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1  引言
    湖南株洲光明浮法玻璃股份有限公司（以下簡稱為浮法公司）浮法二線是將原有的九機垂直引上玻璃生產(chǎn)線改造成為目前較先進的浮法玻璃生產(chǎn)線，保留了熔窯部分、煤氣車間和部分廠房，增加了冷卻部、錫槽、退火窯、冷端等部分，日熔化量350噸。
    浮法公司九改浮之前，三大熱工設備控制采用常規(guī)DDZ－II型儀表控制，儀表種類多、結(jié)構(gòu)復雜、操作使用不方便，而且故障率高、控制效果差。此次改造決定采用DCS系統(tǒng)，通過對玻璃行業(yè)了解和市場調(diào)查，結(jié)合公司實際情況決定選用北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司的MACSⅡ系統(tǒng)。

2  系統(tǒng)介紹
(1)  MACS Ⅱ系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    MACS Ⅱ系統(tǒng)采用Client/Server（客戶/服務器）分層分布式結(jié)構(gòu)。第一層是管理網(wǎng)（MNET）采用互連性、開放性很強的標準以太網(wǎng)100Mbps，協(xié)議為TCP/IP，管理網(wǎng)可通過網(wǎng)關與企業(yè)管理網(wǎng)（MIS網(wǎng)）相聯(lián)，主要完成不同裝置間的協(xié)調(diào)與企業(yè)內(nèi)部的管理通訊；第二層為系統(tǒng)網(wǎng)絡（SNET）是采用100M以太網(wǎng)，主要完成各控制站、操作站之間的通訊，為雙冗余結(jié)構(gòu)；第三層為控制網(wǎng)（C-NET），采用現(xiàn)場總線技術（Profibus-DP），主要完成控制站內(nèi)部各I/O模塊與主控單元的通訊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。浮法公司測點及控制回路不多，選用了無專門服務器的控制方案（服務器兼作操作員站）。
(2)  MACS Ⅱ系統(tǒng)的硬件特點
    系統(tǒng)的服務器（操作員站）和工程師站采用DELL計算機，21’純平顯示器，操作員站配以觸摸式鍵盤和軌跡球，操作方便結(jié)實耐用。I/O模板采用SMT表面貼生產(chǎn)線制造，可靠性高，模擬量模塊A/D轉(zhuǎn)換精度為16位，所有模塊均可帶電拔插，減少了故障修復停機時間，模板由殼體封裝，防塵防干擾。主控單元采用Pentium 233工業(yè)級芯片，處理能力強。
    為提高系統(tǒng)的可靠性采用了：冗余措施，包括主控單元冗余、網(wǎng)絡冗余、電源冗余，在過程I/O單元中，模入模出單元均可冗余使用；危險分散措施，將部分控制或采集單元運算分散到各I/O單元；故障隔離措施，采用光電隔離和DC/DC隔離技術。
(3)  MACS Ⅱ系統(tǒng)的軟件特點
    MACS Ⅱ系統(tǒng)軟件是在WindowsNT環(huán)境下運行和組態(tài)，系統(tǒng)軟件包由五個子系統(tǒng)組成，分布在整個實時運行系統(tǒng)的各個站上。主要包括：數(shù)據(jù)庫生成系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)配置軟件、控制方案生成系統(tǒng)軟件、圖形生成系統(tǒng)軟件、報表生成系統(tǒng)軟件。
    數(shù)據(jù)庫生成系統(tǒng)由三部分組成：數(shù)據(jù)庫總控、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、控制表組態(tài)。其中數(shù)據(jù)庫總控是整個工程開始的窗口，也是整個工程結(jié)束的窗口。一個工程的開始，首先由數(shù)據(jù)庫總控創(chuàng)建工程，然后才可以進行其它組態(tài)工作。系統(tǒng)配置軟件用于在工程師站上定義應用系統(tǒng)硬件配置。控制方案生成系統(tǒng)軟件提供了符合國際IEEE1131-3標準的五種組態(tài)軟件工具。圖形生成系統(tǒng)軟件可生成應用系統(tǒng)所需的各種總貌圖、流程圖和工況圖，該軟件采用矢量繪圖方法，提供了方便的繪圖工具和多種動態(tài)顯示方式，通過圖形操作員可以對現(xiàn)場的運行情況一目了然，可方便地進行監(jiān)控。報表生成系統(tǒng)軟件為用戶提供了強大的報表組態(tài)系統(tǒng)，組態(tài)過程采用“所見即所得”的方式。所有軟件均為中文界面，組態(tài)和調(diào)試方便靈活。
3  浮法玻璃生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)
