玻璃窯爐自動控制系統(tǒng)論述

張靜 鄭冠軍

摘要：本文主要介紹了玻璃窯爐的工藝概況及自控系統(tǒng)的要求和手段，在玻璃窯爐的生產(chǎn)運行過程中，窯爐各參數(shù)的自動控制需要結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境及操作條件適當(dāng)調(diào)整，力求滿足工藝技術(shù)要求，在窯壓、液面等主要工藝參數(shù)調(diào)整的基礎(chǔ)上逐步完善其它各參數(shù)的調(diào)整精度，除了要考慮軟件程序的控制精度提高還要多了解使用精確度更高的智能儀器儀表、檢測設(shè)備及各類電控元器件，利于現(xiàn)場設(shè)備維護(hù)管理，同時優(yōu)化人機(jī)界面，力求玻璃窯爐既能滿足高效生產(chǎn)要求也能實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

關(guān)鍵詞：玻璃窯爐;窯壓控制;液面控制

中圖分類號：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）09-0010-02

玻璃窯爐是玻璃工業(yè)的重要技術(shù)裝備，玻璃窯爐結(jié)構(gòu)和控制手段的先進(jìn)性，對于玻璃工廠經(jīng)濟(jì)效益影響較大，蓄熱式馬蹄型池窯是我國日用玻璃行業(yè)普遍采用的一種爐型。我公司主要為蓄熱式馬蹄形池窯的的自動控制提供設(shè)計及安裝。

玻璃窯爐是配合料熔化、澄清的熱工設(shè)備，熱工制度的正確和穩(wěn)定是提高玻璃產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵之一，這是窯爐自動控制系統(tǒng)需要完成的首要任務(wù)，也是主要的工作內(nèi)容。玻璃熔制即將玻璃配混料經(jīng)過高溫加熱形成均勻的、無氣泡、無結(jié)石、無條紋的狀態(tài)以達(dá)到符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的程度、，并符合成型工藝要求的玻璃液的過程。對于玻璃工藝來講，要想獲得優(yōu)質(zhì)的玻璃制品必須加強(qiáng)熔制工藝的各項工作。

我們的窯爐控制系統(tǒng)針對多通道蓄熱室天然氣馬蹄焰窯爐，其主要目的是自動控制大爐溫度、壓力，天然氣流量監(jiān)測，二次風(fēng)的自動控制以及火焰槍換向控制，當(dāng)然還包括料道的溫度控制。窯爐控制回路包括：大爐溫度;二次風(fēng)控制;火焰換向操作;窯內(nèi)壓力;玻璃液面自動調(diào)節(jié);混合氣;其它檢測點和監(jiān)控等。下面就主要的窯內(nèi)壓力及玻璃液面的自動調(diào)節(jié)結(jié)合實踐作以探討。

我們使用的窯爐控制系統(tǒng)采用計算機(jī)儀表控制系統(tǒng)，主要由計算機(jī)、智能儀表、多路巡檢顯示儀表、PLC等組成，功能相對較多。采用西門子S7-1500系列PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)窯爐參數(shù)的監(jiān)測、計量和控制，IE1000觸摸屏通過編程把現(xiàn)場數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、過程控制和模擬儀表有機(jī)的結(jié)合起來，既能完成集中管理，顯示、調(diào)節(jié)及控制工藝參數(shù)，又能完成過程控制數(shù)據(jù)的報警、記錄、打印功能，同時控制柜的常規(guī)儀表和開關(guān)作為手動備用操作系統(tǒng)，使PLC自動控制和手動控制相對獨立又相互聯(lián)系而且切換無干擾，系統(tǒng)具有可靠性高、控制精度好、重復(fù)性強(qiáng)的特點。

1 窯壓自動控制

窯內(nèi)壓力控制在微正壓，可以防止冷空氣吸入和火焰外竄，保證爐溫和燃燒過程穩(wěn)定。一般采用微差壓變送器、調(diào)節(jié)器、電動執(zhí)行機(jī)器和煙道閘板等通過PLC構(gòu)成窯壓定值控制系統(tǒng)，使窯壓保持在0-+50pa范圍內(nèi)。池窯內(nèi)氣體介質(zhì)壓力值對于窯內(nèi)熱工狀況關(guān)系較大，較高的正壓力，會使窯內(nèi)熱量大量外逸，造成熱損失大，若窯內(nèi)壓力呈現(xiàn)負(fù)壓，吸入外界冷空氣。理想的壓力應(yīng)處于微正壓狀態(tài)，玻璃液面壓力0.5毫米水柱左右，碹頂處壓力稍大，為1-1.5毫米水柱。窯內(nèi)零壓點在排煙小爐噴火口處。影響窯內(nèi)壓力因素很多，有窯爐火焰空間熱負(fù)荷、蓄熱室結(jié)構(gòu)、煙囪高度等。窯爐運行中由于工藝因素也使窯內(nèi)壓力變化。如果因天氣影響，自然風(fēng)力加大，會造成煙囪抽力加大，使窯內(nèi)壓力變化;或者由于燃料消耗量增加或減少，也會造成窯壓的波動。

因此窯壓調(diào)節(jié)是一個多擾動對象，天氣的變化和爐內(nèi)溫度的變化都對窯壓產(chǎn)生影響，而且各種擾動都屬于比較敏感的小慣性環(huán)節(jié)。在設(shè)計上我們采用PID變頻調(diào)節(jié)規(guī)律，窯內(nèi)壓力由窯爐兩側(cè)引出，在導(dǎo)管均壓后，通大氣壓比較，由微差壓變送器檢測窯爐內(nèi)壓力作為輸入信號，通過改變煙道補(bǔ)風(fēng)口閥門的開度或者改變工藝條件，使窯壓保持在規(guī)定范圍內(nèi)。

