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电控技术在玻璃行业应用现状及发展趋势
近年来,随着玻璃工业的迅猛发展,公司的业务范围不断扩大,在玻璃工厂这个庞大的身躯中,电控设备作为玻璃生产中的“神经系统”分布于玻璃生产的各个部分、各个环节,因此,国内外客户对电控专业的要求也在不断地提高。温故而知新,为了明确我们未来的发展方向,就必须对当前国内国际电控技术的发展水平及其在玻璃行业应用的现状有所了解。认真总结发展过程的经验与不足。从变配电所、原料、熔化、成形、退火、切裁到玻璃生产中的配套车间,全面总结电控的装备水平及运行效果。
1、 变配电所控制
高压开关柜基本上采用智能微机保护控制系统,电器元件均采用国产化产品。这些产品的性能指标及可靠性完全可以满足玻璃工厂的要求。变压器均采用节能型干式变压器或免维护油浸变压器,可以降低运行费用。从节约投资和运行费用出发,应适当减少车间变压器数量,联合车问设一个变电所即可满足要求。推广应用了高压微机消谐技术,提高了供电可靠性。推广应用了高压异步电动机就地电熔补偿技术,提高供电质量,节约能源。低压智能配电技术刚刚兴起。但投资较大且实际使用效果还有待观察,目前不适宜在玻璃厂推广应用。
目前业主投资玻璃工业园时,规划规模很大,许多项目开始设置l lOkV变电站,低温余热发电也逐渐兴起。
2、原料车间控制
目前我国玻璃工厂原料车间的电控设备基本上是独立运行和管理的,和玻璃生产的其它主要环节还没有建立起有机的联系,彼此之间相互封闭。即使在原料车问内部也是分为原料的输送控制系统、原料的配料控制系统及原料的混合控制系统三大部分,各部分之间是“铁路警察各管一段”。
原料输送系统的主要功能是将各种原料及混合好的配合料送人指定料仓的电磁振动给料机、皮带机、振动料斗、振打器、卸料门、除尘器及斗提等传送系统,这部分设备的控制目前主要是采用继电器控制,即使是在有的项目中采用了PLC控制,也只是继电器的替代品,虽然整个控制系统的可靠性有很
大提高,但就其实现的功能而言和以前的继电器控制并无多少提高。原料配合料控制系统是这三个系统中发展最好的一个系统。它主要有计算机、PLC、给料控制装置等组成,它充分利用了当今高速发展的计算机技术、通讯技术、智能仪表技术。整个配料工艺过程采用计算机集中管理,实现人机对话,并可在计算机屏幕及模拟屏上动态显示配料状态,设备运行情况,打印配料报告、生产报告、报警报表等。PLC和仪表之间采用总线连接使得系统通讯更安全,控制功能更完善,系统的可靠性和灵活性大大提高。目前玻璃行业正在使用的配料控制系统国外成套供应商有瑞士的梅特勒·托利多公司、德国EME公司和芬兰RautePrecision公司等。我国自主研发的配料系统由于采用了当今国际上先进的控制系统、称量仪表和控制软件,使得其控制水平和控制精度都已达到国外同行的先进水平而价格却大大的低于国外的同类产品,具有广阔的市场前景。
混合控制系统的发展情况比配料控制系统的发展状况略差一些,虽然国内产品还无法完全和国外先进产品进行竞争,但就其控制水平也已不比国外同行差。
从以上对三个系统现状分析来看,各部分的水平只要注意细节、规范电气设备质量是完全可以满足生产高质量浮法玻璃对原料制备的控制要求,未来原料车间电控技术的发展方向将是充分利用计算机技术、多媒体技术、通讯技术,选用精度高、长期稳定性好、可靠性强、功能齐全、现代化监控与管理控
制系统,把这三部分完全融合成一个整体,真正实现整个原料工艺过程的计算机分散控制集中管理,实现以输送、配料到混合全过程控制的自动化,最大限度地降低劳动强度,提高配合料的质量。
3、联合车间控制
在熔化、成形、退火工段,最主要的电控设备当属DCS系统。目前在玻璃行业正在使用的DCS系统既有以EMERSON的 DehaV系统、Foxboro的I/Al5series系统、西门子的PCS7系统等为代表的国际名牌产品,也有以北京和利时及浙大中控为代表的国内一线产品。这些产品都以其优质的品质、丰富的软件包功能得到了用户的认可。不过,我们现在使用的DCS系统,仍是一种模拟数字混合系统;从现场到控制系统之间的检测、反馈与操作指令等信号传递,仍然依靠大量的一对一的布线来实现。这种信号传递关系称之为信号传输,而不是数据通信,因此它存在着现场布线工作量特别大、抗干扰要求特别高,难以实现控制系统与现场仪表设备之间的信息交换。当前,由于现场总线技术的快速发展,现场总线控制系统FCS以其新型的全分布结构,它采用全数字通信,形成了从现场测控设备到监控计算机的全数字网络成为发展的趋势,使控制功能彻底下放到现场,依靠现场智能设备实现基本的控制功能,提高
系统的可靠性和灵活性。控制软件的开发应用,多年来,我们围绕着玻璃熔窑、锡槽、退火窑的控制系统开发了一系列应用软件。如“小扰动”换向控制程序、用于玻璃液位控制的模糊控制程序、用于流道玻璃液温度控制的前馈加模糊控制程序及在TG一2项目上新开发的退火温度曲线控制的专家智能控制软件等,这些软件的应用提高了系统的控制精度,但与国外的发展水平相比,我们的软件开发水平还处于低级阶段,还没有清醒地认识到这方面工作所产生的效益,存在着重硬件质量轻软件开发的传统观念;为了使凯盛品牌能长期雄踞于国内外玻璃市场,就必须转变认识,加大先进控制软件的开发力度,实现软硬件的均衡发展。
