玻璃制品成型用冷卻水恒溫恒壓控制系統(tǒng)

史占慶+晁耀定

摘 要：在玻璃制品生產(chǎn)中成型爐體必須用冷卻水來控制熱場(chǎng)，進(jìn)而控制玻璃形態(tài)，所以冷卻水是一個(gè)工藝調(diào)整手段，冷卻水系統(tǒng)中，由于用水量的變化，使供水壓力和回水溫度發(fā)生變化，通過對(duì)壓力信號(hào)以及回水溫度的檢測(cè)，經(jīng)過控制器的運(yùn)算以及程序的設(shè)計(jì)，構(gòu)成了雙水泵互相作為備份的系統(tǒng)，調(diào)整變速泵轉(zhuǎn)速或水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，使供水壓力保持在設(shè)定值，并且經(jīng)過恒溫箱使水溫保持在恒定值以滿足用水要求。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng)；雙水泵；互備；恒溫箱；調(diào)功器

1 引言

以前成型爐體工藝?yán)鋮s水供水系統(tǒng)采用的是工廠大循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)來水通入爐內(nèi)，調(diào)節(jié)流量來滿足工藝?yán)鋮s，回水經(jīng)過板換來保證管網(wǎng)溫度；水壓靠大循環(huán)系統(tǒng)中的水泵來穩(wěn)定。這種方式對(duì)于一般冷卻是可以的，但是對(duì)于玻璃制品生產(chǎn)的場(chǎng)合，冷卻水出水點(diǎn)較多，并且要保證24小時(shí)不停機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。而且大系統(tǒng)用水點(diǎn)較多，以及四季氣候變化，水壓和水溫有時(shí)會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，而玻璃制品生產(chǎn)對(duì)工藝的要求很高，波動(dòng)對(duì)生產(chǎn)的影響比較大。針對(duì)以上生產(chǎn)實(shí)際中出現(xiàn)的問題，文章提出采用兩個(gè)相同的水泵，和一個(gè)恒溫箱，使大系統(tǒng)來的水進(jìn)入恒溫箱，在恒溫箱中的水經(jīng)過泵打壓到冷卻水管道，使用后經(jīng)過熱交換再回到恒溫箱，構(gòu)成自循環(huán)系統(tǒng)，通過兩臺(tái)泵自動(dòng)循環(huán)、互相作為備份的工作方式，保證自循環(huán)系統(tǒng)壓力恒定，恒溫箱設(shè)置加熱裝置保證循環(huán)系統(tǒng)溫度恒定。自循環(huán)系統(tǒng)通過DCS系統(tǒng)控制，取得了良好的控制效果。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由兩臺(tái)水泵、霍尼韋爾DCS控制器、ABB變頻器、可控硅功率控制器、閥門控制器、若干個(gè)選擇開關(guān)、壓力傳感器、管道、閥門、熱電偶等組成。大系統(tǒng)中用三通閥使水先進(jìn)入小系統(tǒng)的恒溫箱，恒溫箱配有液位檢測(cè)及溢流閥，從恒溫箱經(jīng)水泵打到現(xiàn)場(chǎng)水架，水架配有流量計(jì)、壓力變送器，水架將水分為多路送入爐體，爐體回水匯集到一路，經(jīng)板換降溫后送回大系統(tǒng)。

控制由DCS系統(tǒng)完成，其中DCS系統(tǒng)包括模擬量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸入，數(shù)字量輸出。使用霍尼韋爾PKS系統(tǒng)軟件進(jìn)行組態(tài)和編程，系統(tǒng)配備電腦顯示終端，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試十分方便。

2.2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，分為應(yīng)急和自動(dòng)兩種工作狀態(tài)。

自動(dòng)狀態(tài)：系統(tǒng)啟動(dòng)后，恒溫箱水位檢測(cè)低水位，大循環(huán)至恒溫箱閥門打開，大循環(huán)至用水口閥門人工進(jìn)行關(guān)閉，給恒溫箱補(bǔ)水，設(shè)置在自動(dòng)狀態(tài)下，到恒溫箱高限時(shí)閥門自動(dòng)關(guān)閉。泵循環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)兩臺(tái)泵互鎖，任意一個(gè)啟動(dòng)作為主泵，另一臺(tái)作為備份泵。主泵變頻工作，通過對(duì)壓力信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，經(jīng)過控制器的PID運(yùn)算來調(diào)節(jié)變頻泵的轉(zhuǎn)速。如水壓低于設(shè)定值，則首先啟動(dòng)的變頻泵1一直增速并達(dá)到工頻轉(zhuǎn)速，延遲幾十秒運(yùn)行后，如水壓仍然低于設(shè)定值，此時(shí)系統(tǒng)程序輸出互鎖解除信號(hào)，將另外的備份泵2投入變頻運(yùn)行，兩臺(tái)泵共同完成水壓跟蹤任務(wù)。隨著壓力的升高當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，解除互鎖信號(hào)將停止輸出，備泵停止運(yùn)行，由主泵工作。

