PCS7在浮法玻璃生产线热端DCS中的应用

1 系统概述

本案是为成都南玻玻璃有限公司1000T/D浮法玻璃生产线配套完整的热端控制系统, DCS系统完成对浮法玻璃热端生产过程及公用设施的监控, 包括对生产过程运行参数的显示和设置、阀位状态的监视和控制、现场仪表的数据采集等。整个热端包括三个工艺工段:熔化工段、成行工段和退火工段。其中熔化工段单独配置一套SI MATIC PCS7 AS417-4-2H容错自动化系统, 成型工段及退火工段共用一套SIMATIC PCS7 AS417-4-2H容错自动化系统。DC S系统的上位计算机监控系统是由3台操作员站 (OS) 、1台工程师站 (ES) 等组成, 各控制子系统共享O S、ES、网络通信、打印机等上位监控系统设备及软件。中央控制室的4台PC机与2套冗余控制器通过工业以太网来交换传递监控信息。

2 系统结构与配置

案例中的通讯网络分为:信息层和控制层。信息层运用以太网, 用于整个热端工艺的数据采集、监控和软件程序的编写与修改;控制层运用PROFIBUS-DP总线、远程I/O网络, 用于硬件主站与各I/O从站的链接和控制命令的发布。

系统由两套PCS7系统构成, 熔化工段配置一套SIMATIC PCS7 AS417-4-2H容错自动化系统, 成型工段及退火工段配置一套SIMATIC PCS7 AS417-4-2H容错自动化系统。

熔化工段DCS系统采用一套SIMATIC PCS7 AS417-4-2H容错自动化系统, 通过冗余PROFIBUS-DP网络接5个ET200M分布式I/O机架。退火和成型工段DCS系统采用一套SIMATIC PCS7 AS417-4-2H容错自动化系统, 通过冗余PROFIBUS-DP网络接7个ET200M分布式I/O机架。AS417-4-2 H容错系统对CP U、电源、PR OF IB U-DP接口、以态网接口进行冗余配置;冗余控制系统中的两个控制器都可以通过冗余的PROFIBUS-DP网络访问分布式I/O模块, 如果其中一个控制器发生故障, 另一控制器立即切换对I/O模块的控制。本系统现场信号通过PCS7分布式外围设备ET200M接入控制系统, ET200M采用单通道I/O切换模式配置, 通过冗余PROFIBUS-DP网络连接到A S 4 1 4-4-2 H冗余自动化系统。ET200M具有在线热插拔功能, 由导轨、有源总线模板及相关网络接口、输入/输出模块组成, 所有输出/输出模块与背板总线光学隔离。

DCS系统的上位计算机监控系统是由3台操作员站 (OS) 、1台工程师站 (ES) 等组成, 每台客户机OS采用相同的硬件配置, 安装相同的上位监控软件, 进行相同的组态, 完成相同的监控功能。上位计算机采用DELL商用计算机, 内装CP1613以太网卡。系统配置如图1。

4台上位PC是中央控制室的主要构成对象, 中央控制室承担了数据管理、车间数据采集、报警、趋势、数据记录等工作。操作员通过操作终端可详细了解整个工序的生产运作情况, 并可下达控制指令, 指挥整个车间的生产, 实现车间自动化控制。

中央控制室主要完成以下功能: (1) 控制操作:在中央控制室能对全系统被控对象进行在线实时监控, 如启停某一设备, 手动或自动执行顺序控制等。 (2) 显示功能:用形象生动的图形实时显示生产线的工艺流程, 并能在流程图上选择弹出的多级详细控制参数, 动态显示各工艺控制参数的数字、报警状态及实时趋势等。 (3) 数据管理:能建立生产的数据库、操作信息库和故障信息库。 (4) 数据处理:利用实时数据和历史数据, 计算主要的生产指标, 如天然气的班累计用量, 天累计用量。 (5) 报警功能:各监控数据依照工艺需求, 设定报警的上下限值当出现报警时, 屏幕显示报警信息, 部分数据还伴有声光报警。打印机可输出报警的相关数据。 (6) 安全功能:按不同的操作级别分级加密, 并记录所有操作信息。

3 系统完成的功能

浮法玻璃生产的成型过程是在通入保护气体 (N2及H2) 的锡槽中完成的。玻璃原料经投料机粉碎后投放到通道中, 通过通道上的传送带将玻璃原料投入熔窑, 在熔窑中经过充分加温熔化后变成玻璃液, 玻璃液离开熔窑进入流液道, 熔融玻璃从池窑中连续流入并漂浮在相对密度大的锡液表面上, 在重力和表面张力的作用下, 玻璃液在锡液面上铺开、摊平、形成上下表面平整玻璃板, 经硬化、冷却后被引上过度辊台。辊台的辊子转动, 把玻璃带拉出锡槽进入退火窑, 经退火、切裁, 就得到平板玻璃产品。

熔化工段中配合料熔化成玻璃液, 再经澄清均化、冷却后通过玻璃液流入锡槽成型。燃料为天然气, 由喷枪喷出配以一定比例的助燃风, 使其充分燃烧, 来使熔窑温度达到工艺要求的温度。熔窑南北各有8个小炉, 每个小炉有3个喷枪。工艺要求南侧、北侧交替燃烧, 换向时间可调 (一般为20分钟) , 换向控制工艺复杂, 控制参数多, 如何保证在换向时控制系统的稳定, 做到无扰动切换, 保证熔窑温度稳定成为关键。

天然气流量, 助燃风流量, 窑压控制等正常燃烧时采用PID控制, 换向时工艺参数发生较大变化, 相关的控制如不做处理会出现激剧烈振荡。换向时需变换控制方式的有8个天然气流量控制, 8个助燃风流量控制, 窑压控制等。换向程序用SFC编制, 换向时序:

预警—开吹扫—开缷天然气、关天然气—关吹扫—换向—开总天然气、关缷油天然气。

进入换向时, 天然气流量, 助燃风流量, 窑压等控制从自动控制切换为手动控制, 保持输出锁定, 直至换向过程完成。换向过程完后, 天然气流量, 助燃风流量, 窑压等控制从手动控制切换为自动PID控制。为保证窑压系统的稳定性, 换向期间调压闸板需锁定, 并按先关小, 再开大的工艺曲线控制闸门开度。

4 结语

成都南玻超白光伏玻璃有限公司1000T/D浮法玻璃生产线DCS控制系统的难点和重点主要有两方面:一是要切实保证设备运行的安全性, 在生产过程中出现微小的故障都可能产生重大的安全事故和巨大的经济损失;二是自控系统复杂的连锁关系, 如何保障熔炉的顺利换火、如何使窑压和液面在换向过程中处于相对稳定的状态。通过PCS7过硬的硬件基础和完善的软件系统灵活的实现了复杂的连锁控制和顺序逻辑控制。同时系统设计合理、安全可靠减轻了操作工人的劳动强度, 降低了设备运行的故障率, 提高了车间的生产效率最终得到了用户的一致好评。该项目已验收并于2009年9月正式投入运行。

摘要：本文介绍的是用DCS控制的浮法玻璃生产线热端的一种控制方式。采用西门子自动化公司的PCS7和以太网、PROFIBUS总线, 可以轻松实现对浮法生产线热端的监测、控制和管理。

关键词：PCS7,热端DCS,浮法玻璃,换向