    DCS系統(tǒng)在浮法玻璃生產(chǎn)線中主要是實現(xiàn)對三大熱工部分進行監(jiān)控：熔窯、錫槽、退火窯。筆者將熔窯部分定為10#現(xiàn)場控制站，錫槽、退火窯兩個部分定為11#現(xiàn)場控制站，將模塊分裝在兩個控制柜中，共用一組主控單元，在保證可靠性前提下既保持了各部分的獨立，又降低了成本。整套系統(tǒng)共處理現(xiàn)場信號的數(shù)目為：模擬量輸入信號（AI）261個，模擬量輸出信號（AO）83個，數(shù)字量輸入信號（DI）22個，數(shù)字量輸出信號（DO）15個。
(1)  熔窯部分
    主要是顯示碹頂、胸墻、池底、煙道等部位的溫度，煙道、熔窯等壓力。控制回路有助燃風流量、玻璃液位、熔窯壓力、稀釋風流量、流液道溫度、火焰換向控制等。
    玻璃液位控制使用PID算法。由于玻璃液位慣性較大，比例和積分都調(diào)整的較弱，加適當?shù)奈⒎郑箍刂茖ο蟛话l(fā)生振蕩。兩臺投料機的輸出可設定不同的系數(shù)，偏料時在操作員站上直接輸入一臺投料機系數(shù)，另一臺投料機的速度自動進行修正。玻璃液位控制精度為±0.3mm以內(nèi)。
    窯壓是熔窯部分的重要參數(shù)，工藝要求熔窯壓力應始終保持微正壓4Pa左右。影響窯壓的因素較多如助燃風流量、煤氣流量、煙囪抽力等，使得窯壓信號波動較大。使用濾波算法去除瞬時壓力波動，并將電動執(zhí)行機構(gòu)的死區(qū)范圍設的稍大一些，盡量減少執(zhí)行機構(gòu)的頻繁動作對控制對象的影響，在PID參數(shù)中加適當?shù)奈⒎郑刂凭瓤杀３衷凇?.5Pa左右（換火時會有一定的波動）。
    火焰換向控制使用梯形圖LD進行組態(tài)，由于煤氣易發(fā)生爆炸，煤氣、空氣交換機動作順序、位置都有嚴格的要求。組態(tài)時加入聯(lián)鎖功能保證了設備動作順序正確，利用定時器來檢測外部機械設備是否在一定的時間內(nèi)到位，如發(fā)生故障則鎖定程序，并在報警畫面顯示相應的故障信息，必須人工干預排除故障后才能清除故障進入下次換向。這樣就保證了人員和設備的安全。在操作員站的監(jiān)視畫面中可顯示各開關狀態(tài)，換向過程一目了然。報警畫面可以顯示各種故障信息，大大方便了檢修人員。其他控制回路也達到工藝要求。
(2)  錫槽部分
    主要是顯示槽內(nèi)、罩內(nèi)、槽底鋼板等部位的溫度、壓力，氮、氫氣流量等，對錫槽出口溫度進行控制。
錫槽出口溫度有很大的慣性，PID算法中采用了強比例弱積分，加適量微分，控制精度為±1℃。
(3)  退火窯部分
    主要是對退火窯縱向五個區(qū)A、B、C、RET1、RET2的溫度進行控制，其中有一部分是分程控制。這也是浮法生產(chǎn)線中的控制難點。
    退火窯分程控制是退火窯溫度過程值直接進入PID算法，在PID算法的輸出項上加上兩個折線算法使輸出開度0％~50％對應風閥開度100％~0％；輸出開度50％~100％對應電加熱開度0％~100％；當輸出開度為50％時，風閥和電加熱的開度均為零。考慮到風閥和電加熱對被控對象作用會有差別如使用相同的PID參數(shù)就很難達到好的控制效果，于是又在控制算法中加入?yún)?shù)選擇，即：當輸出開度0％~50％時自動選擇風閥的PID參數(shù)，當輸出開度50％~100％時自動選擇電加熱的PID參數(shù)，這樣雖然PID算法的參數(shù)比較難整定，但控制效果較好。退火窯的一般溫度控制（不分程的控制回路）基本與錫槽出口溫度控制類似。在正常生產(chǎn)時退火窯溫度大部分控制在±1.5℃左右。在退火窯部分的畫面中，把所有的風閥、電加熱輸出開度都用填充顏色的棒狀圖表示。所有設備的運行狀態(tài)一目了然。
4  安裝調(diào)試
    一套DCS系統(tǒng)的使用和控制效果很大程度上取決于安裝質(zhì)量。浮法公司在安裝時吸取了其它廠家的經(jīng)驗教訓，嚴格按照有關技術要求施工。將各類電纜分開敷設。增設DCS專用接地系統(tǒng)，接地電阻在1Ω以下，用50mm2絕緣軟銅線引入DCS室，設置接地母排，并嚴格與電氣系統(tǒng)的地線分開。電源部分使用單獨UPS供電，在UPS電源的輸出端增加隔離變壓器一臺，使電源得到進一步凈化。在系統(tǒng)上電前對所有電纜都進行校線，保證萬無一失。
    經(jīng)過以上這些工作，系統(tǒng)上電調(diào)試相當順利，沒有損壞一塊模塊，所有信號均準確無誤，操作員站上顯示的溫度、壓力等數(shù)值都十分穩(wěn)定沒有發(fā)現(xiàn)任何干擾現(xiàn)象，各控制回路經(jīng)過仔細調(diào)整控制參數(shù)都滿足了工藝要求。
    當然和利時MACSⅡDCS系統(tǒng)還一些不足之外，如接線端子設計過于緊湊，在接線時不太方便。
5  結(jié)語
    和利時MACSⅡDCS系統(tǒng)在湖南株洲光明浮法玻璃股份有限公司浮法二線投入使用后，整套系統(tǒng)操作方便、組態(tài)靈活，取得了明顯的經(jīng)濟效益。