玻璃配料控制系统 玻璃配料及窑炉自动控制系统的研究与实践

玻璃配料及窑炉自动控制系统的研究与实践天津市Ｔ业自动化仪表研咒所贾福咒郭古＿ＩＩ李萌张明△！蕉璃置筮目麴配魁丞统一、前言制各合格的配合料是玻璃牛产的首要要求，是保证熔融玻璃质量的先谀条件。合格玻璃的熔制不仅取决于在熔炉奇匾熔融中所发生的一系列固液气相反应，同样与配合料的制各息息相关．缺乏严格的配合料制备工艺和控制．就难以获得优质的玻璃制品。口前玻璃配料自动控制技术已得到较为广泛的应用，在一定程度上提高了生产教率和厂房环境，但是配料自控技术本身的发展与深入仍处在相对缓慢的初期阶段，只有少数国外厂商在做诸如“配料控制器”、“集成化称重模块”的研究．即便如此配料控制器的功能仍缺乏整体调控性。更难以综合、灵活的完成整个配料工艺的调节和控制。如何突破传统配料控制的观念，我研究所作为以产品和系统研发为主业的科研单位结合在玻璃行业多年的工程实践一直作着潜心的研究与实践。只有反对简单产品集成的做法爿能不依赖产品奉身的局限性，将精良的控制与智能化做进整个系统！图Ａ】ｌ玻璃窑炉自动配｛｝系统Ｔ艺流程翻范例二、玻璃窑炉自动配料系统概述所谓“玻璃窑炉自动配料系统”是指通过计算机系统、称重仪表、检测仪表、电气系统的综合控制，使给料设备、混合设备、输送设备等机械系统代替人完成合格玻璃配合料的制备与输送工作。

并保证称量精度、均化度、含水量等的精确性和稳定性。旦懒删秤显示操作站口口口…口站ｆｌｌ现场设备及传感器ＩＡ．２．１玻璃窑炉自动配料系统结构图自动配料系统包括原料的自动称量系统、混料系统、输送系统等。其一般具有以下优势：１、自动配料系统通过称重设备，配合软件实现高精度称量。２、配以自动除尘、收尘装置，减轻料房的粉尘污染。３、节省人力，每班有２．３名操作人员完成配料任务。随着技术的发展和经验的不断积累，“玻璃窑炉自动配料时效优化控制系统”逐渐为众多玻璃企业所接受。它在传统型配料控制系统的基础上扩大了检测和控制范围，并继承了高智能化的时效控制软件。与传统自动配料控制系统相比其具有以下优势：ｌ、通过先进的称重设备，配合智能软件实现更高精度的称量。２、通过混合智能控制，保证最终混合料的均化度。３、自动化程度更高，可实现无人值守全自动配料。４、系统配有全套的手自动切换功能，所有设备均可手动干预，使维护更为方便，可靠性更高。６、人性化人机界面，设计美观、形象，操作简便。７、系统具有丰富的报警功能，当机械设备故障或称量有误时系统将产生报警信号，计算机可对所发生的报警内容、时间及确认时间进行记录。８、更加节省人力，每班有Ｉ－２名操作人员即可完成全部配料任务。

三、玻璃窑炉自动配料时效优化控制系统针对当前玻璃生产配料工艺的特点和一般控制系统的不足时效控制系统除具有窑头料仓料位检测控制功能、多速称量自动转换控制功能、悬浮料与变速加料自动修正功能、配方参数管理与修改功能、配合料的自动输送功能、自动除尘功能、日用料仓自动上料、碎玻璃制备上料等功能外，该系统还设计实现了给料速度的ＰＩＤ调节功能、水分在线整定与自动加水功能、原料自动均化控制功能等。为进一步提高配合料质量，节约能源提供了硬件基础。该控制系统主要由工程师操作主站、操作人员监控从站、自动称量及过程控制站、后备主控站及现场操作装置、信号检测传感器、变频调速控制器、可控硅调压器及电气执行机构等部分组成。其中过程控制工作站由ＰＬＣ系统组成，它主要完成电子秤间的横向时效配合、系统工艺环节的纵向时效优化、均化加水量及配合料水分的控制功能，同时对整个配料工艺设备的联动时序进行监视、控制，从而完成自动配料过程。系统在主干程序运行中加入运行周期号，使每一个未完成的运行周期有独立的记录周期号，以便分配周期内的监测和执行输出，这也是系统综合时效控制的基本要求。１、针对同级别设备运行时效的横向配比调节配料系统一般由多台电子秤组成，每台电子秤所称物料种类、料性都具有不确定性。

