生产线循环水池液位的自动控制改造

　　一、概述
　　
　　在平板玻璃生产过程中，玻璃原料需要在熔窑中通过加热至1500度以上的高温变成液态后，再经过风冷或者水冷等环节使之成型。我公司采用的是浮法工艺生产平板玻璃，该方法从生产投料到退火成型，无论是控制玻璃温度还是高温设备的冷却当中都需要大量的循环冷却水。循环水如果供应不稳定或者断水，所造成的损失是非常严重的，停产是必然的，工厂里大量的一千多度以上的高温设备也将在顷刻间变成一堆废铁，这种后果是不堪设想的。我公司浮法生产线原循环回水池一直是靠人工控制水位和输水压力，由于工人的疏忽出过几次事故，控制效果不是很理想。为了有效控制循环水的供应，保证安全、生产，在2009年我和厂内电气相关人员合作共同对该环节进行了技术创新，实现了对循环水的自动化控制，该控制系统运行至今未出现重大安全事故，为我公司的正常生产提供了有力的保障。
　　
　　二、我公司浮法生产线原循环水系统简介
　　
　　我公司新的浮法玻璃生产线于2007年正式点火投产，冷却循环用水由管路汇集于一、二号两个五米高的回水池，两个回水池各配有两台90kw离心式水泵（一备一用）作不停机运行将水输送至生产线循环使用。离心泵电气控制需由人工控制（自藕变压器降压），回水池液位及输水压差也由人工操作工调节水泵阀门控制，所以泵房值班室设有岗位，安排三班人员一人一班24小时值班操作。因为所有环节都依赖人工操作，由于操作工的一时疏忽，造成水池抽干或池满溢水等事故在所难免，在运行过程中发生过几次供水不稳和停水、停泵事故，给公司的安全生产造成了严重的负面影响，也给公司的经济造成了重大的损失，该系统的技术升级迫在眉睫。
　　
　　三、浮法生产线原循环水系统自动化控制改造
　　
　　我作为公司生产线电气维护负责人，和同事一起对浮法生产线循环水系统进行了自动化控制改造，zui初设计有两套方案。方案一是在水池处装一浮球，取高低两个液位信号来控制高位启动，低位停止。这套方案zui终被否决，原因有二：一、因电机功率太大不适合作频繁启动；二、水泵是离心式的因功率负荷大，启动时需要工作人员将阀门关闭，启动后还要排气再将阀门慢慢打开才可顺利泵水。因此在不能停机控制的前提下，需要加装变频器来实现自动控制。经过研究后确定启用第二套方案：
　　
　　1、将原两水池中间隔墙打通，两池贯通为一池用，因原四台水泵输出管路是通一管出的。主电路部分现用丹佛斯变频器VLT6000配一台水泵，其余三台不变作手动备用。
　　
　　2、控制部分接入生产线中央控制系统DCS控制。
　　
　　3、加装一投入式液位变送器测量水池0~5米实际水位（二线制4~20mA）。
　　
　　控制系统原理：系统正常运行时水池的液位变送器对水池液位进行数据采样，传输至系统DCS，与操作者设定的液位值进行比较，将结果转换为频率调节信号送至变频器；变频器调节水泵的电源频率，进而调整水泵的转速；DCS控制水泵的运转。通过对水泵的启动及其中变频转速的调节，将水池的液面高度恒定于操作者预先设的液位值，达到液位自动控制目的。
　　
　　中央控制系统（DCS）简介：
　　
