浮法玻璃生產(chǎn)線的主要電氣控制技術(shù)

浮法玻璃生產(chǎn)線的主要電氣控制技術(shù)一、 概述隨著國內(nèi)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城鄉(xiāng)居民生活水平的不斷提高，對平板玻璃需求的數(shù)量和質(zhì)量也不斷提高。眾所周知，由于玻璃具有透明的特點，使它獲得了十分廣泛的用途。過去平板玻璃制造的方法主要是以下兩種，窗玻璃法和壓延磨光法。窗玻璃法，顧名思義就是用作一般住宅的窗玻璃用，因它是用有槽、無槽、平拉以及旭法生產(chǎn)的，這種玻璃具有自然光澤的表面，但由于其成型方法固有的原因，使制得的玻璃很難避免波筋和條紋等缺陷，使得通過玻璃觀察的物體產(chǎn)生了畸變現(xiàn)象，限制了這種玻璃的用途。為了滿足汽車、飛機和建筑等的需要，只能再通過研磨拋光處理，這是很不合理的。壓延、磨光玻璃法，是指玻璃液經(jīng)過無花紋的上下兩個鋼輥滾壓成型，退火的玻璃再經(jīng)研磨拋光制得機械磨光玻璃。由于壓延玻璃是經(jīng)滾壓成型的，大大降低了它的透明度。一般只適用于衛(wèi)生間和不希望室外能看見室內(nèi)的建筑。這種經(jīng)研磨拋光的玻璃表面平整而無波筋，質(zhì)量優(yōu)美，過去被廣泛應(yīng)用于高級建筑和汽車等。但由于它建設(shè)投資大、生產(chǎn)成本高，因此也限制了它更普遍的使用。許多科技工作者，就設(shè)想將上述兩種工藝方法的優(yōu)點綜合起來，發(fā)明一種生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)異而價格又便宜的平板玻璃的方法，來滿足日益擴大的需求。二、 浮法工藝的產(chǎn)生和發(fā)展英國皮爾金頓(Pilkington)平板玻璃兄弟有限公司的阿拉斯塔?皮爾金頓，于1952年一次偶然的機會，看到一層油漂浮在水面上，于是這種浮法的設(shè)想就在他的腦子里產(chǎn)生了。該公司根據(jù)這一設(shè)想，于1953年開始著手試驗。據(jù)報道該公司集中了大批科技人員，經(jīng)過七年多的不斷努力，花了400萬英鎊的巨資，終于發(fā)明了一種生產(chǎn)平板玻璃的革命性方法一浮法工藝。用該方法生產(chǎn)的平板玻璃稱為浮法玻璃。它是因熔化后的玻璃液漂浮在熔融錫液表面獲得拋光成型而得名的。浮法制得的玻璃表面平整而無波筋，與機械磨光玻璃相比較，只要有以下六個優(yōu)點：1：建設(shè)快。一般只需一年時間。2：投資省。只需相同規(guī)模的雙面連續(xù)磨光玻璃線的一半。3：質(zhì)量好。浮法玻璃的平整度、平行度、透光度完全可與機械磨光玻璃相媲美，而機械強度和熱穩(wěn)定性等卻要比機械磨光玻璃好。4：產(chǎn)量高。產(chǎn)量主要取決于熔窯的熔化量和玻璃帶成型的拉引速度。國外浮法玻璃生產(chǎn)線的熔窯熔化量為400~900t/d,而我國的一般為200~700t/d。5：成本低。比機械磨光玻璃低得多，基本與普通窗玻璃接近。6：品種多。用浮法可以生產(chǎn)0.55?25mm的優(yōu)質(zhì)平板玻璃；而機磨很難生產(chǎn)薄于4mm玻璃。同時，浮法還可以生產(chǎn)各種本體著色和在線鍍膜玻璃。由于浮法工藝具有明顯優(yōu)點，所以使用磨光玻璃的地方，絕大部分已被浮法玻璃取代了。英國皮爾金頓玻璃公司，通過自建和出售專利使用許可證，占領(lǐng)了全世界36個國家和地區(qū)，建成投產(chǎn)了近200條浮法玻璃生產(chǎn)線。但是，唯獨我國的浮法工藝技術(shù)是在獨立自主、自力更生下發(fā)明成功的。