多台电子秤的综合控制具有很大的难度，比如，石英砂密度可达２．４９／ｃｍ３，水分可能高达７％；而国产轻质碱密度一般在０．６９／ｃｍ３，水分很低，不同批次的原料和不同环境下料性（黏度、比重、水分等）也会有很大差异。电子秤时效配合不佳，必将造成系统资源浪费、运行能源浪费并且不能发挥其最佳动态称量精度。系统依托对当前设备运行参数的监测和以前若干个配料循环数据的存储调用将ＰＩＤ调节和模糊控制算法同时引入到配料过程中，在称重模块实现悬浮料、给料转换点自动修正的同时，同时由ＰＬＣ主控器调节加料流量和电子秤的其它运行参数，将所有电子秤的时效配合到一起，对电子秤的称量周期作前期计划调控和称量中的实时调节。使每台电子秤在整个系统称量过程中充分发挥单位时间带来的精度提升，实现每台电子秤的最佳时效配比。利用同样控制原理通过调节所有电子秤放料机、阀门的放料速度使所有电子秤的放料时效相互匹配，在放料过程中所有原料均匀平铺输送达到预混的目的。２、针对不同工艺环节的纵向时效配比调节配料工序中的每个步骤的控制都是相互独立的，为了提高系统的运行速度，往往使工序各步骤独自发挥自己最大的工作能力。这样的控制方式往往事倍功半，很多工序段的设备会出现等待或工序拥挤现象。

自动控制系统通过软硬件高度的集成化，将每一个配料循环的每一步骤移入到系统的整体时效的控制中来，通过对若干次配料数据的分析运算，软件系统将截获并暂存原料的称量动作或混合均化动作并作统筹模糊控制，使均化的起始时间与配合料的输送过程相配合在整体调控下保证均化时间的确定性；使原料的称量起始时间与均化过程相配合在整体调控下保证原料在电子秤中停留的时间最小化。影响配合料均化度的闳素包括以下方面。原料性质、原料含水及加水量、混合速度、混合时间。对于混合时间，必须具有足够的混合时间才能保证各种原料粒子的均匀分布，因而过短的混合时间就难以达到这一要求，而过长的混合时间又不允许，而且过长的混合时间对混合均化度很不利。固保证混合时间的确定性很重要。３、水份跟踪控制与原料配方调节系统软硬件高度的集成化与现场多点在线监测相结合，考虑原料水分、混合蒸发水分、输送蒸发水分等，综合若干次配料过程中的水分数据按不同室温、室内湿度等的概率统计算法，依据配合料最佳含水量的设定，来自动控制混料机湿混均化期间的合理加水量和原料配比重量。图Ａ．３．１综合调节不慈图４、人机界面的人性化设计。为了形象地监视、分析和操作整个配料过程，生成了配料工艺流程总貌、全流程监控界面、设备状态汇总、电子秤调校、工艺参数管理、料方参数管理、物料特性参数管理等画面。

