基于泓格I-7000模块的玻璃制品生产线模糊控制系统

1,引言 唐山玻璃集团某玻璃制品生产线主要由煤气站、熔窑、退火窑三个子系统 组成.煤气站子系统中,以煤为原料,以蒸汽为气化剂,在煤气发生炉中进行化 学反应,产生煤气.熔窑子系统利用煤气站产生的煤气,与空气混合后,在熔窑 内进行充分燃烧,将玻璃原料加热融化,产生的玻璃原液经供料道送至玻璃制品 机,进行玻璃制品半成品的生产.退火窑子系统则实现半成品的高温烧成去应力 和冷 . 由于历史原因,整条生产线的自动控制水平比较低,基本上由现场工人根据 仪表显示进行手动操作,以实现加气、送风、温度调节和窑压调节等功能.手动 控制不仅效果差、原材料能源浪费大,而且经常由于三个子系统之间不能协调工 作而出现停窑等生产事故,因此实现生产线的自动控制显得尤为重要. 整条生产线检测控制点多、现场环境恶劣、物理距离远,并且要求控制系统 可靠性高、安全性好、维修简单、价格低廉.经过仔细考察比较,系统最终选用 了I-7000系列远程数据采集模块,在此基础上设计实现了生产线的监测控制系 统. 2,系统的硬件结构 根据生产线的实际情况,结合当前工业控制技术的发展方向,控制系统采用 了工业控制计算机与分布式I/O模块相结合的方式.上位机采用了RACK600工 业控制计算机.考虑I-7000模块种类多、可靠性高、抗干扰能力强、价格低廉 等,系统采用了I-7000模块作为分布式I/O模块.为确保生产线的安全可靠,系 统采用了上位机双机冗余的方式,主机和从机可自动无扰切换.在系统检修或故 障时,可通过转换开关,将系统切换为原手动控制,保证了生产过程的可靠性. 系统硬件物理上可分为两部分:一部分放置在煤气站控制室,负责煤气站子系统 的信号采集与输出,其余部分(包括上位机)放置在熔窑控制室(作为中央控制 室),负责熔窑和退火窑子系统的信号采集和输出.所有信号经RS485网络汇总 到上位机,以实现整条生产线的监测与控制,具体描述如下. 2.1煤气站子系统 煤气站子系统有8路4-20ma压力输入信号、4路温度输入信号、4路开关量 报警输出信号、3路4-20ma电流输出信号,采用I-7017、7018、7042、7024模 块各一块. I-7017为8信道仿真量输入模块,最大输入量程为±10V.在7017的每一 个通道并联一个250Ω3的精密电阻,可将8路4-20ma电流信号转化为1-5V电 压信号,作为现场压力信号,送入控制系统. I-7018为8路热电偶输入模块,可直接采集热电偶信号.煤气站的4路温度 信号均为K型,共享一块7018. I-7042为13路隔离型集电极开路输出模块,配合RM104功率继电器板可实 现继电器输出功能.系统设有一次风压、煤气温度等超限报警.报警时,7042 控制RM104驱动现场的24V报警指示灯亮,同时报警电铃. I-7024为4信道仿真输出模块,可输出标准的电压和电流信号.煤气站的一次风 机采用变频器控制,2路蒸汽采用电动调节阀控制,3路控制信号均为4-20ma 标准电流信号,共享一块7024. 2.2熔窑子系统 熔窑子系统有16路温度输入信号、6路数字输入信号、3路4-20ma压力输 入信号、4路继电器输出信号、2路4-20ma电流输出信号、1路0-1V液位输入 信号.共享4块I-7018、1块7024、1块7042、1块7052和1块7017. 16路温度信号有6路K型热电偶,4路S型热电偶,4路J型热电偶和两路 S型热电偶,分别用4块7018实现温度信号的采集. 4路压力信号为4-20ma标准电流信号,经250Ω精密电阻转换为1-5V电压 信号,由7017实现压力信号的采集.7017模块同时完成液位信号的采集. 