在60年代中期，我國曾派代表團去英國皮爾金頓玻璃公司考察，洽談購買浮法專利事宜，但該公司當(dāng)時認(rèn)為中國建浮法玻璃生產(chǎn)線為時過早。因此，當(dāng)時的建材部決定組織自己的科技力量進行試驗研究。差不多也用了7年時間，經(jīng)過實驗室的小型試驗、中間工業(yè)性試驗和生產(chǎn)性試驗三個階段，成功地生產(chǎn)出了浮法玻璃。1981年4月通過了國家級技術(shù)鑒定，獲國家發(fā)明二等獎。由于該生產(chǎn)試驗線是在洛陽玻璃廠試驗成功的，故定名為“洛陽浮法玻璃工藝”。并已獲得國際公認(rèn)。自此，我國的玻璃工業(yè)取得了長足的發(fā)展，從80年代后期開始，我國的浮法玻璃工藝技術(shù)，已向發(fā)展中國家出口。中國新型建材杭州設(shè)計研究院是“洛陽浮法工藝”的主要發(fā)明單位。三、浮法玻璃生產(chǎn)線玻璃原材料經(jīng)過制備、電子稱量及混合、玻璃熔窯熔化、錫槽浮法成型、退火窯退火后輸送到冷端切割包裝，完成玻璃生產(chǎn)過程。1:原料工藝及控制原料質(zhì)量的優(yōu)劣是關(guān)系到浮法玻璃生產(chǎn)能否優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵。玻璃化學(xué)成分主要氧化物是氧化硅、氧化鈉和氧化鈣，此外還有氧化鋁、氧化鎂和微量的氧化鉀。所以其原料主要為硅砂、長石、白云石、石灰石、純堿、芒硝、碳粉等。原料均化系統(tǒng)由礦山開采、廠內(nèi)儲存、原料加工、配合料制備四大環(huán)節(jié)構(gòu)成。玻璃配合料的制備包括配料和混合兩個工藝過程。稱量方式可以采用“增量法”，即稱完一次料，將料卸出；也可采用卸料時計量，即：減量法。目前現(xiàn)代化的玻璃配料系統(tǒng)均采用多級計算機完成配合料制備的過程控制。一般下位采用高智能配料控制裝置，如瑞士的梅特勒?托利多、德國的飛利浦公司產(chǎn)品等。功能強大的上位控制系統(tǒng)，實時顯示配料全過程，原料成分分析、計算，采集和存儲生產(chǎn)數(shù)據(jù)，故障報警，操作指令輸出，與上一級工廠綜合管理計算機聯(lián)網(wǎng)。另外PLC可編程控制器在整個集散系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)重要作用，即除稱量過程外，大部分配料制備的時序動作是由它來完成的。要使配料完成后的混合料均勻，必須經(jīng)過混合，強制式混合機又是其中的關(guān)鍵設(shè)備，采用PLC控制，并可實現(xiàn)自動定量加水和蒸汽。但其中不宜直接加入碎玻璃，故一般碎玻璃都加到輸送到熔窯料倉皮帶輸送機的混合料上，容積法、稱量法均可。碎玻璃是起引子的作用，有它才能生產(chǎn)出玻璃來。所以對最早玻璃的來源，與先有雞還是先有蛋的猜測一樣，就有了許多的猜測和傳說。2：玻璃熔窯及控制原料在熔窯內(nèi)熔化，形成玻璃液。熔窯是玻璃工廠的心臟。熔窯熱點區(qū)的最高溫度可達1600°C或更高。熔窯的熔化量目前可達700~900t/d，窯齡在6~8年以上。熔窯從前往后，分別是投料池，熔化部（熔窯的關(guān)鍵，其結(jié)構(gòu)包括大碹、碹碴、胸墻、池壁、池底、鋼結(jié)構(gòu)），卡脖、冷卻部。小爐和蓄熱室是熔窯結(jié)構(gòu)的重要組成部分。小爐是使氣體或液體燃料流和助燃空氣流各自以一定合適的速度噴向熔窯空間，邊混合，邊燃燒的裝置。蓄熱室是一種熱回收裝置。另外，煙道和煙囪是熔窯的排氣系統(tǒng)。配合料在熔窯中熔成玻璃的過程，需要大量的熱量。