无模型控制器在玻璃制造业的控制_无模型控制器_玻璃

无模型控制器在玻璃制造业的控制

2009/10/29 13:46:00

平板玻璃及玻璃深加工产品是建筑业、工业、国防、交通运输业广泛使用的一种基础材料和装饰材料。国内玻璃生产的现状以及国际玻璃行业的发展趋势要求平板玻璃企业加快现代化步伐，坚持高技术起点，依靠技术进步，生产出高水平的优质平板玻璃，提高在国际市场上的竞争能力。因此，在浮法玻璃生产线应用先进的自动化控制技术来控制玻璃生产线，保障生产出优质玻璃，减少生产中的能源消耗，降低玻璃生产成本，提高企业的经济效益，节约我国的能源等，具有十分重要的意义。
玻璃行业应用的控制系统大部分是DCS,其基本控制环节的控制算法仍旧是PID算法。玻璃制造工艺过程是一个的十分复杂的过程,由于PID控制算法的缺欠，致使玻璃生产线的自动控制一直存在着问题。玻璃熔窑的窑压和退火窑的温度是影响玻璃质量的重要参数，现有DCS中的控制算法对这些参数回路的控制不是很理想，许多回路还处于手动状态，不但增加了工人的劳动强度，也影响了玻璃质量，降低了工厂的效益，所以寻找一种好的控制方法势.在必行。
　　沈阳耀华玻璃厂玻璃生产采用的工艺是“浮法玻璃”，浮法生产的成型过程是在通入保护气体（N2及H2）的锡槽中完成的。玻璃原料经投料机粉碎后投放到通道中，通过通道上的传送带将玻璃原料投入熔窑,在熔窑中经过充分加温熔化后变成玻璃液, 玻璃液离开熔窑进入流液道，熔融玻璃从池窑中连续流入并漂浮在相对密度大的锡液表面上，在重力和表面张力的作用下，玻璃液在锡液面上铺开、摊平、形成上下表面平整玻璃板，经硬化、冷却后被引上过度辊台。辊台的辊子转动，把玻璃带拉出锡槽进入退火窑，经退火、切裁，就得到平板玻璃产品。玻璃原料是否能充分熔化是关系到玻璃质量的决定因素，玻璃原料能否充分熔化取决于熔窑的温度、压力控制的是否合适。
　　熔窑的加热方法如下图：

　　熔窑南北各5个小炉，每个小炉有3个喷枪，燃料是重油，雾化后由喷枪喷出配以一定比例的助燃风，使其充分燃烧，来使熔窑温度达到工艺要求的温度。南北两侧交替燃烧，每侧每次燃烧20分钟，熄灭后先排废气，然后另一侧再燃烧，循环往复。熔窑温度分布如下图所示，1#和2#小炉控制TE-1011点的温度，3#和4#小炉控制TE-1012点的温度，5#小炉控制TE-1013点的温度，每次换火温度都会下降，只有及时调整每个小炉的喷油量才能把温度补偿上来。
　　沈阳耀华玻璃厂浮法二线300吨玻璃熔窑工艺如下图：

　　玻璃原料在熔窑中充分融化以后，通过流液道进入锡槽，玻璃液在锡槽中平铺，通过拉边机的作用进入退火窑。玻璃原料进入退火窑后，依次经历：A区、B区，C区，玻璃在退火窑中，通过排管中循环风及冷风的调节降温。退火窑对玻璃温度的调节是一个间接过程，它的过程为：通过调节循环风与冷风的配比来改变循环风的温度，再通过调节混合后循环风的量，来改变排管的温度。排管的温度改变其周围的空气温度，空气的温度再改变玻璃表面的温度，这样完成一个玻璃表面降温过程，时滞大约10分钟左右。该厂过去的生产过程控制虽然应用了DCS，但对熔窑、退火窑（A区、B区）的控制手段一直为手动，退火窑C区虽然投入自动，但控制精度一直达不到精度要求。

玻璃生产过程的控制难点分析与采用新控制方法必要和可能性

　　在该生产流程中，熔窑的温度及压力都是比较难控的环节，因为在玻璃生产中，每隔20分钟就要换火，在换火过程中，窑内温度会发生很大变化，这需要在换火后及时的补偿。
　　窑压是熔窑部分的重要参数，工艺要求熔窑压力应始终保持微正压4.3Pa左右。影响窑压的因素较多如助燃风流量、煤气流量、烟囱抽力等，使得窑压信号波动较大。使用滤波算法去除瞬时压力波动，并将电动执行机构的死区范围设的稍大一些，尽量减少执行机构的频繁动作对控制对象的影响。在换火补偿时窑内压力会突然下降，如果压力降的过低，就会产生负压，使外部灰尘进入窑内，使玻璃液含砂量增大，对玻璃品质产生很大影响。在换火补偿温度时，窑压又可能升高，窑压过高对窑体产生破坏作用，会直接威胁生产安全。玻璃熔窑是典型的大滞后、非线性的不确定性对象，无法用数学模型来精确描述，因此用常规控制方法往往控制不好。
　　退火窑C区的温度也比较难控，因为五个风管控制五个温度点，而五个风管中的风统一由总管送出，它们中间的耦合程度非常高，使温度难于控制，从而产生温度的“压油”现象。
　　从上述分析可以看出,玻璃生产过程控制的难控点是:
　　1) 熔窑的温度:由于换火,造成窑内温度波动;
　　2) 熔窑的压力: 也是由于换火,造成窑内温度波动；
　　3) 玻璃熔窑是大时滞、非线性对象；
　　4）退火窑C区的五个温度点的温度存在着严重的耦合。
　　总之玻璃窑生产过程所形成的系统是一个具有非线性、大时滞、强干扰、强耦合的复杂系统。因而所用的控制方法必须具备控制上述复杂系统的能力。

控制效果

　　采用无模型控制技术后，在系统运行正常的情况下，A、B区控制偏差为，C区控制偏差。碹顶TE-1011，TE-1012停火后，在系统运行正常的情况下，从开始执行控制程序起,在保证正常燃烧的情况下(不许冒黑烟)，最迟不超过10分钟达到给定值，上偏差不超过；碹顶TE-1013在系统运行正常的情况下，控制偏差；熔窑燃油节省3%。