1,引言
唐山玻璃集團(tuán)某玻璃制品生產(chǎn)線主要由煤氣站、熔窯、退火窯三個子系統(tǒng)
組成.煤氣站子系統(tǒng)中,以煤為原料,以蒸汽為氣化劑,在煤氣發(fā)生爐中進(jìn)行化
學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生煤氣.熔窯子系統(tǒng)利用煤氣站產(chǎn)生的煤氣,與空氣混合后,在熔窯
內(nèi)進(jìn)行充分燃燒,將玻璃原料加熱融化,產(chǎn)生的玻璃原液經(jīng)供料道送至玻璃制品
機(jī),進(jìn)行玻璃制品半成品的生產(chǎn).退火窯子系統(tǒng)則實現(xiàn)半成品的高溫?zé)扇?yīng)力
和冷 .
由于歷史原因,整條生產(chǎn)線的自動控制水平比較低,基本上由現(xiàn)場工人根據(jù)
儀表顯示進(jìn)行手動操作,以實現(xiàn)加氣、送風(fēng)、溫度調(diào)節(jié)和窯壓調(diào)節(jié)等功能.手動
控制不僅效果差、原材料能源浪費(fèi)大,而且經(jīng)常由于三個子系統(tǒng)之間不能協(xié)調(diào)工
作而出現(xiàn)停窯等生產(chǎn)事故,因此實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動控制顯得尤為重要.
整條生產(chǎn)線檢測控制點多、現(xiàn)場環(huán)境惡劣、物理距離遠(yuǎn),并且要求控制系統(tǒng)
可靠性高、安全性好、維修簡單、價格低廉.經(jīng)過仔細(xì)考察比較,系統(tǒng)最終選用
了I-7000系列遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊,在此基礎(chǔ)上設(shè)計實現(xiàn)了生產(chǎn)線的監(jiān)測控制系
統(tǒng).
2,系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
根據(jù)生產(chǎn)線的實際情況,結(jié)合當(dāng)前工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展方向,控制系統(tǒng)采用
了工業(yè)控制計算機(jī)與分布式I/O模塊相結(jié)合的方式.上位機(jī)采用了RACK600工
業(yè)控制計算機(jī).考慮I-7000模塊種類多、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、價格低廉
等,系統(tǒng)采用了I-7000模塊作為分布式I/O模塊.為確保生產(chǎn)線的安全可靠,系
統(tǒng)采用了上位機(jī)雙機(jī)冗余的方式,主機(jī)和從機(jī)可自動無擾切換.在系統(tǒng)檢修或故
障時,可通過轉(zhuǎn)換開關(guān),將系統(tǒng)切換為原手動控制,保證了生產(chǎn)過程的可靠性.
系統(tǒng)硬件物理上可分為兩部分:一部分放置在煤氣站控制室,負(fù)責(zé)煤氣站子系統(tǒng)
的信號采集與輸出,其余部分(包括上位機(jī))放置在熔窯控制室(作為中央控制
室),負(fù)責(zé)熔窯和退火窯子系統(tǒng)的信號采集和輸出.所有信號經(jīng)RS485網(wǎng)絡(luò)匯總
到上位機(jī),以實現(xiàn)整條生產(chǎn)線的監(jiān)測與控制,具體描述如下.
2.1煤氣站子系統(tǒng)
煤氣站子系統(tǒng)有8路4-20ma壓力輸入信號、4路溫度輸入信號、4路開關(guān)量
報警輸出信號、3路4-20ma電流輸出信號,采用I-7017、7018、7042、7024模
塊各一塊.
I-7017為8信道仿真量輸入模塊,最大輸入量程為±10V.在7017的每一
個通道并聯(lián)一個250Ω3的精密電阻,可將8路4-20ma電流信號轉(zhuǎn)化為1-5V電
壓信號,作為現(xiàn)場壓力信號,送入控制系統(tǒng).
I-7018為8路熱電偶輸入模塊,可直接采集熱電偶信號.煤氣站的4路溫度
信號均為K型,共享一塊7018.
I-7042為13路隔離型集電極開路輸出模塊,配合RM104功率繼電器板可實
現(xiàn)繼電器輸出功能.系統(tǒng)設(shè)有一次風(fēng)壓、煤氣溫度等超限報警.報警時,7042
控制RM104驅(qū)動現(xiàn)場的24V報警指示燈亮,同時報警電鈴.
I-7024為4信道仿真輸出模塊,可輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓和電流信號.煤氣站的一次風(fēng)
機(jī)采用變頻器控制,2路蒸汽采用電動調(diào)節(jié)閥控制,3路控制信號均為4-20ma
標(biāo)準(zhǔn)電流信號,共享一塊7024.
2.2熔窯子系統(tǒng)
熔窯子系統(tǒng)有16路溫度輸入信號、6路數(shù)字輸入信號、3路4-20ma壓力輸
入信號、4路繼電器輸出信號、2路4-20ma電流輸出信號、1路0-1V液位輸入
信號.共享4塊I-7018、1塊7024、1塊7042、1塊7052和1塊7017.
16路溫度信號有6路K型熱電偶,4路S型熱電偶,4路J型熱電偶和兩路
S型熱電偶,分別用4塊7018實現(xiàn)溫度信號的采集.
4路壓力信號為4-20ma標(biāo)準(zhǔn)電流信號,經(jīng)250Ω精密電阻轉(zhuǎn)換為1-5V電壓
信號,由7017實現(xiàn)壓力信號的采集.7017模塊同時完成液位信號的采集.
4路繼電器輸出信號為空氣和煤氣換向輸出信號,由I-7042驅(qū)動RM104完
成.