　　生产线所有电气设备都集中于该线所设中央控制室做集散控制。该中央控制系统是引用ABB公司AC800F控制系统（AC800F控制器是ABB公司推出的一套世界的自动化控制系统，集DCS与PLC优点于一体，持多种总线标准。它既具备DCS的复杂模拟回路调节能力，友好的人机界面，又具有PLC指标相当的高速逻辑和顺序控制性能。通过使用一个完整的工程工具（ControlBuilderF）来配置组态整个控制系统，包括自动化功能，操作员界面显示和纪录，以及组态现场总线设备和设备参数设定；提供系统全局范围的用户应用程序统一检查，覆盖过程控制站，操作员站到智能的现场设备，包括对用户程序的完整性和一致性检测；宽泛的功能块库，用户自定义的功能块也可以添加到其中，宏库和图形符号可以为用户自定义功能块建立图形和操作面板；）采用Profibus接口进行网络通讯，它有众多的输入输出模块接口，能处理各种模拟及开关量信号。所有系统控制对象的运行状态窗口主要由几个操作站界面显示出来，操作者只须在中控室监控操作就能掌握全线生产状况。
　　
　　整改该液位控制具体分下面三步进行：
　　
　　1、将现场水位通过液位变送器作实际信号值接入DCS系统PID功能块中的AI模块，经A/D转换，运算后输出，把数字信号转换成模拟信号，再从AO模块输出信号驱动变频器。
　　
　　2、在电脑界面加设一水位显示及控制状态界面
　　
　　3、组态方面：运用DCS系统PID功能块以达到自动跟踪控制目的
　　
　　4、量程设定：液位变送器水位量程0~5米对应输出4-20mA（AI输入）。
　　
　　输出控制信号：0~-→4-20mA对应变频器0--60Hz（AO输出）
　　
　　变频器设定：加/减速时间15S，频率下限20Hz、上限60Hz、额定电流180A。经过反复的参数调整调试后，控制已达预期效果，于是很快地就切换投入使用。但在正常运行了将近一个月，意想不到的事情发生了，中控室操作员向我们反映水位失控，我立即到现场检查发现水池已满正向外溢水而变频器却处于20Hz频率运行，而界面设定的控制水位（SP）是2.7m，但显示的实际水位（PV）却只有零点几米。后来查出原因是由于液位变送器损坏失灵，导致无信号输出而系统只能误认为是低水位而停止输出，因此造成这种现象。这主要是由于当时设计时没有考虑到这一点而隐患，针对这项疏漏，我又在水池里装设了超高、超低二个信号利用浮球进行探测。然后将两个信号加入DCS系统功能块
　　
　　当液位控制器因故障，水位失控时，假设水位超低信号反馈进入系统，系统将立即暂停PID输出而优先切换至“REAL-L”功能快指令（内设30%输出）作低频率（20Hz）运行。反之当超高信号进入系统或水位涨至超高位，系统同样暂停PID输出而切换至“AEAL-H”功能块指令（内设输出）变频器作zui高频率（6OHz）运行而将水位降低。加设了这项保护可以预防当液位变送器实际水位信号中断或错乱，其液位都可控制在所限制超高/超低水位范围内，避免水池抽干或溢水事故。继整改之后在无须人监守的情况下，该系统已正常运行三年了至今未出现过问题，其稳定的冷却水为生产提供了有利的保障。
　　
　　四、改造前后生产实效影响
　　
　　这次设备整改从经济角度上不但为公司减少了岗位人员编制，也降低操作者的劳动强度。并且少用了一台90KW水泵，自动控制液位对水泵，电机也起到了很好的保护作用和有效地节约了电能的消耗。电机软启动，具有短路保护，过流保护功能，工作稳定可靠，延长了设备的使用寿命。而且该系统的操作也非常方便，凡是需要修改的参数都可以在中央控制室操作站界面直接输入，如变频器的起/停、运行频率、每个PID控制回路的参数值等。通过这次改造从意义上使我更深刻地认识到时代在不断地进步，*更是突飞猛进，日新月异，特别是在许多大中型企业电气控制都逐步走向系统化、模块化、自动化程度越来越高，作为新时期电气工作者，我认为不能因循守旧而墨守成规，我们应勇于突破传统，敢于开拓通过努力学习，钻研，紧随科技，才能赶上时代步伐与时俱进，才可以在本行业内生存发展下去。