在窯壓測量儀表的選用上，我們選擇了微差壓變送器，以前采用塞爾瑟斯品牌，出現(xiàn)了窯壓測量及控制不穩(wěn)定的情況，給玻璃窯爐生產(chǎn)帶來很大的困擾，后來采用了精度更高，測量更靈敏，反應(yīng)更快的羅斯蒙德品牌，窯壓控制的穩(wěn)定性得以改善。

窯壓控制點的選擇，玻璃池窯通常把控制點選在熔化部最后一對小爐與矮碹之間、池窯縱向中心線上的拱頂處，或在大爐前部三分之一處左右給出一測量管，我們選擇了前者。取壓裝置具備以下的特點：耐高溫;良好的密封性;較高的測量精度;便于消除積灰和冷凝水。

窯壓測量信號的處理：由于窯壓的測量極不穩(wěn)定，所以要對窯壓測量信號進(jìn)行濾波，濾波方法有三種：其一是在差壓變送器的輸入端設(shè)置機(jī)械阻尼器，其二是在差壓變送器的輸出端接入RC電氣阻尼環(huán)節(jié)，對電流信號進(jìn)行處理;其三是在差壓變送器的后面接上阻尼器，對電流信號進(jìn)行處理。

在各類窯爐中，窯壓調(diào)節(jié)裝置主要有幾類：一類是安裝在煙道中的升降閘板式窯壓調(diào)節(jié)裝置;另一類是風(fēng)機(jī)的風(fēng)門以及安裝在風(fēng)管或煙道中的轉(zhuǎn)動閘板式窯壓調(diào)節(jié)裝置;其它還有引風(fēng)機(jī)等作為窯壓的調(diào)節(jié)手段。我們一般采用安裝在煙道的控制窯壓的升降閘板，以前控制氣缸升降采用接近開關(guān)的信號，現(xiàn)在采用了帶磁環(huán)的氣缸，通過耐高溫磁性開關(guān)的信號控制氣缸的升降，具有故障率減小，控制穩(wěn)定安裝方便的特點。

2 玻璃液面自動調(diào)節(jié)

玻璃液面穩(wěn)定對于玻璃生產(chǎn)穩(wěn)定關(guān)系甚大，玻璃液面出現(xiàn)波動會帶來以下問題：

（1）玻璃液面處的耐火材料是氣相、液相、固相三相交界處，受料液化學(xué)侵蝕、料液波動機(jī)械磨損及火焰高溫作用，因而該處耐火材料侵蝕最為劇烈，液面穩(wěn)定性有利于減輕耐火材料侵蝕。

（2）在生產(chǎn)過程中液面下降，使火焰與玻璃液面交角加大，影響火焰與玻璃有名的接觸傳熱，同時液面下降使成型滴料重量減輕，影響制品質(zhì)量，因此，為穩(wěn)定生產(chǎn)，玻璃液面安裝液位檢測器與池窯加料機(jī)連鎖，根據(jù)液位升降調(diào)整加料量，以確保液位穩(wěn)定。

玻璃液面的測量方式目前有吹管式、固定探針式、光電式、射線式等檢測手段，現(xiàn)大都采用激光液位計來檢測玻璃液位，我們采用河北激光研究所生產(chǎn)的激光液面儀實現(xiàn)了液面的精確控制，使玻璃液面的控制精度大大提高。

玻璃液面自動控制系統(tǒng)的設(shè)計中，如果位式控制不能獲得所需的控制精度時，可以采用連續(xù)控制，具體做法是通過可控硅調(diào)整器控制直流電機(jī)帶動往復(fù)式投料機(jī)，或者由可控硅調(diào)整器直接控制振動式加料機(jī)實現(xiàn)連續(xù)加料，也可以通過變頻調(diào)速裝置控制交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整加料量。我們采用可控硅調(diào)整器直接控制振動式加料機(jī)實現(xiàn)了連續(xù)加料，加料機(jī)采用西門子S7-200PLC結(jié)合西門子IE700的HMI界面里設(shè)置了左中右加料位，可靈活方便設(shè)置各個位置的加料時間和加料速度，保障了液面控制的穩(wěn)定。

玻璃窯爐的自控系統(tǒng)的設(shè)計要充分考慮現(xiàn)場的條件及窯爐設(shè)計的工藝要求，必須具備隨生產(chǎn)工藝的調(diào)整而靈活改變的能力，從而滿足生產(chǎn)工藝要求，能夠充分體現(xiàn)目前窯爐控制的高水平，適合玻璃工廠的環(huán)境和操作條件，讓優(yōu)質(zhì)玻璃生產(chǎn)更節(jié)能更高效更環(huán)保。

Abstract：This paper mainly introduces the process overview of glass furnace and the requirements and means of the automatic control system.In the process of glass furnace production and operation，the automatic control of furnace parameters needs to be adjusted in combination with the field environment and operating conditions，so as to meet the technical requirements.On the basis of the adjustment of the main process parameters such as pressure and liquid surface，the adjustment accuracy of other parameters will be gradually improved.In addition to considering the improvement of the control accuracy of software programs，we must also know more about the use of more accurate intelligent instruments，detection equipment，and various electronic control components.It is beneficial to the on-site equipment maintenance and management，and at the same time optimize the human-machine interface，and strive for glass furnace not only to meet the requirements of efficient production but also to achieve energy conservation and environmental protection.

Key words：glass furnace;pressure control;liquid surface control