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璃窯爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計及實(shí)現(xiàn)
（作者未知） 2009/10/29
（接上頁）利。
3.2玻璃液位控制
因?yàn)榻?jīng)投料機(jī)投入的玻璃原料在熔化池內(nèi)要經(jīng)過充分的熔化、反應(yīng)等過程才進(jìn)入工 作池這個過程需要很長時間，加之通道末端每次提供給壓機(jī)的料滴是定量的，并不隨投料量 的多少及玻璃液位的高低而改變，所以說玻璃液位系統(tǒng)具有大慣性、滯后以及無自平衡能力 等特點(diǎn)。這也致使在利用常規(guī)PID調(diào)節(jié)時，容易出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象，引起系統(tǒng)超調(diào)甚至振蕩 。為了克服這一控制難題，在控制方案設(shè)計上引入了變速積分PID算法。
變速積分PID算法的設(shè)計思想就是根據(jù)系統(tǒng)偏差大小改變積分的速度，使其與偏 差大小相對 應(yīng)。當(dāng)偏差較大時，使積分累加速度減慢，反之則使積分累加速度加快。為此，設(shè)置一系數(shù)f［E(k)］，它是偏差E(k)的函數(shù)，當(dāng)｜E(k)｜增大時，f減小，反之增大。每次采樣后用f｜E(k)｜乘以E(k)，再進(jìn)行累加，即
其中f與｜E(k)｜的關(guān)系如下(A、B為根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程確定的兩個參數(shù))
就實(shí)現(xiàn)了用比例作用消除較大的液位偏差，用積分作用消除較小的液位偏差，從而完全消除 積分飽和現(xiàn)象，使系統(tǒng)更趨穩(wěn)定，改善了調(diào)節(jié)品質(zhì)。
另外，液位控制系統(tǒng)并不要求液位完全沒有余差，而要求被控量在允許的誤差范圍內(nèi)變化， 為此采用帶有死區(qū)的PID控制算法，以消除由于頻繁動作引起的振蕩。設(shè)死區(qū)寬度為－C ～＋C，則當(dāng)偏差在所設(shè)死區(qū)范圍內(nèi)時，調(diào)節(jié)器不作任何調(diào)整，此時的控制算式如下：
液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。
3.3換向期間燃燒系統(tǒng)控制
彩虹玻璃廠20＃錐爐作為換向玻璃窯爐要求每20～30 min進(jìn)行一次左右燃燒切 換，在換向期間，由于燃料切斷后，窯內(nèi)溫度和窯壓大幅度下降，煙道抽力如果不相對減少 ，將進(jìn)一步打破窯內(nèi)的熱平衡，而減少煙道抽力后，如果不相應(yīng)改變助燃風(fēng)流量，又將引起 窯壓的波動，進(jìn)而引起液面波動；換向結(jié)束后，由于窯內(nèi)溫度下降較多，需大量增加燃料量 ，以維持工藝要求的熔化溫度，由于溫度過程的反映滯 后和熱容慣性，從而易帶來窯內(nèi)溫度和窯壓的再次波動；同時，窯內(nèi)工況的 大幅度變化，又不能給換向結(jié)束后的穩(wěn)定控制創(chuàng)造良好的條件，也不利于熔窯的經(jīng)濟(jì)性燃燒。
針對被控對象的上述特性，綜合考慮換向過程中的擾動因素，在此采用了協(xié)調(diào)控制策略， 并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)所測數(shù)據(jù)提出了換向擾動抑制算法。其主要思想是對換向預(yù)備、換向開始、 換向期間、換向結(jié)束及換向結(jié)束后整個過程中，天然氣、助燃風(fēng)和煙道抽力等關(guān)系到穩(wěn)定熔 窯熱工制度的因素，進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并給出一系列調(diào)節(jié)閥位相應(yīng)動作曲線，以配合換向過程 的進(jìn)行。換向擾動抑制算法在換向期間協(xié)調(diào)助燃風(fēng)、天然氣和爐壓調(diào)節(jié)器的輸出值，控制3 者的調(diào)節(jié)器輸出改變的時序和改變的幅度。也就是以非換向時間穩(wěn)定燃燒時調(diào)節(jié)器的輸出為 基礎(chǔ)，在換向期間將以上3個調(diào)節(jié)器的輸出分別乘以一個適當(dāng)?shù)南禂?shù)(稱為控制系數(shù)，以α 表示)，作為新的調(diào)節(jié)器的輸出值，后通過軟手操輸出來控制現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥位開度。通過一 系列嚴(yán)格的時間位置變化動作，保證換向期間窯內(nèi)工況盡可能穩(wěn)定。
按圖5所示控制框圖進(jìn)行換向擾動抑制控制系統(tǒng)的現(xiàn)場投運(yùn)，在非換向期間，選擇器輸出O P＝OP1，也即PID調(diào)節(jié)器的計算輸出；在換向剛剛開始瞬間，先由換向信號上升沿( 由0到1跳變過程)觸發(fā)寄存器保存PID調(diào)節(jié)器當(dāng)前的輸出值OP1，此時乘法器的輸出OP2＝a* OP1；當(dāng)換向信號到來后(信號已完成跳變，為高電平信號1)，此時PID調(diào)節(jié)器被鎖 定，同時該換向信號作用于選擇器，使其輸出OP＝OP2，保證各閥門開度按照一定 的曲線變化，如加大燃料量，從而減小了換向過程對窯內(nèi)溫度和壓力的沖擊，從根本上保證 了自動控制的精度和穩(wěn)定性；當(dāng)換向結(jié)束后(此時換向信號為低電平0)，按照一定的解鎖順 序解鎖，恢復(fù)PID調(diào)節(jié)器的自動調(diào)節(jié)功能。
3.4換向過程邏輯順序控制
每隔20～30 min要進(jìn)行一次左右燃燒切換，其工作過程(以左燃燒切換為右燃燒為 例)為：關(guān)左天然氣→開左冷卻風(fēng)→關(guān)左助燃風(fēng)→開右助燃風(fēng)→煙道閘板換向→關(guān)右冷卻風(fēng) →開右天然氣。這一過程要求每一步控制動作必須正確執(zhí)行，若前一步未能執(zhí)行則后一步動 作就不準(zhǔn)執(zhí)行，否則將嚴(yán)重影響生產(chǎn)的安全性。
為此，軟件設(shè)置了狀態(tài)信息反饋程序，如圖6所示。即在換向順訊控制上，在通過DO通道送出控制信號后，接下來不是立即執(zhí)行下一步控制動作，而是通過DI通道采集被控對象的狀態(tài)，以確認(rèn)相應(yīng)閥門機(jī)構(gòu)確實(shí)到達(dá)指定位置，否則下一步控制動作不予執(zhí)行。由于閥門的開(或關(guān))這一機(jī)械動作需要時間，加之閥門在打開或關(guān)閉瞬間容易引入電磁干擾，此時采集的電信號會出現(xiàn)振蕩，從而可能會對DCS系統(tǒng)造成強(qiáng)脈沖沖擊，（未完，下一頁）
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