玻璃生產(chǎn)過程智能控制
玻璃熔窯是典型的大滯后、非線性的不確定性對象，無法用數(shù)學(xué)模型來描述，因此用常規(guī)控制方法往往控制不好，采用飛天系統(tǒng)可以實現(xiàn)。整個浮法玻璃自動化系統(tǒng)可以采用分散控制，集中監(jiān)視的方法，玻璃生產(chǎn)過程智能自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖11。

 

 

圖11 玻璃生產(chǎn)過程智能自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的特點如下：

（1） 操作方式采用分散與集中相結(jié)合方式，即在原料、配料、錫窯、退火窯、包裝、鋼化均可就地控制方式，但亦可集中在中控室內(nèi)進行控制（由帶鎖的選擇開關(guān)選擇），而便于操作、監(jiān)視與控制以及減少崗位人員。其檢測和控制均使用BCS并連網(wǎng)，進入過程級及其顯示裝置，數(shù)據(jù)可共享，各顯示器顯示畫面可互相調(diào)用。

（2） 統(tǒng)一考慮，但可分步實施，例如可先上關(guān)鍵的配料和熔窯系統(tǒng)，以收到較大效果。

（3） 三級自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即包括檢測儀表執(zhí)行器、各種電氣設(shè)備、馬達控制中心、調(diào)速裝置、工業(yè)電視等的檢測驅(qū)動級L1以及BCS組成的設(shè)備控制級L2的基礎(chǔ)自動化以及作為監(jiān)控級L3的過程自動化。

（4） 管控一體化。系統(tǒng)可包括某些管理功能，如質(zhì)量分析、統(tǒng)計以及計劃編制，以及在廠長室和調(diào)度室監(jiān)視等。

（6） 工業(yè)電視進網(wǎng)絡(luò)與EICC四電（傳動、儀表、計算機、通信）一體化，而組成典型的具有多媒體技術(shù)的系統(tǒng)。CCD工業(yè)電視將通過BCS進入EICC系統(tǒng)。

（7） 使用大容量（硬盤1.7G，內(nèi)存16M以上）工業(yè)PC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的過程計算機，不僅節(jié)省投資且增加靈活性。

（8） 使用IE一體化設(shè)備。即全PLC系統(tǒng)，不僅成本比DCS低，且儀電設(shè)備一體化而減少備件。

（9） 使用人工智能技術(shù)（模糊控制或?qū)＜蚁到y(tǒng)）來控制關(guān)鍵設(shè)備熔窯的操作，以達到節(jié)能降耗和延長窯的壽命，使沒有經(jīng)驗的操作人員也可達到熟練操作人員水平。使用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)預(yù)測玻璃質(zhì)量，以便及時修正配料和采取其他措施，還可改變工藝參數(shù)后，預(yù)測生產(chǎn)技術(shù)指標，以便決策和強化生產(chǎn)。此外，傳統(tǒng)的控制都是PID方式，但在實踐中難以適應(yīng)眾多干擾和負荷變化，特別是隨著生產(chǎn)的推移，往往出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥門不靈活，閥徑過大，而使控制質(zhì)量不能滿足，振蕩等出現(xiàn)，而導(dǎo)致不能使用，zui后變成手動控制，而國內(nèi)外均用模糊控制來解決，它是按人工操作規(guī)則模糊化和優(yōu)化，它不僅使在不更換任何設(shè)備下自動化重新成為可能（因為一般要更換調(diào)節(jié)閥很困難，這是由于不僅價格貴，且須停產(chǎn)安裝，甚至切割管道制作縮管以適應(yīng)閥徑要求，而難以實現(xiàn)）。而且調(diào)節(jié)質(zhì)量比之PID更好，例如調(diào)節(jié)時間、衰減度、波動次數(shù)、控制質(zhì)量對干擾的適應(yīng)均*很多，它特別適合于調(diào)節(jié)熱煤氣閘板控制窯溫的情況，因為熱煤氣閘板積有焦油而不靈活，此外，還可利用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)來使燃燒*，即空氣－燃料配比*而火焰溫度zui高，解決因無法測量熱煤氣流量而難以實現(xiàn)空－燃比控制的難題。

（10） 使用新的方案與新的*控制方法。（有些方法屬于本公司*技術(shù)，這里就不介紹了）使用以成本zui低為目標的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進行配料計算以降低成本，增加市場競爭能力。

A：過程自動化

主要作為監(jiān)控整個生產(chǎn)過程，其主要功能為：

（1）數(shù)據(jù)采集。包括整個工藝過程如粉碎、配料、熔化、成型、切栽和裝箱各工序的工藝參數(shù)的時系列數(shù)據(jù)，手動輸入的參數(shù)，實行實況收集。

（2）生產(chǎn)工藝參數(shù)的設(shè)定。例如鋼化玻璃生產(chǎn)需要對下位機進行設(shè)定鋼化參數(shù)（壓力、玻璃和風嘴間距離、功率等）、運動參數(shù)（振蕩時間、速度、加速度等）、調(diào)節(jié)參數(shù)（每一區(qū)段的加熱溫度和時間等），它是根據(jù)玻璃厚度、規(guī)格等來選擇的，我國某廠從瑞士SATTIN引進的鋼化玻璃生產(chǎn)線有31種規(guī)范，即31套數(shù)，這些都是存儲在上位機中，使用時調(diào)出。

