玻璃生产过程智能控制

玻璃生产过程智能控制
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，采用飞天系统可以实现。整个浮法玻璃自动化系统可以采用分散控制，集中监视的方法，玻璃生产过程智能自动化系统结构见图11。

图11 玻璃生产过程智能自动化系统结构

系统的特点如下：

(1) 操作方式采用分散与集中相结合方式，即在原料、配料、锡窑、退火窑、包装、钢化均可就地控制方式，但亦可集中在中控室内进行控制(由带锁的选择开关选择)，而便于操作、监视与控制以及减少岗位人员。其检测和控制均使用BCS并连网，进入过程级及其显示装置，数据可共享，各显示器显示画面可互相调用。

(2) 统一考虑，但可分步实施，例如可先上关键的配料和熔窑系统，以收到较大效果。

(3) 三级自动化系统结构，即包括检测仪表执行器、各种电气设备、马达控制中心、调速装置、工业电视等的检测驱动级L1以及BCS组成的设备控制级L2的基础自动化以及作为监控级L3的过程自动化。

(4) 管控一体化。系统可包括某些管理功能，如质量分析、统计以及计划编制，以及在厂长室和调度室监视等。

(6) 工业电视进网络与EICC四电(传动、仪表、计算机、通信)一体化，而组成典型的具有多媒体技术的最新系统。CCD工业电视将通过BCS进入EICC系统。

(7) 使用大容量(硬盘1.7G，内存16M以上)工业PC代替传统的过程计算机，不仅节省投资且增加灵活性。

(8) 使用IE一体化设备。即全PLC系统，不仅成本比DCS低，且仪电设备一体化而减少备件。

(9) 使用人工智能技术(模糊控制或专家系统)来控制关键设备熔窑的操作，以达到节能降耗和延长窑的寿命，使没有经验的操作人员也可达到熟练操作人员水平。使用神经元网络技术预测玻璃质量，以便及时修正配料和采取其他措施，还可改变工艺参数后，预测生产技术指标，以便决策和强化生产。此外，传统的控制都是PID方式，但在实践中难以适应众多干扰和负荷变化，特别是随着生产的推移，往往出现调节阀门不灵活，阀径过大，而使控制质量不能满足，振荡等出现，而导致不能使用，最后变成手动控制，而国内外均用模糊控制来解决，它是按人工操作规则模糊化和优化，它不仅使在不更换任何设备下自动化重新成为可能（因为一般要更换调节阀很困难，这是由于不仅价格贵，且须停产安装，甚至切割管道制作缩管以适应阀径要求，而难以实现）。而且调节质量比之PID更好，例如调节时间、衰减度、波动次数、控制质量对干扰的适应均优越很多，它特别适合于调节热煤气闸板控制窑温的情况，因为热煤气闸板积有焦油而不灵活，此外，还可利用神经元网络来使燃烧最优，即空气－燃料配比最优而火焰温度最高，解决因无法测量热煤气流量而难以实现空－燃比控制的难题。

(10) 使用新的方案与新的先进控制方法。（有些方法属于本公司独有技术，这里就不介绍了）使用以成本最低为目标的优化数学模型进行配料计算以降低成本，增加市场竞争能力。

A：过程自动化

主要作为监控整个生产过程，其主要功能为：

（1）数据采集。包括整个工艺过程如粉碎、配料、熔化、成型、切栽和装箱各工序的工艺参数的时系列数据，手动输入的参数，实行实况收集。

（2）生产工艺参数的设定。例如钢化玻璃生产需要对下位机进行设定钢化参数（压力、玻璃和风嘴间距离、功率等）、运动参数（振荡时间、速度、加速度等）、调节参数（每一区段的加热温度和时间等），它是根据玻璃厚度、规格等来选择的，我国某厂从瑞士SATTIN引进的钢化玻璃生产线有31种规范，即31套数，这些都是存储在上位机中，使用时调出。