为了分析和记录历史数据，保证系统的稳定高效运行还设置了配比称量实时报表、消耗和成品累计报表、工艺参数修改纪录、实时报警纪录、电子秤时效纪录、系统时效纪录、设备状态操作纪录等画面。系统设置九级操作权限的用户名和密码，充分满足生产操作、控制调整、查询维护等不同操作级别的使用要求。另外，对电子秤的时效控制效果的监视、多点多量程校秤管理、操作盘面的设计与实现都本着人性化原则设计，另外每台电子秤的显示信息也要相对全面而清晰，包括所称物料净重值、预称值、余量、悬浮量、转换点、状态等。基于模糊控制算法的配料时效控制系统是以提高最终配合料质量、节约能源为控制最终目的，以配料周期实际数据的对比运算为基础，以全系统横向、纵向时效配合为控制手段而设计和实现的。该系统已获得国家软件著作权登记，具“国际先进水平”的专家成果认定，并获天津市科学技术进步三等奖。四、天津市工业自动化仪表研究所近年配料自控系统业绩山东新中萃玻璃制品有限公司玻璃配料自动控制系统山东张裕玻璃制品有限公司玻璃配料自动控制系统成都特玻环球太阳能玻璃配料自动控制系统五粮液环球集团一、二号水晶玻璃窑炉配料系统工程五粮液集团环球玻璃制品三’六号玻璃熔炉配料系统工程成都巨奥玻璃制品有限公司玻璃配料自动控制系统堡！遮璃窒坦自动控剑丕统一、前言熔制无疑是玻璃生产中最至关重要的环节。

保证良好、稳定的炉况是得到合格熔融玻璃的必要条件。路况的频繁波动不仅给生产带来较大的损失，更会对炉龄造成不利影响。窑炉燃烧控制系统较传统人工操作改善了工作环境，减少了由人为情绪化所致的不良后果。某种程度上也减少了单位玻璃液的能耗。然而，炉况与即时出料量、天气等等因素都有着潜在的关系，因此，一套智能化的玻璃窑炉自动控制系统应该能够适应各种外在、内在变化通过控制风、气、燃等来保证炉况的稳定性。保证与保持产品质量的稳定性。我所通过二十几年的研究与实践，开发的智能化集散型玻璃窑炉自动控制系统与调节软件达到了上述要求，其超国际水平的控制效果为众多玻璃制造企业所认可。二、 玻璃窑炉自动控制系统概述玻璃窑炉炉型分多种，其中，蓄热式马蹄焰池炉是我国日用玻璃行业普遍采用的一种炉型。本文就以蓄热式马蹄形焰池炉为例，来介绍玻璃窑炉的自动化控制系统。玻璃窑炉自动控制系统采用计算机及各种仪表对玻璃窑炉的各种参数进行自动监视和控制，窑炉的主要控制任务有：碹顶温度控制、助燃风流量控制、窑压控制、玻璃液位控制、自动换向控制、脉冲鼓泡控制和电助熔等。窑炉自动控制系统的优点为：参数稳定、高可靠性、操作简单、无人值守、人机界面友好、节省燃料、延长炉龄、节省劳动力。

三、 集散型窑炉控制系统１、 系统结构及组成按功能划分层次：基本手动控制系统为第一层，窑炉现场控制站为第二层，计算机操作站为第三层。（１）基本手动控制系统为最底层，它不依赖其它部分而独立工作，是窑炉运行的基本保证。基本手动控制系统与窑炉控制站可以实现双向无扰切换，并且可以按任一单回路投入自动控制。（２）窑炉现场控制站的运行依赖基本手动控制系统，而不依赖计算机操作站。即在计算机操作站不工作的情况下，窑炉现场控制站能够对窑炉完成基本的控制。（３）窑炉现场控制站是自动控制的核心，比普通调节器具有更强的智能性，能够将窑炉燃烧换向的时序控制和窑炉燃烧的温度调节综合进行控制。２、控制功能１）、基本手动控制系统窑炉基本手动控制系统，通过手操器和按钮开关等完成窑炉燃烧换向控制、温度手动控制、助燃风手动控制、窑压手动控制等。基本手动控制系统可以不依赖窑炉现场控制站ＤＣＳ，直接控制燃烧换向电机和启停风机，从而实现窑炉燃烧换向，并且通过电气连锁进行必要的安全保护。２）、窑炉现场控制站采用ＤＣＳ或ＰＬＣ系统为核心研制的窑炉现场控制站能够完成窑炉燃烧换向的自动时序控制、温度自动控制、助燃风自动控制、窑压自动控制以及玻璃液面连续薄层加料控制等。