其燃料主要采用高熱值燃料一重油和天然氣。還有發(fā)生爐煤氣。燃燒器的設(shè)計選型及其布置安裝方式，不僅直接影響玻璃的熔化效率，對節(jié)能和操作維修都有直接關(guān)系。利用人工控制和自動控制手段，維持合理的熔化溫度曲線，保證有穩(wěn)定的溫度、穩(wěn)定的窯壓、穩(wěn)定的液面和穩(wěn)定的泡界限是熔化操作的重要任務(wù)。目前，國內(nèi)的浮法熔窯大都采用DCS控制系統(tǒng)（一般都是與錫槽、退火窯等共用一套熱端DCS系統(tǒng)），按照最佳作業(yè)條件對熔化中多因素的變化的全過程實行自動控制和監(jiān)視。其組態(tài)軟件有和力時、貝利、霍尼韋爾等公司的產(chǎn)品。另裝備工業(yè)電視系統(tǒng)，用以觀察窯內(nèi)火焰形狀和變化以及配合料熔化情況。熔窯的控制系統(tǒng)有：①投料方式與液面控制。主要方式有鉑金針式玻璃液位測量及調(diào)節(jié)系統(tǒng);光電式玻璃液位測量及調(diào)節(jié)系統(tǒng);氣動式玻璃液位測量及調(diào)節(jié)系統(tǒng)；圖象分析式玻璃液位計。②熔窯燃燒控制。碹頂溫度、玻璃液溫度、煙氣中氧含量等熱工參數(shù)的檢測；燃油系統(tǒng)（整個系統(tǒng)具有自動溫壓、溫度控制、粘度測量以及自動調(diào)節(jié)流量和換向等功能）；霧化系統(tǒng)；助燃空氣系統(tǒng)；成型區(qū)玻璃液溫度微調(diào)系統(tǒng)。③壓力的檢測和控制。④換向系統(tǒng)。⑤冷卻風(fēng)系統(tǒng)。3：錫槽及玻璃成型控制錫槽是浮法玻璃生產(chǎn)最關(guān)鍵的熱工設(shè)備。它是盛有錫液的矩形或前寬后窄中間收縮的喇叭型槽子。因為錫液在高溫下極易氧化，所以錫槽空間必須充滿防止錫液氧化的保護氣體（氮氫混合氣），并保持微正壓；同時，必須采取嚴(yán)格的密封措施和不斷補充新鮮的保護氣體。錫槽不能用普通燃料加熱，而只能用電加熱。錫槽的可調(diào)性是指錫槽的縱向和橫向的溫度調(diào)節(jié)、玻璃液流量、保護氣體用量及其配比、以及玻璃帶在錫槽中的形狀和尺寸的控制等等。錫槽的工藝分區(qū)為拋光區(qū)；預(yù)冷區(qū)；拉薄（或增厚）成型區(qū)；冷卻區(qū)。優(yōu)質(zhì)的熔融玻璃液由熔窯末端經(jīng)流液道和流槽，然后進入錫槽。此時，玻璃液溫度約為1050°C，相應(yīng)的粘度為1000Pa?s，玻璃液在重力和表面張力共同作用下，逐漸攤開展平，約經(jīng)1min，便能形成表面平整、光潔如鏡的玻璃帶。此時，如果無其它外力作用，對鈉鈣硅玻璃而言，其最終厚度約為7mm，稱為浮法玻璃的平衡厚度。如果有其它外力作用，則可根據(jù)施加于玻璃帶上力的方向及其大小的不同，獲得需要厚度的浮法玻璃。一般采用機械拉邊法，在玻璃帶適當(dāng)位置設(shè)置若干對拉邊機，對玻璃帶兩邊施加橫向拉力，同時適當(dāng)加快玻璃帶拉引速度把玻璃拉薄。拉制玻璃越薄，使用的拉邊機臺數(shù)越多。玻璃帶需在錫槽內(nèi)冷卻到600°C左右，才能離開錫槽，進入過渡輥臺和退火窯。4：退火窯及電氣控制玻璃退火的目的是消除玻璃制品中的殘余內(nèi)應(yīng)力和光學(xué)不均勻性，以及穩(wěn)定玻璃內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。內(nèi)應(yīng)力，是由不均勻的冷卻條件所產(chǎn)生的。將玻璃置于退火溫度下，進行熱處理和采取適宜的冷卻制度，這種內(nèi)應(yīng)力可以減少或消除。