（3）模型運算。例如配料計算模型，配料優(yōu)化（*）模型等。

（4）控制和人工智能應(yīng)用。包括爐溫模糊控制、爐壓模糊控制、配料模糊控制等，它解決常規(guī)PID控制難以解決的在滯后、閥門直徑過大、不靈活、非線性的對象和系統(tǒng)的振蕩、以及調(diào)節(jié)品質(zhì)不良等。人工智能另一個用途是燃料-空氣比例自尋優(yōu)而解決使火焰溫度zui高的*比值問題，它采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的方法。

（5）質(zhì)量預(yù)測。它采用統(tǒng)計方法建?；蛏窠?jīng)元網(wǎng)絡(luò)方法，采用配料時及所采用的工藝參數(shù)就可預(yù)測平板玻璃的質(zhì)量，解決過去的要等成品出來以后才能知道配料是否正確而不能及時，此外，要改變操作工藝參數(shù)，強化生產(chǎn)，也可利用此模型來預(yù)測，以便決策。

（6）數(shù)據(jù)顯示。包括工藝參數(shù)的時系列數(shù)據(jù)、瞬時數(shù)據(jù)、工藝流程圖及關(guān)鍵的動態(tài)數(shù)據(jù)、報警狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)查詢、各種報表、專門顯示、模型顯示、設(shè)定數(shù)據(jù)、存儲的工藝參數(shù)、曲線、質(zhì)量標準以及技術(shù)規(guī)程查詢等等。

（7）數(shù)據(jù)記錄。包括班報、日報、月報、報警報告等打印，數(shù)據(jù)及圖形等顯示的硬拷貝。

（8） 數(shù)據(jù)通信。包括與廠管理計算機、下位機、廠長及調(diào)度室計算機或終端通信。

（9） 其他管理功能。如設(shè)備診斷，計劃編制，廠長室和調(diào)度室遠距離監(jiān)視生產(chǎn)過程等。

B．基礎(chǔ)自動化

下面以熔窯為例說明。熔窯基礎(chǔ)自動化功能包括（1）數(shù)據(jù)采集：窯溫、窯壓、煙道吸力、玻璃液位、煤氣或重油和空氣壓力等；（2）窯壓模糊自動控制；（3）各段溫度模糊專家系統(tǒng)控制；（4）采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)空-燃比優(yōu)化控制；（5）火焰自動換向；（6）玻璃液面自動控制；（7）溫度液位、煤氣或重油和空氣壓力報警等。

熔窯控制點數(shù)：AI：13點 AO：7點 DI：58點 DO：16點

其BCS結(jié)構(gòu)圖如下表示

 

根據(jù)控制要求，選擇模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)三個人工智能開發(fā)軟件平臺。

然后，再參考飛天系統(tǒng)價格表就可計算出熔窯智能自動化系統(tǒng)的工程費用了。

C．采用飛天系統(tǒng)企業(yè)獲得的效益

平板玻璃生產(chǎn)過程自動化，可節(jié)約能源15%-20%，提高產(chǎn)量和收得率至少5%，此外，還節(jié)省人力和減少崗位人員等而獲得重大的經(jīng)濟效益。下面以北京平板玻璃集團公司為例說明。

（1）在公司投入使用后，由于提高玻璃質(zhì)量，降低成本，增加窯爐壽命，每年可新增利潤1582萬元。

（2）提高玻璃質(zhì)量，公司年新增利潤400萬元

通過配料中水分和重量補正，質(zhì)量預(yù)測及三大熱工設(shè)備的溫度控制等手段，使玻璃成品率提高30%，每年可多生產(chǎn)5.1萬重量箱玻璃，年創(chuàng)效益300萬元左右，并且使率提高5%，由原來的5%提高到10%，即能多生產(chǎn)8.5萬重量箱玻璃，創(chuàng)經(jīng)濟效益100萬元。

（3）降低產(chǎn)品成本，每年公司新增利潤482萬元。

①通過玻璃配料優(yōu)化，可節(jié)約購買原料費用2%，對北京平板玻璃集團公司來說，每年購買原料費用為2760萬元，那么就可節(jié)約56萬元。

②通過節(jié)能降耗降低成本426萬元。

a、減少燃料消耗15%，節(jié)約用煤8100噸，節(jié)約開支226萬元，具體途徑有：

·水分補正使熔窯配料易熔化，減少燃料消耗5%

·空氣-燃料比例尋優(yōu)，減少燃料消耗10%

b、減少錫耗

由原來的7g/kg玻璃液，降低到3-4g/kg玻璃液，每年節(jié)約用錫1噸，價值20萬元。

c、節(jié)約用電

在錫槽和退火窯采用智能電加熱系統(tǒng)和模糊溫度控制以及變頻裝置可節(jié)約用電15%，每年可節(jié)電560萬kwh，降低電費280萬元。

（4） 提高窯體壽命，平均年節(jié)約資金700萬元。

由原來的4年提高到5-6年，以壽命提高1年計，每年多生產(chǎn)170萬重量箱玻璃?？蔀槠髽I(yè)節(jié)約700萬元以上。

（5）減少黑煙的生成，保護環(huán)境?；旧峡床坏胶跓熋俺?。