ａ、碹项温度控制温度自动控制可以对窑炉项部温度实现自动调节。项部温度是窑炉设备的主要参数，关系着玻璃生产过程中的熔化、澄清和物化的主要条件，也关系着窑炉本身的寿命和安全。首先选用大炉碹顶前部温度作为控制点，通过ＰＩＤ调节回路控制燃料的一次风频率（或流量）实现温度自动控制。ｂ、助燃风流量控制助燃风自动控制是用文丘里流量计检测助燃风流量，通过ＰＩＤ调节器来控制助燃风机变频器，实现对助燃风量的大小的控制。使用空气．燃料比例优化控制，可以节约燃料５％左右。不论燃料为重油或是煤气，其原理都是相似的，都是一个串级并列系统，当温度变化时，改变二次风和燃料流量控制回路的设定值以使温度回到规定值，并利用高低值选择器确保系统在动态调节中实现温度低时先加风，后加油，反之则先减油后减风，以获得充分燃烧，使烟囱不冒黑烟。系统还设有自动寻优环节，按火焰温度最高，亦即燃料一二次风配比最优。ｃ、窑压控制窑压自动控制可以通过控制烟道的抽力，稳定窑炉压力为微正压，防止炉膛形成负压以吸入冷风损失燃烧释放的热量，又要防止炉膛正压过高使窑炉本身受损降低窑炉的使用寿命。通过窑侧的取压管取压，用引压管将窑压信号传递给微差压变送器，转变成与窑压对应的４．２０ｍＡ电流信号，传送给ＤＣＳ或ＰＬＣ系统的模拟量输入模块。

系统采用单回路ＰＩＤ，通过偏差比较等一系列运算，输出信号给角执行器，调节烟道上手动总闸后的旋转闸的开度来达到炉膛压力大小的控制。ｄ、玻璃液面控制玻璃液面连续薄层加料控制，一般使用变频器控制加料机，实现连续薄层加料。液面检测一般采用激光液面计、探针或吹气备压法测是。激光液面计通过测量反射激光束的角度来测量玻璃液面，并将电流信号输送给系统，进行单回路ＰＩＤ运算，输出给变频器控制加料电机连续加料，达到比较满意的效果。达到液位控制的目的，变频器控制柜设有手动／自动切换开关。ｅ、自动换向控制蓄热式玻璃窑炉的火焰换向燃烧的意义在于回收烟气的热量和预热助燃空气。蓄热室的蓄热量是有限的，因此必须经常换向。窑炉火焰换向的过程给正常熔制热工条件带来一定的扰动。就是说，熔炉内的温度会波动很大，有可能产生化学热损失和物理热损失。为了减少这些扰动，尽快达到合理燃烧条件，生产中给换向过程规定了一个比较严格的换向顺序。这主要考虑换向过程中应极力避免燃烧产生化学热损失和换向速度尽量地加快以减小温度波动的幅度。所以采用自动换向控制，使每个换向步骤之间的时间长度随工艺要求的不同而调整。ｆ、参数监测、报警对重要的温度：熔炉碹顶温度既在计算机系统里有显示，又在仪表盘上通过数显表有显示。

其它温度只在计算机系统里实时监视、记录，对碹顶温度、大蓄热室上部温度、玻璃液位、窑炉压力、换向进行声光报警以提醒操作工在参数超限时引起注意。３、计算机操作站窑炉控制系统计算机操作站基于ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统下，配以我所基于先进的组态软件环境下开发的玻璃窑炉监控的专业运行软件，完成数据处理、监视、设定参数、趋势显示、报表等操作；操作站对窑炉现场控制站的运行控制参数可以进行显示和受限制的修改。操作站系统网络为实现与向上网络的连接提供了接口。向上可实现与管理网络的数据通讯（厂内以太网），为工厂的过程管理及决策提供丰富的信息。四、 天津市工业自动化仪表研究所近年窑炉自控系统业绩山东张裕玻璃制品有限公司玻璃窑炉自动控制系统（煤气）山东新中萃玻璃制品有限公司玻璃窑炉自动控制系统（天然气）山东瑞泰绝缘子有限公司玻璃窑炉自动控制系统（天然气）广东肇庆玻璃有限公司玻璃窑炉自动控制系统（煤气）揭阳龙诚电子玻璃有限公司玻璃窑炉自动控制系统（重油）