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玻纖行業生產自動化控制

玻璃纖維池窯拉絲是在坩堝法拉絲的基礎上發展起來的,多種原材料按不同比例混合均勻送入池窯熔化成玻璃液,玻璃液經過澄清,降溫后流入支路上的鉑銠合金漏板。漏板上布滿了1004000個的小孔,玻璃被拉絲機從這些小孔中拉出,即成玻璃纖維。

玻璃原料的熔化工藝有多種,如坩堝熔化,池窯熔化、波歇爐熔化。國際主流工藝為池窯熔化。

熔化部分的熱源,一般使用重油或天然氣,助燃風為空氣和純氧。電助熔作輔助加熱手段,可提高池窯產量。

節能方面:使用純氧助燃,可減少廢氣帶走的熱量達40%,另外它也能大幅度的減少NOx的排放。目前多使用金屬換熱器和余熱鍋爐來回收熱量。

池窯拉絲的自動控制,從工藝角度看,分布在4個工段:配合料、池窯、通道、漏板。

 

配料

 

 

特點:

1)     物料稱重為靜態稱重,所以精度可達0.1%

2)     配料過程有嚴格的順序及時序。

3)     為保證每一種物料加料的準確性,可采用諸多方法,如目標值的提前補償,實行快,慢加料,去皮等。

 

熔化

1)      池窯火焰的空間壓力(窯壓):微正壓

控制擾動引發的窯壓變化很靈敏,現場觀察約1秒左右。進入窯內的助燃風流量變化是窯壓對象的最大擾動,空氣過剩系數在1.11.25范圍內變化時,窯壓可波動58Pa,而燃料流量對窯壓的擾動可以不考慮。對于橫向火焰的單元窯,在前墻取壓,盡量縮短變送器與取樣點間的管道距離,可以達到縮短取樣滯后的目的。

對于有金屬換熱器和余熱鍋爐的工藝,有兩個調節對象:阻壓風,余熱鍋爐引風。在系統剛投入時,一般用阻尼風調節,余熱鍋爐投入且系統正常后,可關掉阻尼風機,用余熱鍋爐引風機調節。二者的切換是一個循序變化的過渡過程。

就實現而言,這是兩個串級的PID回路,助燃風的流量變化做前饋補償。

2)      池窯火焰的空間溫度(窯溫)

由于測溫熱偶的安裝位置差異及保護套管的存在,窯溫可簡化為一個二階慣性環節,有自衡特性。它的調節對象:風路=變頻器+助燃風機;油路=調節閥。助燃風機的慣性大,約5-10秒,油路的滯后可以不必考慮。

控制方案:

l  窯溫調油路

l  油路調風路

首先,根據加權平均求取平均窯溫,作為控制的過程值,人工設定窯溫期望值,比較后進行PID調節,輸出控制油路閥門開度。

其次,油的實際流量與風油比(助燃風流量/油流量)相乘,作為風的期望值,風流量實際測量值作為過程值,比較后進行PID調節,輸出控制風機頻率。

 

玻璃液位

玻璃液位的測量點在主通路,取樣方式有兩種,連續測量(r射線、激光測量),間歇測量(移動式鉑金針)。

玻璃液位控制是一個大滯后,大慣性對象,池窯投料區投入物料的變化,反應到測量點,其滯后時間約120秒,另外窯壓的波動也會造成液位的虛假變化。

調節對象:投料區的給料設備,使用變頻絞刀調速,連續給料

控制方案:

l  Smith預估+PI調節,Smith預估由一個純滯后環節+一個一階慣性組成,這是一種連續的調節方式。

l  間歇PID(或采樣PID),分調節周期和等待周期,周期可調。等待周期時PID不運算。調節周期時,假如信號的變化趨勢有助于縮小偏差,則PID不運算;反之,則PID運算;另外,變化趨勢不明顯,PID也運算。

較難指出孰優孰劣,第2)種不需要對調節對象十分清楚,但調試時間需要很長。

 

通路

通路的作用就是將玻璃液保持在成形所需要的溫度上。

純滯后時間1030秒,慣性大,由于通路中玻璃液的流速變化較大,而這個擾動是不可測量和計算的,所以較難對它進行補償。

調節對象:石油液化氣LPG的調節閥,反映靈敏。

控制方案:

Smoth預估+串級PID(玻璃液溫度作主調,引入Smith,空間溫度作付調,不補償)。

 

漏板

從控制角度看,這個模型劃非常簡明的,基本無滯后,慣性約13秒,用一個單純的PI就可以取得非常好的效果。

工藝上對漏板的設定溫度補償比較復雜,如圖:

 

其他

1)              其他控制及要求

邏輯控制:主要包括設備的啟停、報警聯鎖,各PID的切手動及輸出回零,池窯給料機小料倉料位等。

模擬量控制:燃油加熱,助燃風放空流量,燃油的霧化風比值控制。

統計:各拉絲機的滿筒、總筒數、滿筒率等,燃料消耗。

 

控制指標

l  單元窯火焰空間溫度:±3

l  通路玻璃液溫度:±1

l  漏板溫度:±0.3

l  玻璃液面:±0.3mm

l  熔化部壓力:±2.0Pa

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