目前國內(nèi)外的退火窯，主要是磚結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)退火窯。而且均采用隧道式輥道退火窯，玻璃帶由輥道支承，并隨著輥道的轉(zhuǎn)動前進。窯內(nèi)設(shè)置加熱、冷卻裝置。退火窯的工藝分區(qū)為加熱均熱預(yù)退火區(qū)（A區(qū)）；重要冷卻區(qū)（B區(qū)）；冷卻區(qū)（后退火區(qū)，C區(qū)）；過渡區(qū)（D區(qū)）；熱風(fēng)循環(huán)強制對流冷卻區(qū)（Ret區(qū)）；自然冷卻區(qū)（E區(qū)）；室溫風(fēng)強制對流冷卻區(qū)（F區(qū)）。退火窯各點溫度均采用雙支熱電偶進行測量，這是為了避免測量顯示干擾控制而設(shè)置的。A、B、C區(qū)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)置有加熱和冷卻兩種功能，這與一般溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)有所差別。D、E區(qū)既無加熱也無冷卻裝置。Ret區(qū)是利用窯內(nèi)的熱空氣，配以一定量的新鮮室溫空氣，通過風(fēng)機將一定溫度的熱空氣重新噴吹在玻璃帶上。F區(qū)是利用車間內(nèi)的室溫空氣，通過控制冷卻風(fēng)量直接噴吹在玻璃帶上。退火窯輥道及其傳動裝置的作用主要是運送玻璃帶，在退火窯內(nèi)進行徐徐退火，并與錫槽內(nèi)拉邊機等設(shè)備相配合。按產(chǎn)品板厚要求，連續(xù)平穩(wěn)地拉引錫槽內(nèi)的玻璃帶。目前的傳動控制系統(tǒng)一般都是采用交流變頻調(diào)速的最新技術(shù)來實現(xiàn)的。5：冷端設(shè)備及自動控制冷端設(shè)備主要執(zhí)行退火后的玻璃帶的各種檢測（在線應(yīng)力、板厚、板邊位置跟蹤及缺陷檢測等），切裁掰斷（橫切、縱切、掰斷、掰邊、分片及落板等），表面保護（噴涂防霉、靜電鋪紙、噴撒粉及氣墊輸送等），堆垛裝箱（大中小片的水平、垂直堆剁等）以及完成這些工藝過程的輸送。對不合格的玻璃廢品需進行破碎后送回熔窯熔化。切裁掰斷設(shè)備每天需要動作兩萬次，浮法生產(chǎn)線一旦投產(chǎn)，要求整個冷端在3~10年內(nèi)，晝夜不停常年運轉(zhuǎn)，又加上冷端主線是單線生產(chǎn)系統(tǒng)，任何一臺設(shè)備發(fā)生故障，被迫停產(chǎn)，都會給生產(chǎn)和經(jīng)濟帶來巨大損失。因此，必須配置功能可靠、堅固耐用和維修方便并具有較高機械化和自動化水平的冷端設(shè)備，才能滿足生產(chǎn)工藝的要求。冷端電氣控制系統(tǒng)與熱端的電氣控制系統(tǒng)分開設(shè)置。冷端單獨設(shè)立控制室，一般采用PLC計算機集散控制系統(tǒng)。由切割區(qū)控制系統(tǒng)、輸送堆垛區(qū)控制系統(tǒng)、碎玻璃控制系統(tǒng)等組成。四、結(jié)束語浮法玻璃生產(chǎn)線，是在錫液上漂浮連續(xù)成型的較大型玻璃生產(chǎn)系統(tǒng)。一般要求長達10年不停產(chǎn)。這樣一來對供電電源、建筑材料、機械設(shè)備、自控系統(tǒng)以及生產(chǎn)管理都提出了很高的要求。浮法玻璃成型工藝，是要掌握玻璃液的一定粘度和成型溫度，還要控制拉引速度來達到生產(chǎn)不同厚度的玻璃。浮法玻璃是真正的水平拉制成型，同時，玻璃表面得到拋光，這就是浮法成型工藝的主要特點。