工業電氣自動化在浮法玻璃工廠的應用

王瑞璞

【摘 ?要】中國是全球最大的平板玻璃生產國，目前約占全球平板玻璃產量的40%。到2009年底，平板玻璃生產預計將達到6.7億重箱，其中浮法玻璃占83%。隨著平板玻璃生產能力的快速增長和產業結構調整的加快，電氣自動化在玻璃產業的發展中發揮著越來越重要的作用。電氣自動化在玻璃工業中的應用路徑與工藝路線、設備制造、生產工藝和組織方式密切相關。基于此，本文主要對工業電氣自動化在浮法玻璃工廠的應用進行分析探討。

【關鍵詞】工業電氣自動化;浮法玻璃工廠;應用

1、工業電氣自動化在原料工藝的應用

玻璃工廠的生產過程主要由原料工藝、熱端工藝及冷端工藝組成。在生產過程中，配料系統占據著舉足輕重的位置，配料結果將直接影響玻璃產品質量。隨著自動化產品在配料系統中的應用和更新，它已經發展到了一個比較成熟的階段，并在行業中廣泛應用。配料自動控制系統一般由人機界面、稱量傳感器、控制中心以及基于PC的操作終端組成，并可以用無線技術實現移動終端遠程操作的功能。隨著工業網絡的應用，目前已將各傳感器及稱重儀表等通過網絡實現與控制中心的數據交換，從而大大提高了系統的響應速度。自動稱量系統可實現配料部分、混合部分及配合料輸送部分的全過程自動控制，系統配置的模擬屏和工業電視設備可以實現對原料生產過程的監控。

早期的電子稱量系統多由國外進口，主要供應商有德國EME公司、ZIP公司以及芬蘭的Raute Precision公司，這些公司的系統配置精良，控制手段先進，運行穩定，至今仍在一些高端生產線上應用。隨著國內經濟的發展，我國自主研發水平不斷提高，國內各家公司也開發了電子稱量系統。國內外系統的主要差別應該說在于控制方案和軟件的不同。眾所周知，衡量配料系統的主要參數是靜態精度和動態精度。靜態精度取決于稱量料斗的稱重傳感器，較易解決。目前國內的大部分系精度統均可達到1/2000以上，基本上能夠滿足生產工藝的要求。而由懸浮量的計算和修正決定的動態精度較難控制。在原料的料性穩定、濕度穩定、給料量均勻的情況下，懸浮量較易修正，但是多數情況下由原料自身、給料設備及天氣因素帶來的影響是無時不在的。

2、工業電氣自動化在熱端工藝的應用

熔化、錫槽、退火三大熱工領域以PLC、DCS甚至FCS為代表的計算機控制取代了常規模擬控制，在工廠廣泛應用。近年發展起來的現場總線、工業以太網等自動控制新興技術使得分布控制系統結構更容易地代替了集中控制。分布式體系結構可以將任務和故障最大程度地分散，從而提高了系統的可靠性。尤其是總線系統的應用能夠使得現場控制較為集中的地方采用遠程I/O的方式，大大減少了線纜的使用以及現場施工的難度，并可縮短施工周期。計算機控制系統的應用使得我們通過數據采集能夠對熱端的生產工藝狀態有詳實而全面的了解，在控制算法上，回路控制多采用PID算法，智能控制和先進技術在熱端也有一定的應用，并取得良好效果。通過這些手段能夠實現換向自動控制、窯溫控制、燃燒系統自動控制、窯壓自動控制、成型重要區域溫度控制、退火窯溫度自動控制等功能，在熱端控制系統中我們還借助了圖像分析等工業監控手段實現了對生產工藝過程的實時監控，成像分析與計算機處理學科以及工業過程控制的結合也幫助生產線實現了液面自動控制、板寬流量自動控制等有利于穩定生產工藝的技術。

在線連續檢測和監控儀表方面，生產線多采用溫度、壓力、流量等儀表，以及閥門調節器等執行機構實現對生產工藝的一次檢測及控制。在壓力、流量、溫度檢測儀表上，國外的產品多半帶有通訊功能可以使一次儀表與控制系統實現無縫聯接。2006年11月我國已批準PROFIBUS為我國匯流排標準。它的使用提高了系統的可靠性和資料的互換性，同時也對我國的其它電氣自動化產品的通訊界面提供了標準，可以更好地發揮自動化產品的作用，也為國內自主開發的電氣產品在通訊功能開發方面起到了推動作用，這些技術無論是在生產線上還是在工廠的輸配電系統中都有應用。變頻技術和新型調功技術的應用也對穩定生產、節約能耗做出了貢獻，調功技術的應用與控制系統的結合使得錫槽和退火窯的自動調溫成為可能。

