LK在玻璃纤维池窑拉丝中的解决方案———LK在玻璃纤维池窑拉丝中

　玻璃棉生产线由窑炉、成纤、固化炉及冷线成型等系统构成。整个生产工艺过程较为复杂。同时，因使用液化气和重油作为燃料，对安全的要求特别高，所以生产线对自动控制系统有很高的要求。基于和利时公司HOLLiAS LK系列可编程控制器（PLC）的玻璃纤维自动控制系统，采用冗余结构，能够满足安全性要求，其模拟量输入输出模块和成熟的PID处理功能能够充分满足监测、控制和管理需求，为玻璃制造行业提供了高性能、高可靠性、经济的解决方案。

    　工艺简介

  　  玻璃纤维池窑拉丝是在坩埚法拉丝的基础上发展起来的，多种原材料按不同比例混合均匀送入池窑熔化成玻璃液，玻璃液经过澄清，降温后流入支路上的铂铑合金漏板。漏板上布满了100～4000个的小孔，玻璃被拉丝机从这些小孔中拉出，即成玻璃纤维。

         

    　玻璃原料的熔化工艺有多种，如坩埚熔化，池窑熔化、波歇炉熔化。国际主流工艺为池窑熔化。熔化部分的热源，一般使用重油或天然气，助燃风为空气和纯氧。电助熔作辅助加热手段，可提高池窑产量。

    　节能方面，使用纯氧助燃，可减少废气带走的热量达40%，另外，它也能大幅度的减少NOx的排放。目前多使用金属换热器和余热锅炉来回收热量。

   　 系统设计

    　整个控制系统划分为配料、池窑熔化和纤维成形三个分控站。控制对象有阀门、变频器、电机等设备。监控中心两台操作员站计算机配置为冗余系统，通过冗余的环形工业光纤以太网络与三个系统子站相连，通讯速率可以达到100Mbps。系统分控站与现场I/O分站通过冗余的PROFIBUS-DP现场总线网络进行通讯连接，使系统成为一个有机的统一体。

    　1.监控中心

    　位于中央控制室内，由监控计算机、以太网交换机、打印机、不间断电源（UPS）等设备组成，三台监控计算机其中一台作为工程师站，另外两台配置为冗余的操作员站，互为热备。

   　 2.系统分控站

    　系统分控站是整个系统的控制核心，完成全部的逻辑运算、数学运算、数据采集、设备控制、系统通讯等功能。系统采用冗余的结构配置，包括电源冗余、CPU冗余、通讯网络冗余，其中任何一个环节出现故障都不会造成系统的停机，最大限度地满足系统稳定、连续运行的需要。

    　3.I/O子站

    　借助和利时HOLLiAS LK大型PLC强大的PROFIBUS-DP现场总线网络，现场I/O子站可以分布在不同的区域。I/O子站主要包括I/O控制机柜、通讯接口模块、各种I/O模块等。I/O子站不负责数据处理、逻辑运算等功能，只负责现场的数据采集、信号接口等，并将采集到的数据通过PROFIBUS-DP现场总线网络传送给各自的系统分控站，并负责接收来自系统分控站的设备指令，完成对设备的操作功能。

         
  
  

                                     图1 系统网络结构图

    　工艺流程控制

    　池窑拉丝的自动控制，从工艺角度看，分布在4个工段：配合料、池窑、通道、漏板。下面从这四个工段分别介绍。

    　1.配合料部分
　
  　  对物料进行称重，精度可达0.1%。

   　 控制配料过程的顺序及时序。

    　2.熔化部分

   　 控制目标为稳定池窑的热工参数。主要控制参数为：

    　池窑火焰的空间压力（窑压）回路控制

    　池窑火焰的空间温度（窑温）控制

  　  玻璃液位控制

    　3.通路和漏板部分

                           
  
  

    　通过控制石油液化气LPG的调节阀，将玻璃液保持在成形所需要的温度上。

    　控制拉丝机的运动，将玻璃纤维从漏板中拉出。

    　4.其他控制

  　  逻辑控制：主要包括设备的启停、报警联锁，各PID的切手动及输出回零，池窑给料机小料仓料位等。

    模拟量控制：燃油加热，助燃风放空流量，燃油的雾化风比值控制。

    统计：各拉丝机的满筒、总筒数、满筒率等，燃料消耗。

   　 5.控制指标

                             
  
  

    　单元窑火焰空间温度      ±3℃

   　 通路玻璃液温度            ±1℃

    　漏板温度                     ±0.5℃

   　 玻璃液面                     ±0.3mm

    　熔化部压力                  ±2.0Pa

   　 系统特点

    　1.顺序控制与过程控制相结合

  　  水泥生产工艺设备复杂，既包括设备的启停、报警联锁，池窑给料机小料仓料位等控制，又具有燃油加热、助燃风放空流量、燃油的雾化风比值控制等模拟量控制。LK大型PLC充分融合了PLC和DCS的特点，完全能满足顺序控制和过程控制的要求。相比DCS系统，具有更高的性价比。

    　2.模拟量处理精度高

    　玻璃纤维生产所用燃料是液化气和重油，必须严格控制燃料和助燃风的混合比例，任何比例失调都会造成工艺状况的不稳定，甚至会有爆炸的危险，所以系统对模拟量的输入输出，自控回路的精度都要求很高。LK大型PLC模拟量输入输出可达16位，精度为0.2%，同时系统集成了优化的回路控制算法，完全满足系统的控制需求。

    　3.系统安全性高

   　 玻璃棉生产兼有连续生产和批次生产的特点：窑炉生产（玻璃液烧熔）是一个连续、不可间断的过程，任何过程的中断都有可能造成不可预测的后果和损失，所以系统对控制的可靠性要求很高。以LK大型PLC为主的控制系统具有防止误操作、报警功能、逻辑联锁功能，保证了系统的安全可靠运行。