4路继电器输出信号为空气和煤气换向输出信号,由I-7042驱动RM104完 成. I-7050为7路数字输入模块.现场的6路换向到位信号经继电器隔离后,转 换为干接 信号,由7050实现换向到位信号采集. 二次风机采用变频器控制,控制信号为4-20ma电流信号,烟囱吸力调节控 制信号也是4-20ma电流信号,2路信号输出由一块7024来实现. 2.3退火窑子系统 退火窑为单独的子系统,根据厂家要求,暂不做控制. 3,系统的软件原理 系统上位机采用Windows NT 4.0 作为操作系统,Intellution公司的FIX软 件作为工业测控软件平台,Visual C 5.0和Visual Basic 5.0作为编程语言.在控 制算法上,采用了软嵌入式自学习多变量模糊控制器(MF控制器). 3.1系统控制原理 煤气站到熔窑,系统最终的控制目标是:熔窑温度TR保持在1500±5℃, 窑压PR保持在15±1Pa.,熔窑温度TR通过调节煤气站的煤气出口压力PM来 实现,同时TR受PR的影响.PM是通过调节煤气发生 的风量来实现控制的, 而风量的变化,必然会引起煤气站混合气温度的变化.为保证煤气发生 中的化 学反应充分,混合气温度必须稳定在60±1℃,因此又必须对一次风和蒸汽进行 控制.窑压PR除受上述因素影以外,还受烟囱吸力的影响.可见,系统是一个 串级多变量非线形大惯性系统. 为解此复杂的控制,系统核心采用了软嵌入式自学习多变量模糊控制器.此 控制器是在国家自然科学基金的支持下,融合了模糊进化神经网络、智能建模、 模糊穴映射等智能控制技术而形成的,并且在陶瓷行业中得到了大量应用.将其 应用于此控制系统,实践证明也是成功的. 3.2系统软件功能 根据玻璃制品生产线的实际情况,结合工厂的要求,系统主要设计并实现以 下功能: 关键的温度和压力控制:在煤气站子系统中,通过控制一次风和蒸汽,实现 了混合气温度稳定(60±1℃),煤气出口压力满足了熔窑子系统燃烧的需要.在 熔窑子系统中,实现了熔窑温度(1500±5℃)和窑压(15±1Pa)的稳定控制. 生产线概貌显示:概貌图是现场工人操作的主要界面,实现了全部数据的实时监 测与报警,并可直接进行工艺参数的设定等. 实时数据曲线显示:实时趋势图将有关的数据以曲线和数据形式进行实时动 态显示,并支持实时打印功能. 历史数据显示:可根据实际需要,以曲线或数据形式,显示过去几个月的关 键历史数据,时间可精确到秒级. 手动/自动切换:系统提供了手动/自动转换软开关,可在上位机上实现计算 机全自动控制或现场工人利用计算机实现半自动控制. 煤气和空气的换向:可根据时间和温差实现全自动换向,也可在特殊情下实 现半自动或全手动换向. 事件报警:根据现场要求可事先定义报警事件,当满足条件时,系统将事件 记录下来,同时发出光报警.本系统主要定义了温度和压力的超限报警. 非法操作记录:系统要求现场工人严格按照工艺及操作规程进行操作,所有 违反规定的事件,比如夜班休息不加煤、非法入侵计算机系统等,都会形成事件 记录. 报表打印:可对所有数据进行日报表定时打印,可随时对当前数据进行报表 打印,也可对历史数据进行报表打印. 权限管理:系统根据需要,赋予相关人员不同的操作权限,要求操作者按照 自己的姓名登录.最高权限为管理员,最低为操作者. 帮助:以简单的画面形式帮助现场工人使用该系统. 4,结束语 系统安装使用后,经过几个月的运行,证明了整个系统工作稳定、可靠、安 全,降低了工人劳动强度,提高了行业技术人员素质,延长了生产线使用寿命, 节约了能源与原材料消耗,提高了企业产品的竞争力,完全达到了预期的设计目 标,实现了较好的经济效益与社会效益.