朱燕艷 金建紅

摘要：現(xiàn)階段，我國浮法玻璃生產(chǎn)中電氣自動(dòng)化的應(yīng)用已經(jīng)非常深入和廣泛。浮法玻璃生產(chǎn)中集散控制系統(tǒng)和順序邏輯控制系統(tǒng)的引入和發(fā)展、冷端自動(dòng)化等技術(shù)的提高，使得我國的浮法玻璃生產(chǎn)有了飛躍性的發(fā)展。然而，受制于生產(chǎn)控制的策略和算法，在生產(chǎn)上還是略落后于發(fā)達(dá)國家，“工業(yè)4.0”在浮法玻璃生產(chǎn)中的應(yīng)用和推廣，會(huì)極大地促進(jìn)玻璃行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化;浮法玻璃;工廠;應(yīng)用

引言

我國是世界最大的平板玻璃生產(chǎn)國，目前約占全球總量的40%。預(yù)計(jì)至2009年底平板玻璃的總產(chǎn)量可達(dá)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(chǎn)能的快速增長及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的加速調(diào)整，電氣自動(dòng)化在玻璃行業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。電氣自動(dòng)化在玻璃行業(yè)的應(yīng)用軌跡與工藝路線、設(shè)備制造、生產(chǎn)流程和組織方式密切相關(guān)，它對(duì)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)玻璃，節(jié)能減排，降低玻璃成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等具有重要而長遠(yuǎn)的意義。

1、浮法玻璃生產(chǎn)中電氣自動(dòng)化應(yīng)用現(xiàn)狀

浮法玻璃熔窯、錫槽以及退火窯三大熱工生產(chǎn)設(shè)備中都有自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在采用計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行集中操作管理和分布控制。部分浮法玻璃企業(yè)引進(jìn)了計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，通過利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)玻璃工廠的信息化監(jiān)控管理，將工廠的監(jiān)控視頻系統(tǒng)與生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)融合在一起，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工廠生產(chǎn)的遠(yuǎn)程控制與管理。自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，可將玻璃生產(chǎn)中的“三大熱工”的操作人員縮減為約15人/班。個(gè)別大集團(tuán)中多生產(chǎn)線模式的玻璃廠，“三大熱工”每班操作工僅8人，達(dá)到降低人工生產(chǎn)成本的目的。我國浮法玻璃生產(chǎn)的自動(dòng)化控制設(shè)備及其配置水平，與發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距。主要表現(xiàn)在：生產(chǎn)控制策略不夠全面系統(tǒng)。浮法玻璃的生產(chǎn)工序銜接十分緊密，要想實(shí)現(xiàn)訂單與原材料直接掛鉤的同時(shí)并確保產(chǎn)品質(zhì)量，則不能再強(qiáng)調(diào)熱端和冷端的“前后主次”關(guān)系，而是應(yīng)該依據(jù)冷端的訂單目錄，合理安排熱端的生產(chǎn)投入，降低產(chǎn)品庫存，并有的放矢地安排生產(chǎn)計(jì)劃。目前，很多企業(yè)由于對(duì)生產(chǎn)過程中一些參數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識(shí)不夠，導(dǎo)致控制的標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)了偏差，影響了產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)質(zhì)量。而這也是由于生產(chǎn)企業(yè)對(duì)浮法玻璃生產(chǎn)工藝缺乏全面且系統(tǒng)的考慮所導(dǎo)致的?？刂撇呗耘c算法亟待改進(jìn)。由于其非線性和時(shí)變參數(shù)十分明顯的特征，浮法玻璃生產(chǎn)三大熱工設(shè)備（熔窯、錫槽、退火窯）的控制是一個(gè)十分復(fù)雜的研究課題。例如，即便是在窯爐結(jié)構(gòu)已經(jīng)穩(wěn)定的狀態(tài)下，玻璃液的熔化質(zhì)量與熔窯的溫度、燃燒狀態(tài)、窯爐內(nèi)的實(shí)時(shí)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(lián)系。