（3）模型运算。例如配料计算模型，配料优化（最低成本）模型等。

（4）高级控制和人工智能应用。包括炉温模糊控制、炉压模糊控制、配料模糊控制等，它解决常规PID控制难以解决的在滞后、阀门直径过大、不灵活、非线性的对象和系统的振荡、以及调节品质不良等。人工智能另一个用途是燃料-空气比例自寻优而解决使火焰温度最高的最佳比值问题，它采用神经元网络的方法。

（5）质量预测。它采用统计方法建模或神经元网络方法，采用配料时及所采用的工艺参数就可预测平板玻璃的质量，解决过去的要等成品出来以后才能知道配料是否正确而不能及时，此外，要改变操作工艺参数，强化生产，也可利用此模型来预测，以便决策。

（6）数据显示。包括工艺参数的时系列数据、瞬时数据、工艺流程图及关键的动态数据、报警状态数据、历史数据查询、各种报表、专门显示、模型显示、设定数据、存储的工艺参数、曲线、质量标准以及技术规程查询等等。

（7）数据记录。包括班报、日报、月报、报警报告等打印，数据及图形等显示的硬拷贝。

（8） 数据通信。包括与厂管理计算机、下位机、厂长及调度室计算机或终端通信。

（9） 其他管理功能。如设备诊断，计划编制，厂长室和调度室远距离监视生产过程等。

B．基础自动化

下面以熔窑为例说明。熔窑基础自动化功能包括（1）数据采集：窑温、窑压、烟道吸力、玻璃液位、煤气或重油和空气压力等；（2）窑压模糊自动控制；（3）各段温度模糊专家系统控制；（4）采用神经元网络实现空-燃比优化控制；（5）火焰自动换向；（6）玻璃液面自动控制；（7）温度液位、煤气或重油和空气压力报警等。

熔窑控制点数：AI：13点 AO：7点 DI：58点 DO：16点

其BCS结构图如下表示

根据控制要求，选择模糊控制、神经元网络、专家系统三个人工智能开发软件平台。

然后，再参考飞天系统价格表就可计算出熔窑智能自动化系统的工程费用了。

C．采用飞天系统企业获得的效益

平板玻璃生产过程自动化，可节约能源15%-20%，提高产量和收得率至少5%，此外，还节省人力和减少岗位人员等而获得重大的经济效益。下面以北京平板玻璃集团公司为例说明。

（1）在公司投入使用后，由于提高玻璃质量，降低成本，增加窑炉寿命，每年可新增利润1582万元。

（2）提高玻璃质量，公司年新增利润400万元

通过配料中水分和重量补正，质量预测及三大热工设备的温度控制等手段，使玻璃成品率提高30%，每年可多生产5.1万重量箱玻璃，年创效益300万元左右，并且使优质率提高5%，由原来的5%提高到10%，即能多生产8.5万重量箱优质玻璃，创经济效益100万元。

（3）降低产品成本，每年公司新增利润482万元。

①通过玻璃配料优化，可节约购买原料费用2%，对北京平板玻璃集团公司来说，每年购买原料费用为2760万元，那么就可节约56万元。

②通过节能降耗降低成本426万元。

a、减少燃料消耗15%，节约用煤8100吨，节约开支226万元，具体途径有：

·水分补正使熔窑配料易熔化，减少燃料消耗5%

·空气-燃料比例寻优，减少燃料消耗10%

b、减少锡耗

由原来的7g/kg玻璃液，降低到3-4g/kg玻璃液，每年节约用锡1吨，价值20万元。

c、节约用电

在锡槽和退火窑采用智能电加热系统和模糊温度控制以及变频装置可节约用电15%，每年可节电560万kwh，降低电费280万元。

（4） 提高窑体寿命，平均年节约资金700万元。

由原来的4年提高到5-6年，以寿命提高1年计，每年多生产170万重量箱玻璃。可为企业节约700万元以上。

（5）减少黑烟的生成，保护环境。基本上看不到黑烟冒出。

本文关键字：智能  建材，应用领域 - 建材