3.1变频器的应用
目前,变频器在玻璃工厂中得到了广泛的应用,主要用于投料机、拉边机、退火窑主传动等机械设备的无级调速,但在风机、水泵等应用场合仍没有得到充分的应用,而风机和水泵又是主要的耗能设备之一, 特别是风机类负载。其主要原因一是客户认为变频器价格高;二是客户对将变频器应用于风机、水
泵类负荷可大量节能了解不够。这里所说的节能是指由于变频器的采用而使整个调速系统实现节能,尤其是在较大功率系统中其节能的经济价值更为显著。
由流体力学可知,风量与转速成正比,风机的轴功率与转速的三次方成正比,也就是风量与风机轴功率的三次方成正比。例如,如果风量降低20%而风机的轴功率将下降到额定功率的51.2% ,当然还应考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的影响等,即使这样,这个节能的数字也是很可
观的;玻璃厂中使用的风机在设计时需要考虑到生产线寿命后期的使用要求,因此裕量留得比较大,而且随着电子技术、PWM技术的发展,变频器价格不断下降,而且在国家大力提倡节能降耗的政策rF,大力推广变频器在风机水泵类负荷上的应用就更有其实际意义。
另外,用变频器启动电机,对电机、电缆、开关等无冲击电流,设备健康水平大大提高,大大减少了设备的维护工作量和维护费用.同时,采用变频调速后实现了电机的低于额定转速运行,对电机轴承、冷却风机机械磨损大大降低,延长了电机风机等设备的使用寿命,这两方面也是交流变频调速系统经济价值的重要体现,而且易于构成过程控制和自动控制f因内置PID调节功能块、通汛接口等)。
3.2 电加热调功器的使用
电加热调功器被广泛应用于优质浮法玻璃生产线的锡槽和退火窑的电加热温度控制。以电加热丝为加热元件的锡槽及退火窑,由于加热元件为纯电阻负荷,因此采用变周期过零触发阻性负载调功器。而以硅碳棒为电加热元件的锡槽,由于需要与多抽头干式变压器配合使用,因此采用变定周期过零触发感性负载调功器。每个调功器均须留有通讯接口,以便与DCS联网通讯,不必采用模拟量联系信号,既费钱又容易受到信号干扰。需要注意的是,国内的一些浮法玻璃厂商,为了省钱,一味地压低价格,致使调功器供货商使用质次价低的调功器产品并在制作上偷工减料,造成在实际生产中无法满足控制要求。
3.3 冷端控制系统
冷端是平板玻璃生产中的重要环节,先进的冷端设备不仅自动化程度高、而且大大地降低工人的劳动强度而且还能最大限度地减少玻璃损耗,提高切裁率,从而为用户降低成本,创造良好的经济效益。国内自洛玻集团二线冷端采用自动化控制系统以来,大部分新建生产线都采用了以PLC为中央控制系统来实现冷端自动化控制,相继开发了应力仪、测厚仪、切割区控制系统、全自动掰边机、大中小片堆垛机等冷端设备及其自动化控制系统。这些设备及其控制系统用于对冷端要求不高的中档玻璃生产线是完全可以的,但与国外先进的冷端控制系统还存在不小的差距,特别是在整体控制系统及关键设备上无法满足国内高档浮法玻璃生产线的需要。如南玻、台玻的浮法生产线都是采用Grenzebach的冷端系统。冷端设备及其自动控制系统的设计开发与供货,由蚌埠凯盛机电负责,经过多年的艰苦努力,虽然也开发出了单机设备,如切割区设备、掰边机设备及其控制系统等,占据了一定的市场份额,客观地讲,总体水平不是很高,究其原因同样存在着重硬件投入轻软件开发的老毛病,而且设备开发的过程中机电各自开发,不能实现充分的协调,这个问题应引起重视。国内冷端控制系统的未来发展方向,直 F视差距充分吸收当今世界的最先进技术和设备,采用中西结合的方式,有重点地进口关键设备,把引进设备与国产设备珠联璧合,优势互补,开发出即能满足高端用户需要,又有自主知识产权的冷端系统。
4、 公用设施控制
在玻璃工厂中公用工程包括氮站、氢站、空压站、水泵房、锅炉房、煤气站或油站等,这些部分的电控是各自独立的,除氮气站采用计算机控制与管理外,其它车间基本上是采用继电器控制或PLC控制,它们之间是相互独立工作的。随着自动化水平的提高,各车间分别采用PLC控制,在适合的车间设置集中控制室,并设置集中管理计算机,把各车间的PLC或DCS通过通讯的方式连接起来,真正实现就地控制与集中管理。(为以后设置全公司不同地方生产线综合计算机管理系统,把各个部分的系统联成一体,组成全厂的管理网络,满足现代化生产的需要奠定了基础。
5、结束语
总体来说,局部自动化优化或说仅仅有某个单元或局部实现自动化或许可以让生产效率得到大幅度提升,但这是远远不够的,或说是不彻底的,把目光放得更长远一些,全厂一个中央控制室,各车间实现无人值班,在控制系统方面的发展才是这场自动化革新的根本所在,也许是企业减低成本、获得更高
利润的杀手锏。工业控制系统将朝着现代网络集成自动化系统结构的方向发展。由于现场总线具有巨大优势,依靠其灵活方便和功能丰富的组态功能以及可靠的网络通信能力,为工业自动化实施先进控制策略创造了条件,将在工业控制中获得广泛的应用。未来的玻璃工厂的电控将向集成化、数字化、智
能化、网络化和绿色方向发展。

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