工业电气自动化在浮法玻璃工厂的应用

王瑞璞

【摘  要】中国是全球最大的平板玻璃生产国，目前约占全球平板玻璃产量的40%。到2009年底，平板玻璃生产预计将达到6.7亿重箱，其中浮法玻璃占83%。随着平板玻璃生产能力的快速增长和产业结构调整的加快，电气自动化在玻璃产业的发展中发挥着越来越重要的作用。电气自动化在玻璃工业中的应用路径与工艺路线、设备制造、生产工艺和组织方式密切相关。基于此，本文主要对工业电气自动化在浮法玻璃工厂的应用进行分析探讨。

【关键词】工业电气自动化;浮法玻璃工厂;应用

1、工业电气自动化在原料工艺的应用

玻璃工厂的生产过程主要由原料工艺、热端工艺及冷端工艺组成。在生产过程中，配料系统占据着举足轻重的位置，配料结果将直接影响玻璃产品质量。随着自动化产品在配料系统中的应用和更新，它已经发展到了一个比较成熟的阶段，并在行业中广泛应用。配料自动控制系统一般由人机界面、称量传感器、控制中心以及基于PC的操作终端组成，并可以用无线技术实现移动终端远程操作的功能。随着工业网络的应用，目前已将各传感器及称重仪表等通过网络实现与控制中心的数据交换，从而大大提高了系统的响应速度。自动称量系统可实现配料部分、混合部分及配合料输送部分的全过程自动控制，系统配置的模拟屏和工业电视设备可以实现对原料生产过程的监控。

早期的电子称量系统多由国外进口，主要供应商有德国EME公司、ZIP公司以及芬兰的Raute Precision公司，这些公司的系统配置精良，控制手段先进，运行稳定，至今仍在一些高端生产线上应用。随着国内经济的发展，我国自主研发水平不断提高，国内各家公司也开发了电子称量系统。国内外系统的主要差别应该说在于控制方案和软件的不同。众所周知，衡量配料系统的主要参数是静态精度和动态精度。静态精度取决于称量料斗的称重传感器，较易解决。目前国内的大部分系精度统均可达到1/2000以上，基本上能够满足生产工艺的要求。而由悬浮量的计算和修正决定的动态精度较难控制。在原料的料性稳定、湿度稳定、给料量均匀的情况下，悬浮量较易修正，但是多数情况下由原料自身、给料设备及天气因素带来的影响是无时不在的。

2、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。

在线连续检测和监控仪表方面，生产线多采用温度、压力、流量等仪表，以及阀门调节器等执行机构实现对生产工艺的一次检测及控制。在压力、流量、温度检测仪表上，国外的产品多半带有通讯功能可以使一次仪表与控制系统实现无缝联接。2006年11月我国已批准PROFIBUS为我国汇流排标准。它的使用提高了系统的可靠性和资料的互换性，同时也对我国的其它电气自动化产品的通讯界面提供了标准，可以更好地发挥自动化产品的作用，也为国内自主开发的电气产品在通讯功能开发方面起到了推动作用，这些技术无论是在生产线上还是在工厂的输配电系统中都有应用。变频技术和新型调功技术的应用也对稳定生产、节约能耗做出了贡献，调功技术的应用与控制系统的结合使得锡槽和退火窑的自动调温成为可能。

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。

4、工业电气自动化在冷端工艺的应用

冷端最能够体现自动化产品及技术在浮法生产线的应用，冷端功能的不断完善和增加正是自動化产品及技术不断发展并应用于实践的结果。我们欣喜地看到冷端设备技术已经由上世纪90年代初的直流传动、无法实现自控以及人工取片的落后方式发展到今天高效率、智能化、机械化的冷端控制技术。得益于控制产品的推陈出新及总线技术的日趋成熟，冷端生产线已经能够实现板面缺陷监测、优化切割、跑偏跟踪、加速分离、自动掰边及纵掰纵分、自动落板、自动转向、按质分类自动取片功能以及对退火窑速度的自动跟踪功能。而除这些功能之外一个优异的冷端控制系统更应该能够实现如下功能：

①故障的自诊断、自排除功能;

②设有多种输送方案适应不同生产规模、不同产品规格的生产;

③设有方便工程技术人员进行了解生产状况和事故分析的动态上位机监控画面;

④实现对落板设备、堆垛设备等单体设备的智能调度工作，真正能够实现对冷端设备的一体化管控;

⑤具有更好的安全性和高度的灵活性。

冷端设备一般有缺陷监测设备、随动横切机、加速分离及输送辊道、掰边及落板装置、堆垛装置及机械手取片装置等多种设备组成。随着国内浮法玻璃工业的长足发展，近年来国内的设备制造商在该领域中发展很快，从自动缺陷检测装备到末端的自动取板设备都有较好的国产化设备不断出现，部分设备已出口到海外。这些装备由不同的厂家提供，各有优势。如何设置合理方案并将各单体设备发挥出最大效率实现上述功能，尤其是在产量大、取片周期短的大吨位生产线上能够真正实现按质分类全自动化机械取板的目标？这就需要有一个先进的自动控制系统，也就是线控系统，它能够使用先进的高精度多参数在线综合测试技术与高响应速度的控制系统相结合，将逻辑判断与人工智能现结合，在多方设备并存、控制较为复杂的条件下能够起到控制全局，实现对多方设备管控一体的功能。一个优秀的线控方案要有合适的传动设备布置方案相配合，在大多数情况下国内的浮法玻璃厂在选择冷端传动设备的时候并未考虑与线控方案的结合，因而会使线控功能受设备限制，导致取片方式及规格受限，降低了机械取板率进而使生产线的产品规格受限。线控系统是冷端设备技术的灵魂，它的优劣决定了冷端生产线的效率，对减少成品损耗、提高成品率及产品质量有这重要作用。

5、结语

自动化技术的发展应该紧密关注玻璃行业的技术发展和企业需求，在保障功能的前提下提升性能。为提高产品质量降低能耗、减少排放方面多做研究，不断推出新的技术成果，以全面提高企业经济效益，增强企业综合竞争力。

参考文献：

[1]刘焕章，阂翎.我国浮法玻璃外观质量状况.玻璃，2007，（5）：5-8

[2]刘志付.我国浮法玻璃行业产品质量状况分析.玻璃，2008，（2）：4-8

（作者单位：河北省沙河玻璃技术研究院）