淺談電氣自動化在浮法玻璃工廠的應用

朱燕艷 金建紅

摘要：現階段，我國浮法玻璃生產中電氣自動化的應用已經非常深入和廣泛。浮法玻璃生產中集散控制系統和順序邏輯控制系統的引入和發展、冷端自動化等技術的提高，使得我國的浮法玻璃生產有了飛躍性的發展。然而，受制于生產控制的策略和算法，在生產上還是略落后于發達國家，“工業4.0”在浮法玻璃生產中的應用和推廣，會極大地促進玻璃行業的發展和進步。

關鍵詞：電氣自動化;浮法玻璃;工廠;應用

引言

我國是世界最大的平板玻璃生產國，目前約占全球總量的40%。預計至2009年底平板玻璃的總產量可達6.7億重箱，其中浮法玻璃占總量的83%左右。隨著我國平板玻璃產能的快速增長及產業結構的加速調整，電氣自動化在玻璃行業的發展中發揮著越來越重要的作用。電氣自動化在玻璃行業的應用軌跡與工藝路線、設備制造、生產流程和組織方式密切相關，它對生產優質玻璃，節能減排，降低玻璃成本，提高企業競爭力等具有重要而長遠的意義。

1、浮法玻璃生產中電氣自動化應用現狀

浮法玻璃熔窯、錫槽以及退火窯三大熱工生產設備中都有自動控制技術的應用，主要體現在采用計算機分布式控制系統對生產設備進行集中操作管理和分布控制。部分浮法玻璃企業引進了計算機聯網監控系統，通過利用計算機網絡技術對玻璃工廠的信息化監控管理，將工廠的監控視頻系統與生產信息管理系統融合在一起，實現了對工廠生產的遠程控制與管理。自動化控制技術的應用，可將玻璃生產中的“三大熱工”的操作人員縮減為約15人/班。個別大集團中多生產線模式的玻璃廠，“三大熱工”每班操作工僅8人，達到降低人工生產成本的目的。我國浮法玻璃生產的自動化控制設備及其配置水平，與發達國家相比還有一定差距。主要表現在：生產控制策略不夠全面系統。浮法玻璃的生產工序銜接十分緊密，要想實現訂單與原材料直接掛鉤的同時并確保產品質量，則不能再強調熱端和冷端的“前后主次”關系，而是應該依據冷端的訂單目錄，合理安排熱端的生產投入，降低產品庫存，并有的放矢地安排生產計劃。目前，很多企業由于對生產過程中一些參數控制標準認識不夠，導致控制的標準出現了偏差，影響了產品的生產進度和生產質量。而這也是由于生產企業對浮法玻璃生產工藝缺乏全面且系統的考慮所導致的。控制策略與算法亟待改進。由于其非線性和時變參數十分明顯的特征，浮法玻璃生產三大熱工設備（熔窯、錫槽、退火窯）的控制是一個十分復雜的研究課題。例如，即便是在窯爐結構已經穩定的狀態下，玻璃液的熔化質量與熔窯的溫度、燃燒狀態、窯爐內的實時壓力、火焰方向和液面的變化以及廢氣中余氧含量等有著完全非線性且十分緊密的聯系。

2、電氣自動化在浮法玻璃生產線的具體應用

2.1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。近年來隨著自動控制技術的不斷發展以及對國外進口設備的消化理解，全自動拉邊機已在成形工段廣泛應用。全自動拉邊機的使用大大提高了玻璃成形工段的生產效率，提高了玻璃的品質和生產穩定性。同時，把工藝知識、數學模型、專家經驗和智能技術結合起來，對玻璃工藝尤其是玻璃熔窯過程建模和過程優化方面取得了一定的成果。針對玻璃窯爐的專家軟件國內外均有開發，專家控制軟件在窯溫控制、窯壓調節、空燃比尋優等方面都采取了特殊的數學建模，因而達到了更優的控制效果。專家控制軟件的應用對提高熔窯的熔化率、提高玻璃質量、延長窯爐壽命、節能減排等都有著重要的意義。這方面國外公司有成功的應用案例如：西門子公司的PCS7系統專門開發了有關玻璃控制、分析、診斷的軟件。國內的各院所及相關公司約有類似產品投入使用，其中秦皇島玻璃研究設計院開發的與大型化熔窯相匹配的熱端控制技術對提高產品質量、實現節能減排有較為顯著效果。

2.2變頻調速的應用

在浮法玻璃生產中，交流電機的使用占比較大。將交流變頻調速技術應用到浮法玻璃生產中，可以有效降低浮法玻璃生產的能源消耗。并且通過使用自動化閉環技術來控制玻璃生產質量，可以及時對生產線的配料或者設備進行調整。在錫槽和退火窯工段采用智能電加熱系統和模糊溫度控制以及變頻裝置，相較于傳統電氣控制可節約用電15%。

2.3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。

結束語

隨著時代發展和行業需求，在玻璃工業中全面實現自動化和智能化早已是大勢所趨。尤其在浮法玻璃生產中，集散控制系統、冷端自動化、PLC和變頻調速的應用不僅能夠有效節約玻璃生產成本，實現玻璃工業的環保節能發展，而且能夠增強企業的市場競爭優勢，使企業可以實現可持續性的健康發展。此外，隨著“工業4.0”在更多行業的應用和5G網絡技術的普及，玻璃行業必將迎來一次巨大的工業變革。只有緊跟電氣自動化的發展步伐，玻璃企業才能在未來的競爭中保持足夠的競爭力，獲得長足深遠的發展。

參考文獻

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