2、電氣自動(dòng)化在浮法玻璃生產(chǎn)線的具體應(yīng)用

2.1工業(yè)電氣自動(dòng)化在熱端工藝的應(yīng)用

熔化、錫槽、退火三大熱工領(lǐng)域以PLC、DCS甚至FCS為代表的計(jì)算機(jī)控制取代了常規(guī)模擬控制，在工廠廣泛應(yīng)用。近年發(fā)展起來的現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)等自動(dòng)控制新興技術(shù)使得分布控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更容易地代替了集中控制。分布式體系結(jié)構(gòu)可以將任務(wù)和故障最大程度地分散，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。尤其是總線系統(tǒng)的應(yīng)用能夠使得現(xiàn)場(chǎng)控制較為集中的地方采用遠(yuǎn)程I/O的方式，大大減少了線纜的使用以及現(xiàn)場(chǎng)施工的難度，并可縮短施工周期。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得我們通過數(shù)據(jù)采集能夠?qū)岫说纳a(chǎn)工藝狀態(tài)有詳實(shí)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(jìn)技術(shù)在熱端也有一定的應(yīng)用，并取得良好效果。通過這些手段能夠?qū)崿F(xiàn)換向自動(dòng)控制、窯溫控制、燃燒系統(tǒng)自動(dòng)控制、窯壓自動(dòng)控制、成型重要區(qū)域溫度控制、退火窯溫度自動(dòng)控制等功能，在熱端控制系統(tǒng)中我們還借助了圖像分析等工業(yè)監(jiān)控手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)工藝過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，成像分析與計(jì)算機(jī)處理學(xué)科以及工業(yè)過程控制的結(jié)合也幫助生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了液面自動(dòng)控制、板寬流量自動(dòng)控制等有利于穩(wěn)定生產(chǎn)工藝的技術(shù)。近年來隨著自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展以及對(duì)國外進(jìn)口設(shè)備的消化理解，全自動(dòng)拉邊機(jī)已在成形工段廣泛應(yīng)用。全自動(dòng)拉邊機(jī)的使用大大提高了玻璃成形工段的生產(chǎn)效率，提高了玻璃的品質(zhì)和生產(chǎn)穩(wěn)定性。同時(shí)，把工藝知識(shí)、數(shù)學(xué)模型、專家經(jīng)驗(yàn)和智能技術(shù)結(jié)合起來，對(duì)玻璃工藝尤其是玻璃熔窯過程建模和過程優(yōu)化方面取得了一定的成果。針對(duì)玻璃窯爐的專家軟件國內(nèi)外均有開發(fā)，專家控制軟件在窯溫控制、窯壓調(diào)節(jié)、空燃比尋優(yōu)等方面都采取了特殊的數(shù)學(xué)建模，因而達(dá)到了更優(yōu)的控制效果。專家控制軟件的應(yīng)用對(duì)提高熔窯的熔化率、提高玻璃質(zhì)量、延長窯爐壽命、節(jié)能減排等都有著重要的意義。這方面國外公司有成功的應(yīng)用案例如：西門子公司的PCS7系統(tǒng)專門開發(fā)了有關(guān)玻璃控制、分析、診斷的軟件。國內(nèi)的各院所及相關(guān)公司約有類似產(chǎn)品投入使用，其中秦皇島玻璃研究設(shè)計(jì)院開發(fā)的與大型化熔窯相匹配的熱端控制技術(shù)對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排有較為顯著效果。

2.2變頻調(diào)速的應(yīng)用

在浮法玻璃生產(chǎn)中，交流電機(jī)的使用占比較大。將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到浮法玻璃生產(chǎn)中，可以有效降低浮法玻璃生產(chǎn)的能源消耗。并且通過使用自動(dòng)化閉環(huán)技術(shù)來控制玻璃生產(chǎn)質(zhì)量，可以及時(shí)對(duì)生產(chǎn)線的配料或者設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。在錫槽和退火窯工段采用智能電加熱系統(tǒng)和模糊溫度控制以及變頻裝置，相較于傳統(tǒng)電氣控制可節(jié)約用電15%。

2.3工業(yè)電氣自動(dòng)化在節(jié)能減排方面的應(yīng)用

浮法玻璃生產(chǎn)屬于傳統(tǒng)制造行業(yè)，能耗較高，在我們這樣一個(gè)資源匱乏的大國，節(jié)能降耗意義深遠(yuǎn)。玻璃工廠節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要采取綜合技術(shù)措施，從原料優(yōu)化、開發(fā)燃燒新技術(shù)、改進(jìn)熔窯結(jié)構(gòu)、實(shí)施富氧及全氧燃燒等方面共同推進(jìn)。而這些技術(shù)的開發(fā)都離不開自動(dòng)化產(chǎn)品及控制軟件技術(shù)的支持。近兩年來符合國家產(chǎn)業(yè)政策的余熱發(fā)電、脫硫除塵等技術(shù)在行業(yè)的應(yīng)用也方興未艾，這些自主研發(fā)的技術(shù)在行業(yè)中已經(jīng)有了初步的應(yīng)用，并取得了一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，但是如何進(jìn)行更深層次的有利于推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步的研發(fā)以及行業(yè)推廣方面還存在問題。舉例來講，在余熱發(fā)電技術(shù)中如何降低自用電、提高熱—電轉(zhuǎn)換效能以及如何保持持續(xù)穩(wěn)定發(fā)電等方面仍需做大量的工作。

結(jié)束語

隨著時(shí)代發(fā)展和行業(yè)需求，在玻璃工業(yè)中全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化早已是大勢(shì)所趨。尤其在浮法玻璃生產(chǎn)中，集散控制系統(tǒng)、冷端自動(dòng)化、PLC和變頻調(diào)速的應(yīng)用不僅能夠有效節(jié)約玻璃生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)玻璃工業(yè)的環(huán)保節(jié)能發(fā)展，而且能夠增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，使企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性的健康發(fā)展。此外，隨著“工業(yè)4.0”在更多行業(yè)的應(yīng)用和5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，玻璃行業(yè)必將迎來一次巨大的工業(yè)變革。只有緊跟電氣自動(dòng)化的發(fā)展步伐，玻璃企業(yè)才能在未來的競(jìng)爭(zhēng)中保持足夠的競(jìng)爭(zhēng)力，獲得長足深遠(yuǎn)的發(fā)展。

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