全廠的電氣控制主要分為原料配料車間計算機控制系統(tǒng)；熱端（熔窯、錫槽、退火窯、煤氣站或油站等）DCS計算機控制系統(tǒng)；冷端PLC計算機控制系統(tǒng)等。另外還有氮站、氫站、空壓站、水泵房、變電站等一些局部子項的控制。如果需要，還可設(shè)置全廠綜合計算機管理系統(tǒng)，把各個部分的系統(tǒng)聯(lián)成一體，組成全廠的管理網(wǎng)絡(luò)，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。浮法玻璃橫切機智能控制系統(tǒng)的開發(fā)浮法玻璃生產(chǎn)線的特點是連續(xù)性和大規(guī)模，但是由于缺乏行之有效的控制方法，橫切機切割質(zhì)量的檢測和調(diào)節(jié)一直是由人工來完成的。由于人工檢測調(diào)節(jié)的間歇性、經(jīng)驗性和不確定性，玻璃切割質(zhì)量的控制不能很好的針對工況的變化，同時又加重了工人的勞動強度。而橫切機的切割系統(tǒng)是一個離散、滯后、非線性不確定的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的控制方法又很難滿足它的控制要求。采用先進的智能控制技術(shù)可以將這一問題較好的解決。智能控制系統(tǒng)的本質(zhì)是仿人或仿智，即在宏觀結(jié)構(gòu)和行為功能上對人控制器進行模擬。在人參與的控制過程中，經(jīng)驗豐富的操作者不是依據(jù)數(shù)學(xué)模型，而是依據(jù)積累的經(jīng)驗和知識進行在線推理來確定或變換控制策略的。橫切機的切割精度在行業(yè)中規(guī)定為玻璃板的板長偏差和對角線偏差。所謂板長偏差指的是切割完成后玻璃板的實際測量長度與玻璃板的設(shè)定長度之間的差值。它反映了玻璃板的實際板長偏離設(shè)定要求的程度。對角線偏差指的是玻璃板對角線的實際測量長度DA或DB與玻璃板理論對角線長度D之間的差值。它反映了玻璃板接近矩形的程度。玻璃板理論對角線長度D指的是以玻璃板的設(shè)定長度L和玻璃板凈板寬h分別為長和寬的矩形對角線的長度。我們以C表示對角線偏差即：C=DA—D或C=DB—D其中D=L2+h2工程上也采用DA與DB的差值來表示對角線偏差。我們用c來表示，即c=DA—DB板長偏差調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制策略分析：根據(jù)實際經(jīng)驗，當(dāng)產(chǎn)生板長偏差時，應(yīng)對板長設(shè)定值進行調(diào)整。具體的調(diào)整策略為L調(diào)n=L—ldn—1玻璃板長設(shè)定值L調(diào)是系統(tǒng)工作的實際設(shè)定值，玻璃帶長度的測量值與該值相比較后確定切刀的啟動時刻。玻璃板長計劃值L為生產(chǎn)的成品玻璃板規(guī)格所要求的板長值。玻璃板長調(diào)節(jié)值ld為控制系統(tǒng)所確定的板長調(diào)節(jié)量。在對板長偏差進行測量后，設(shè)lcn為第n次切割所產(chǎn)生的板長偏差。建立lcn的歷史數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行分析后，對本次切割進行控制。根據(jù)板長偏差指標(biāo)要求建立分析評價準(zhǔn)則：一lcn—Va理想的準(zhǔn)則是相鄰兩條切痕的滯后距離之差為0，即a=0。根據(jù)經(jīng)驗知識并考慮實際情況，一般取a=0.3?0.5毫米。在本次切割之前，首先應(yīng)對相鄰歷史上的m個數(shù)據(jù)進行分析