3、工業電氣自動化在節能減排方面的應用

浮法玻璃生產屬于傳統制造行業，能耗較高，在我們這樣一個資源匱乏的大國，節能降耗意義深遠。玻璃工廠節能是一項系統工程，需要采取綜合技術措施，從原料優化、開發燃燒新技術、改進熔窯結構、實施富氧及全氧燃燒等方面共同推進。而這些技術的開發都離不開自動化產品及控制軟件技術的支持。近兩年來符合國家產業政策的余熱發電、脫硫除塵等技術在行業的應用也方興未艾，這些自主研發的技術在行業中已經有了初步的應用，并取得了一定的社會經濟效益，但是如何進行更深層次的有利于推動行業進步的研發以及行業推廣方面還存在問題。舉例來講，在余熱發電技術中如何降低自用電、提高熱—電轉換效能以及如何保持持續穩定發電等方面仍需做大量的工作。

4、工業電氣自動化在冷端工藝的應用

冷端最能夠體現自動化產品及技術在浮法生產線的應用，冷端功能的不斷完善和增加正是自動化產品及技術不斷發展并應用于實踐的結果。我們欣喜地看到冷端設備技術已經由上世紀90年代初的直流傳動、無法實現自控以及人工取片的落后方式發展到今天高效率、智能化、機械化的冷端控制技術。得益于控制產品的推陳出新及總線技術的日趨成熟，冷端生產線已經能夠實現板面缺陷監測、優化切割、跑偏跟蹤、加速分離、自動掰邊及縱掰縱分、自動落板、自動轉向、按質分類自動取片功能以及對退火窯速度的自動跟蹤功能。而除這些功能之外一個優異的冷端控制系統更應該能夠實現如下功能：

①故障的自診斷、自排除功能;

②設有多種輸送方案適應不同生產規模、不同產品規格的生產;

③設有方便工程技術人員進行了解生產狀況和事故分析的動態上位機監控畫面;

④實現對落板設備、堆垛設備等單體設備的智能調度工作，真正能夠實現對冷端設備的一體化管控;

⑤具有更好的安全性和高度的靈活性。

冷端設備一般有缺陷監測設備、隨動橫切機、加速分離及輸送輥道、掰邊及落板裝置、堆垛裝置及機械手取片裝置等多種設備組成。隨著國內浮法玻璃工業的長足發展，近年來國內的設備制造商在該領域中發展很快，從自動缺陷檢測裝備到末端的自動取板設備都有較好的國產化設備不斷出現，部分設備已出口到海外。這些裝備由不同的廠家提供，各有優勢。如何設置合理方案并將各單體設備發揮出最大效率實現上述功能，尤其是在產量大、取片周期短的大噸位生產線上能夠真正實現按質分類全自動化機械取板的目標？這就需要有一個先進的自動控制系統，也就是線控系統，它能夠使用先進的高精度多參數在線綜合測試技術與高響應速度的控制系統相結合，將邏輯判斷與人工智能現結合，在多方設備并存、控制較為復雜的條件下能夠起到控制全局，實現對多方設備管控一體的功能。一個優秀的線控方案要有合適的傳動設備布置方案相配合，在大多數情況下國內的浮法玻璃廠在選擇冷端傳動設備的時候并未考慮與線控方案的結合，因而會使線控功能受設備限制，導致取片方式及規格受限，降低了機械取板率進而使生產線的產品規格受限。線控系統是冷端設備技術的靈魂，它的優劣決定了冷端生產線的效率，對減少成品損耗、提高成品率及產品質量有這重要作用。

5、結語

自動化技術的發展應該緊密關注玻璃行業的技術發展和企業需求，在保障功能的前提下提升性能。為提高產品質量降低能耗、減少排放方面多做研究，不斷推出新的技術成果，以全面提高企業經濟效益，增強企業綜合競爭力。

參考文獻：

[1]劉煥章，閡翎.我國浮法玻璃外觀質量狀況.玻璃，2007，（5）：5-8

[2]劉志付.我國浮法玻璃行業產品質量狀況分析.玻璃，2008，（2）：4-8

（作者單位：河北省沙河玻璃技術研究院）