I-7050為7路數(shù)字輸入模塊.現(xiàn)場的6路換向到位信號經(jīng)繼電器隔離后,轉(zhuǎn)
換為干接 信號,由7050實現(xiàn)換向到位信號采集.
二次風(fēng)機(jī)采用變頻器控制,控制信號為4-20ma電流信號,煙囪吸力調(diào)節(jié)控
制信號也是4-20ma電流信號,2路信號輸出由一塊7024來實現(xiàn).
2.3退火窯子系統(tǒng)
退火窯為單獨的子系統(tǒng),根據(jù)廠家要求,暫不做控制.
3,系統(tǒng)的軟件原理
系統(tǒng)上位機(jī)采用Windows NT 4.0 作為操作系統(tǒng),Intellution公司的FIX軟
件作為工業(yè)測控軟件平臺,Visual C 5.0和Visual Basic 5.0作為編程語言.在控
制算法上,采用了軟嵌入式自學(xué)習(xí)多變量模糊控制器(MF控制器).
3.1系統(tǒng)控制原理
煤氣站到熔窯,系統(tǒng)最終的控制目標(biāo)是:熔窯溫度TR保持在1500±5℃,
窯壓PR保持在15±1Pa.,熔窯溫度TR通過調(diào)節(jié)煤氣站的煤氣出口壓力PM來
實現(xiàn),同時TR受PR的影響.PM是通過調(diào)節(jié)煤氣發(fā)生 的風(fēng)量來實現(xiàn)控制的,
而風(fēng)量的變化,必然會引起煤氣站混合氣溫度的變化.為保證煤氣發(fā)生 中的化
學(xué)反應(yīng)充分,混合氣溫度必須穩(wěn)定在60±1℃,因此又必須對一次風(fēng)和蒸汽進(jìn)行
控制.窯壓PR除受上述因素影以外,還受煙囪吸力的影響.可見,系統(tǒng)是一個
串級多變量非線形大慣性系統(tǒng).
為解此復(fù)雜的控制,系統(tǒng)核心采用了軟嵌入式自學(xué)習(xí)多變量模糊控制器.此
控制器是在國家自然科學(xué)基金的支持下,融合了模糊進(jìn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、智能建模、
模糊穴映射等智能控制技術(shù)而形成的,并且在陶瓷行業(yè)中得到了大量應(yīng)用.將其
應(yīng)用于此控制系統(tǒng),實踐證明也是成功的.
3.2系統(tǒng)軟件功能
根據(jù)玻璃制品生產(chǎn)線的實際情況,結(jié)合工廠的要求,系統(tǒng)主要設(shè)計并實現(xiàn)以
下功能:
關(guān)鍵的溫度和壓力控制:在煤氣站子系統(tǒng)中,通過控制一次風(fēng)和蒸汽,實現(xiàn)
了混合氣溫度穩(wěn)定(60±1℃),煤氣出口壓力滿足了熔窯子系統(tǒng)燃燒的需要.在
熔窯子系統(tǒng)中,實現(xiàn)了熔窯溫度(1500±5℃)和窯壓(15±1Pa)的穩(wěn)定控制.
生產(chǎn)線概貌顯示:概貌圖是現(xiàn)場工人操作的主要界面,實現(xiàn)了全部數(shù)據(jù)的實時監(jiān)
測與報警,并可直接進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)定等.
實時數(shù)據(jù)曲線顯示:實時趨勢圖將有關(guān)的數(shù)據(jù)以曲線和數(shù)據(jù)形式進(jìn)行實時動
態(tài)顯示,并支持實時打印功能.
歷史數(shù)據(jù)顯示:可根據(jù)實際需要,以曲線或數(shù)據(jù)形式,顯示過去幾個月的關(guān)
鍵歷史數(shù)據(jù),時間可精確到秒級.
手動/自動切換:系統(tǒng)提供了手動/自動轉(zhuǎn)換軟開關(guān),可在上位機(jī)上實現(xiàn)計算
機(jī)全自動控制或現(xiàn)場工人利用計算機(jī)實現(xiàn)半自動控制.
煤氣和空氣的換向:可根據(jù)時間和溫差實現(xiàn)全自動換向,也可在特殊情下實
現(xiàn)半自動或全手動換向.
事件報警:根據(jù)現(xiàn)場要求可事先定義報警事件,當(dāng)滿足條件時,系統(tǒng)將事件
記錄下來,同時發(fā)出光報警.本系統(tǒng)主要定義了溫度和壓力的超限報警.
非法操作記錄:系統(tǒng)要求現(xiàn)場工人嚴(yán)格按照工藝及操作規(guī)程進(jìn)行操作,所有
違反規(guī)定的事件,比如夜班休息不加煤、非法入侵計算機(jī)系統(tǒng)等,都會形成事件
記錄.
報表打印:可對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行日報表定時打印,可隨時對當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行報表
打印,也可對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行報表打印.
權(quán)限管理:系統(tǒng)根據(jù)需要,賦予相關(guān)人員不同的操作權(quán)限,要求操作者按照
自己的姓名登錄.最高權(quán)限為管理員,最低為操作者.
幫助:以簡單的畫面形式幫助現(xiàn)場工人使用該系統(tǒng).
4,結(jié)束語
系統(tǒng)安裝使用后,經(jīng)過幾個月的運(yùn)行,證明了整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠、安
全,降低了工人勞動強(qiáng)度,提高了行業(yè)技術(shù)人員素質(zhì),延長了生產(chǎn)線使用壽命,
節(jié)約了能源與原材料消耗,提高了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力,完全達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目
標(biāo),實現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益.
