浅谈电气自动化在浮法玻璃工厂的应用

朱燕艳 金建红

摘要：现阶段，我国浮法玻璃生产中电气自动化的应用已经非常深入和广泛。浮法玻璃生产中集散控制系统和顺序逻辑控制系统的引入和发展、冷端自动化等技术的提高，使得我国的浮法玻璃生产有了飞跃性的发展。然而，受制于生产控制的策略和算法，在生产上还是略落后于发达国家，“工业4.0”在浮法玻璃生产中的应用和推广，会极大地促进玻璃行业的发展和进步。

关键词：电气自动化;浮法玻璃;工厂;应用

引言

我国是世界最大的平板玻璃生产国，目前约占全球总量的40%。预计至2009年底平板玻璃的总产量可达6.7亿重箱，其中浮法玻璃占总量的83%左右。随着我国平板玻璃产能的快速增长及产业结构的加速调整，电气自动化在玻璃行业的发展中发挥着越来越重要的作用。电气自动化在玻璃行业的应用轨迹与工艺路线、设备制造、生产流程和组织方式密切相关，它对生产优质玻璃，节能减排，降低玻璃成本，提高企业竞争力等具有重要而长远的意义。

1、浮法玻璃生产中电气自动化应用现状

浮法玻璃熔窑、锡槽以及退火窑三大热工生产设备中都有自动控制技术的应用，主要体现在采用计算机分布式控制系统对生产设备进行集中操作管理和分布控制。部分浮法玻璃企业引进了计算机联网监控系统，通过利用计算机网络技术对玻璃工厂的信息化监控管理，将工厂的监控视频系统与生产信息管理系统融合在一起，实现了对工厂生产的远程控制与管理。自动化控制技术的应用，可将玻璃生产中的“三大热工”的操作人员缩减为约15人/班。个别大集团中多生产线模式的玻璃厂，“三大热工”每班操作工仅8人，达到降低人工生产成本的目的。我国浮法玻璃生产的自动化控制设备及其配置水平，与发达国家相比还有一定差距。主要表现在：生产控制策略不够全面系统。浮法玻璃的生产工序衔接十分紧密，要想实现订单与原材料直接挂钩的同时并确保产品质量，则不能再强调热端和冷端的“前后主次”关系，而是应该依据冷端的订单目录，合理安排热端的生产投入，降低產品库存，并有的放矢地安排生产计划。目前，很多企业由于对生产过程中一些参数控制标准认识不够，导致控制的标准出现了偏差，影响了产品的生产进度和生产质量。而这也是由于生产企业对浮法玻璃生产工艺缺乏全面且系统的考虑所导致的。控制策略与算法亟待改进。由于其非线性和时变参数十分明显的特征，浮法玻璃生产三大热工设备（熔窑、锡槽、退火窑）的控制是一个十分复杂的研究课题。例如，即便是在窑炉结构已经稳定的状态下，玻璃液的熔化质量与熔窑的温度、燃烧状态、窑炉内的实时压力、火焰方向和液面的变化以及废气中余氧含量等有着完全非线性且十分紧密的联系。

2、电气自动化在浮法玻璃生产线的具体应用

2.1工业电气自动化在热端工艺的应用

熔化、锡槽、退火三大热工领域以PLC、DCS甚至FCS为代表的计算机控制取代了常规模拟控制，在工厂广泛应用。近年发展起来的现场总线、工业以太网等自动控制新兴技术使得分布控制系统结构更容易地代替了集中控制。分布式体系结构可以将任务和故障最大程度地分散，从而提高了系统的可靠性。尤其是总线系统的应用能够使得现场控制较为集中的地方采用远程I/O的方式，大大减少了线缆的使用以及现场施工的难度，并可缩短施工周期。计算机控制系统的应用使得我们通过数据采集能够对热端的生产工艺状态有详实而全面的了解，在控制算法上，回路控制多采用PID算法，智能控制和先进技术在热端也有一定的应用，并取得良好效果。通过这些手段能够实现换向自动控制、窑温控制、燃烧系统自动控制、窑压自动控制、成型重要区域温度控制、退火窑温度自动控制等功能，在热端控制系统中我们还借助了图像分析等工业监控手段实现了对生产工艺过程的实时监控，成像分析与计算机处理学科以及工业过程控制的结合也帮助生产线实现了液面自动控制、板宽流量自动控制等有利于稳定生产工艺的技术。近年来随着自动控制技术的不断发展以及对国外进口设备的消化理解，全自动拉边机已在成形工段广泛应用。全自动拉边机的使用大大提高了玻璃成形工段的生产效率，提高了玻璃的品质和生产稳定性。同时，把工艺知识、数学模型、专家经验和智能技术结合起来，对玻璃工艺尤其是玻璃熔窑过程建模和过程优化方面取得了一定的成果。针对玻璃窑炉的专家软件国内外均有开发，专家控制软件在窑温控制、窑压调节、空燃比寻优等方面都采取了特殊的数学建模，因而达到了更优的控制效果。专家控制软件的应用对提高熔窑的熔化率、提高玻璃质量、延长窑炉寿命、节能减排等都有着重要的意义。这方面国外公司有成功的应用案例如：西门子公司的PCS7系统专门开发了有关玻璃控制、分析、诊断的软件。国内的各院所及相关公司约有类似产品投入使用，其中秦皇岛玻璃研究设计院开发的与大型化熔窑相匹配的热端控制技术对提高产品质量、实现节能减排有较为显著效果。

2.2变频调速的应用

在浮法玻璃生产中，交流电机的使用占比较大。将交流变频调速技术应用到浮法玻璃生产中，可以有效降低浮法玻璃生产的能源消耗。并且通过使用自动化闭环技术来控制玻璃生产质量，可以及时对生产线的配料或者设备进行调整。在锡槽和退火窑工段采用智能电加热系统和模糊温度控制以及变频装置，相较于传统电气控制可节约用电15%。

2.3工业电气自动化在节能减排方面的应用

浮法玻璃生产属于传统制造行业，能耗较高，在我们这样一个资源匮乏的大国，节能降耗意义深远。玻璃工厂节能是一项系统工程，需要采取综合技术措施，从原料优化、开发燃烧新技术、改进熔窑结构、实施富氧及全氧燃烧等方面共同推进。而这些技术的开发都离不开自动化产品及控制软件技术的支持。近两年来符合国家产业政策的余热发电、脱硫除尘等技术在行业的应用也方兴未艾，这些自主研发的技术在行业中已经有了初步的应用，并取得了一定的社会经济效益，但是如何进行更深层次的有利于推动行业进步的研发以及行业推广方面还存在问题。举例来讲，在余热发电技术中如何降低自用电、提高热—电转换效能以及如何保持持续稳定发电等方面仍需做大量的工作。

结束语

随着时代发展和行业需求，在玻璃工业中全面实现自动化和智能化早已是大势所趋。尤其在浮法玻璃生产中，集散控制系统、冷端自动化、PLC和变频调速的应用不仅能够有效节约玻璃生产成本，实现玻璃工业的环保节能发展，而且能够增强企业的市场竞争优势，使企业可以实现可持续性的健康发展。此外，随着“工业4.0”在更多行业的应用和5G网络技术的普及，玻璃行业必将迎来一次巨大的工业变革。只有紧跟电气自动化的发展步伐，玻璃企业才能在未来的竞争中保持足够的竞争力，获得长足深远的发展。

参考文献

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