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基于DCS自動控制循環(huán)水液面的改造
廣東省南方高級技工學校 劉洪仁 2018/5/1 8:20:38
摘要：本文介紹自己曾經(jīng)參與指導、設計、改造的一個課題——對浮法玻璃生產(chǎn)線循環(huán)回水池液位的自動控制改造，把由原來人工看守水泵來調(diào)整循環(huán)回水池液位的方法改為由分散控制系統(tǒng)（DCS）通過投入式液位變送器，變頻器等設備完成循環(huán)回水池液位的自動控制，從而優(yōu)化了企業(yè)的生產(chǎn)效率、提高了生產(chǎn)的安全性。
關鍵詞：分散控制系統(tǒng)（DCS） 循環(huán)回水池液位 自動化控制
一、概述
在平板玻璃生產(chǎn)過程中，玻璃原料需要在熔窯中通過加熱至1500度以上的高溫變成液態(tài)后，再經(jīng)過風冷或者水冷等環(huán)節(jié)使之成型。公司采用的是浮法工藝生產(chǎn)平板玻璃，該方法從生產(chǎn)投料到退火成型，無論是控制玻璃溫度還是高溫設備的冷卻當中都需要大量的冷卻水，且水流量、水壓必須滿足要求。公司采用循環(huán)用水的理念，生產(chǎn)線回水冷卻后再循環(huán)使用，減少每天新水的取水量，降低成本。循環(huán)水如果供應不穩(wěn)定或者斷水，所造成的非常嚴重的損失，后果是不堪設想的。
該公司浮法生產(chǎn)線原循環(huán)回水池一直是靠人工控制水位和輸水壓力，由于工人的疏忽出過幾次事故，控制效果不是很理想。為了有效控制循環(huán)水的供應，保證安全、高效生產(chǎn)，在2009年，我與該公司內(nèi)電氣相關人員（我校電氣專業(yè)畢業(yè)生）合作共同對該環(huán)節(jié)進行了技術創(chuàng)新，實現(xiàn)了對循環(huán)水的自動化控制，該控制系統(tǒng)運行至今未出現(xiàn)重大安全事故，為公司的正常生產(chǎn)提供了有力的保障。
二、公司浮法生產(chǎn)線原循環(huán)水系統(tǒng)簡介
公司新的浮法玻璃生產(chǎn)線于2007年正式點火投產(chǎn)，冷卻循環(huán)用水由管路匯集于一、二號兩個五米高的冷水池，兩個冷水池各配有兩臺90kw離心式水泵（一備一用）作不停機運行將水輸送至生產(chǎn)線循環(huán)使用。離心泵電氣控制需由人工控制（自藕變壓器降壓），回水池液位及輸水壓差也由人工操作工調(diào)節(jié)水泵閥門控制，所以泵房值班室設有崗位，安排三班人員一人一班24小時值班操作。因為所有環(huán)節(jié)都依賴人工操作，由于工作的一時疏忽，造成水池抽干或池滿溢水等事故在所難免，在運行過程中發(fā)生過幾次供水不穩(wěn)和停水、停泵事故，給公司的安全生產(chǎn)造成了嚴重的負面影響，也給公司的經(jīng)濟造成了重大的損失，該系統(tǒng)的技術升級迫在眉睫。
浮法玻璃生產(chǎn)線循環(huán)水系統(tǒng)流程圖：
三、浮法生產(chǎn)線原循環(huán)水系統(tǒng)自動化控制改造方案
1、將原兩水池中間隔墻打通，兩池貫通為一池用，因原四臺水泵輸出管路是同一管出的。主電路部分現(xiàn)用丹佛斯變頻器VLT6000配一臺水泵，其余三臺不變作手動備用。
2、控制部分接入生產(chǎn)線DCS控制。
3、在循環(huán)冷水池中加裝一投入式液位變送器測量水池0~5米實際水位（二線制4~20mA）。
自動控制原理：系統(tǒng)正常運行時水池的液位變送器對水池液位進行數(shù)據(jù)采樣，傳輸至DCS，與操作者設定的液位值進行比較，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號送至變頻器；變頻器調(diào)節(jié)水泵的電源頻率，進而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速；DCS控制水泵的運轉(zhuǎn)。通過對水泵的啟動及其中變頻轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，將水池的液面高度恒定于操作者預先設的液位值，達到液位自動控制目的。
四、具體實施：
整改該液位控制具體分下面三步進行：
1、將現(xiàn)場水位通過投入式液位變送轉(zhuǎn)換實際信號值接入DCS系統(tǒng)PID功能塊中的AI模塊，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，運算后輸出，把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，再從AO模塊輸出信號驅(qū)動變頻器 。 （見圖一）。
（圖一）
2、在電腦界面加設一水位顯示及控制狀態(tài)界面，（見圖二）。
（圖二）水位顯示及控制狀態(tài)界面
3、組態(tài)方面：運用DCS系統(tǒng)PID功能塊以達到自動跟蹤控制目的。
4、量程設定：
液位變送器水位：量程0~5米對應輸出4-20mA（AI輸入）。
輸出控制信號：0~100%-→4-20mA對應變頻器0--60Hz（AO輸出）。
變頻器設定：加/減速時間15S，頻率下限20Hz、上限60Hz、額定電流180A。
在水池里裝設了超高、超低二個信號利用浮球進行探測。然后將兩個信號加入DCS系統(tǒng)功能塊，（見圖三）。
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