置如表5，輸出點(diǎn)配置表如表6。

4.3 程序設(shè)計(jì)

4.3.1 PLC程序設(shè)計(jì)

4.3.1.1參數(shù)設(shè)置程序

在進(jìn)行智能溫控疏水系統(tǒng)的PLC整體程序設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，有些固定參數(shù)可以根據(jù)客戶提供的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，1，當(dāng)管道內(nèi)蒸汽達(dá)到7mpa是設(shè)備溫度為165℃，當(dāng)管道內(nèi)蒸汽壓力達(dá)到6mpa是管道內(nèi)溫度為155℃，當(dāng)管道內(nèi)真氣壓力為5mpa是管道內(nèi)溫度為143攝氏度，根據(jù)提供的壓力跟溫度的對應(yīng)表來進(jìn)行設(shè)局的設(shè)定。智能溫控疏水系統(tǒng)的PLC參數(shù)設(shè)置程序&設(shè)置表格如圖17。

4.3.1.2 跟生產(chǎn)管理plc通訊控制

智能溫控疏水系統(tǒng)回根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的種類進(jìn)行溫度的控制，設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)格會(huì)通過通訊傳輸給plc。跟生管plc通訊控制程序如圖18，通訊控制設(shè)置表格如圖19。

4.3.1.2 利用模擬量30.PID指令對溫度進(jìn)行控制

在對設(shè)備進(jìn)行溫度進(jìn)行控制室，利用30號(hào)PID指令通過對管道內(nèi)的蒸汽壓力進(jìn)行控制，然后通過蒸汽的壓力進(jìn)行溫度的控制。模擬量PID控制如圖20。

4.3.2 HMI畫面設(shè)計(jì)

4.3.2.1 自動(dòng)控制畫面

智能溫控疏水系統(tǒng)的自動(dòng)控制畫面主要用于進(jìn)行功能選擇、生產(chǎn)狀態(tài)（生產(chǎn)模式&產(chǎn)量&報(bào)警信息）以及功能畫面切換等信息顯示和相關(guān)功能操作。智能溫控疏水系統(tǒng)的自動(dòng)控制畫面如圖21。

4.3.2.2 坑機(jī)操作界面

坑機(jī)操作界面主要是用于對坑機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行操作跟監(jiān)控?？訖C(jī)操作界面如圖22。

圖16 智能溫控疏水系統(tǒng)的工藝流程圖

表5 智能溫控疏水系統(tǒng)PLC輸入點(diǎn)配置表

表6 智能溫控疏水系統(tǒng)PLC輸出點(diǎn)配置表

圖17 智能溫控疏水系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置程序&設(shè)置表格

圖18 跟生管plc通訊控制程序

圖19 跟生管plc通訊控制設(shè)置表格

圖20 模擬量PID控制程序

4.3.2.3參數(shù)設(shè)置畫面

裱紙機(jī)的參數(shù)設(shè)置畫面主要用于進(jìn)行動(dòng)作時(shí)間和脈沖參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。裱紙機(jī)的參數(shù)設(shè)置畫面如圖23。系統(tǒng)PID參數(shù)設(shè)置畫面如圖24。

4.3.2.4報(bào)警查詢畫面

智能溫控疏水的報(bào)警查詢畫面主要用于進(jìn)行運(yùn)行時(shí)各個(gè)動(dòng)作的實(shí)時(shí)報(bào)警信息查詢和故障現(xiàn)象復(fù)位。智能溫控疏水系統(tǒng)的報(bào)警查詢畫面如圖25。

　　圖21 智能溫控疏水系統(tǒng)控制畫面

5 難點(diǎn)重點(diǎn)解決

5.1 要保證設(shè)備在運(yùn)行過程中，設(shè)備的工作溫度能穩(wěn)定盡量不波動(dòng)。

設(shè)備在高速運(yùn)行過程中，如果利用溫度傳感器信號(hào)進(jìn)行溫度控制，設(shè)備的表面溫度的波動(dòng)較大，最后解決方案為控制蒸汽的壓力來達(dá)到控制溫度的目的。蒸汽壓力轉(zhuǎn)換溫度計(jì)算表如圖26。模擬量PID控制程序如圖27。

5.2 根據(jù)不同產(chǎn)品能智能得控制溫度

圖22 坑機(jī)操作畫面

圖23 智能溫控疏水參數(shù)設(shè)置畫面

圖24 PID參數(shù)設(shè)置畫面

圖25 智能溫控疏水系統(tǒng)報(bào)警查詢畫面

圖26 裱紙機(jī)底紙給紙伺服運(yùn)行頻率計(jì)算公式

不同產(chǎn)品需要的溫度就不同，利用plc跟生管plc進(jìn)行通訊，根據(jù)得知到的生產(chǎn)材質(zhì)跟生產(chǎn)的長度，進(jìn)行計(jì)算，提前進(jìn)行降溫或提前進(jìn)行升溫，達(dá)到智能控溫的效果。跟生管plc通訊程序如圖28。

6 結(jié)論（實(shí)施結(jié)果）

通過現(xiàn)場調(diào)試，智能溫控疏水系統(tǒng)相比原先的溫控系統(tǒng)，有很大的優(yōu)勢。1.相比原先的系統(tǒng)該套系統(tǒng)更加的節(jié)能，能對蒸汽進(jìn)行二次利用，大大降低了客戶的成本。2.更加直觀跟智能，能在觸摸屏上對各個(gè)部位的溫度進(jìn)行監(jiān)控跟設(shè)置，系統(tǒng)還能根據(jù)生管系統(tǒng)下的訂單自動(dòng)進(jìn)行溫度的調(diào)整，還提高了整條產(chǎn)線的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。智能溫控疏水系統(tǒng)在包裝行業(yè)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，以節(jié)能環(huán)保，便捷方便，更加智能同時(shí)也得到了越來越多客戶的認(rèn)可。智能溫控疏水系統(tǒng)跟傳統(tǒng)系統(tǒng)對比表如表7，智能溫控疏水系統(tǒng)生產(chǎn)產(chǎn)品實(shí)物如圖29。

圖27裱紙機(jī)底紙給紙伺服運(yùn)行頻率計(jì)算程序

圖28 生管PLC通訊程序圖

表7 智能溫控系統(tǒng)優(yōu)劣對比表

圖29 生產(chǎn)產(chǎn)品實(shí)物圖