當(dāng)主泵故障時(shí)，繼電器互鎖程序直接使備泵啟動(dòng)，兩臺(tái)變頻器都設(shè)定有最低頻率，所以壓力會(huì)有短時(shí)的波動(dòng)，但是系統(tǒng)不會(huì)停止，這時(shí)的2號(hào)泵作為主泵來完成水壓跟蹤，當(dāng)1號(hào)泵修復(fù)后，將一直作為備泵，直到壓力不能滿足解除互鎖信號(hào)輸出，使兩臺(tái)泵共同運(yùn)行，到達(dá)設(shè)定值后泵2停止，泵1繼續(xù)作為主泵運(yùn)行。兩臺(tái)泵共同作用，一用一備保證了系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。

加熱系統(tǒng)當(dāng)用水口溫度檢測(cè)低于目標(biāo)值時(shí)，系統(tǒng)輸出模擬量通過PID調(diào)節(jié)可控硅功率控制器，給加熱器一定的開度，對(duì)恒溫箱進(jìn)行加熱，直到溫度恒定。

應(yīng)急狀態(tài)：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生大的故障時(shí)，可以直接將大循環(huán)至用水口閥門人工進(jìn)行開啟，恢復(fù)到系統(tǒng)大系統(tǒng)工作，小循環(huán)斷開，修復(fù)后再投入運(yùn)行。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)啟動(dòng)

此階段要完成對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)、定時(shí)器的清零操作；寫PID的控制字。

其中，PID的控制字包括設(shè)定值，P、I、D參數(shù)，指定壓力和溫度等等；水箱液位限位下限；水箱液位限位上限。

3.2 模擬信號(hào)的采集

主要采集各熱電偶、變送器、流量計(jì)以及電動(dòng)閥的開度。

3.3 泵啟停程序

程序設(shè)計(jì)中，泵系統(tǒng)啟動(dòng)和停止在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，啟動(dòng)后泵1運(yùn)行，由于互鎖泵2不能運(yùn)行，這樣完成主、備泵運(yùn)行，同時(shí)泵運(yùn)行狀態(tài)、頻率反饋到DCS操作畫面，方便監(jiān)控。當(dāng)泵切換到遠(yuǎn)程時(shí)泵頻率調(diào)整由DCS輸出，DCS根據(jù)官網(wǎng)壓力傳感器，對(duì)泵輸出進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，使管網(wǎng)壓力滿足設(shè)定值。當(dāng)壓力不足時(shí)，DCS輸出DO信號(hào)，將互鎖解除，泵2運(yùn)轉(zhuǎn)，共同打壓。雙泵在繼電器程序中互鎖，當(dāng)泵1故障時(shí)運(yùn)行信號(hào)停止輸出，泵2互鎖信號(hào)解除，直接輸出，保證了系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3.4 泵變頻工作

泵變頻工作的條件為：當(dāng)泵變頻系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，給變頻器啟動(dòng)信號(hào)，變頻器1啟動(dòng)輸出運(yùn)行信號(hào)，與變頻器2互鎖。變頻器默認(rèn)為遠(yuǎn)程控制，頻率由DCS通過AI給定，同時(shí)通過AO將運(yùn)行頻率反饋給DCS。最大為工頻50赫茲，最小頻率為30赫茲保證管網(wǎng)基本壓力。也可切換為手動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.5 PID運(yùn)算控制

控制算法采用霍尼韋爾自身提供的PID控制算法。針對(duì)PID控制在測(cè)量值接近設(shè)定值時(shí)容易出現(xiàn)的震蕩問題，采取一定的措施對(duì)PID進(jìn)行改進(jìn)。在偏差較大時(shí)，采用PID控制；當(dāng)偏差處于一定的較小范圍時(shí)，此時(shí)不用PID，而是發(fā)一個(gè)固定的數(shù)據(jù)到輸出通道來直接控制水泵的轉(zhuǎn)速和加熱器開度。

3.6 加熱器工作

加熱系統(tǒng)為電阻式加熱器通過可控硅功率調(diào)整器來工作，功率控制器調(diào)整輸出功率，可改變加在加熱器上的電流和電壓，控制發(fā)熱量。功率控制器與DCS通過模擬量通訊，加熱模塊為一個(gè)PID運(yùn)算，DCS通過AO輸出到調(diào)功器的AI接口，給調(diào)功器一個(gè)給定值，為開度的0～100%之間，調(diào)功器輸出改變，DCS也改變開度，直到水箱溫度檢測(cè)到要求值。

3.7 按下停止時(shí)的操作

當(dāng)按下停止或急停時(shí)，泵啟動(dòng)信號(hào)消失，兩臺(tái)變頻器均處于停機(jī)狀態(tài)，泵也停止運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻器通過設(shè)置，進(jìn)行緩慢降速，達(dá)到平穩(wěn)停機(jī)的控制過程。但是爐體冷卻水一般是不能停的，放置冷卻水管熱變形，損壞爐子，所以要停止前，必須先切換到大循環(huán)供水。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)采用霍尼韋爾DCS系統(tǒng)，它的PKS組態(tài)軟件編程比較方便，畫面做出來也比較直觀，方便操作。

通過對(duì)控制過程的分析，所編寫的程序完成了壓力信號(hào)采集，流量信號(hào)采集，冷卻水進(jìn)水溫度、回水溫度采集，經(jīng)過程序運(yùn)算，PID調(diào)整輸出，使現(xiàn)場(chǎng)水壓控制穩(wěn)定，溫度恒定效果令人滿意。