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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(jiǎn)稱(chēng)為浮法公司）浮法二線(xiàn)是將原有的九機(jī)垂直引上玻璃生產(chǎn)線(xiàn)改造成為目前較先進(jìn)的浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)，保留了熔窯部分、煤氣車(chē)間和部分廠(chǎng)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(shè)備控制采用常規(guī)DDZ－II型儀表控制，儀表種類(lèi)多、結(jié)構(gòu)復(fù)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(guò)對(duì)玻璃行業(yè)了解和市場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合公司實(shí)際情況決定選用北京和利時(shí)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(luò)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(hù)/服務(wù)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(kāi)放性很強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)100Mbps，協(xié)議為T(mén)CP/IP，管理網(wǎng)可通過(guò)網(wǎng)關(guān)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(luò)（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(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)（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(cè)點(diǎn)及控制回路不多，選用了無(wú)專(zhuān)門(mén)服務(wù)器的控制方案（服務(wù)器兼作操作員站）。
(2)  MACS Ⅱ系統(tǒng)的硬件特點(diǎn)
    系統(tǒng)的服務(wù)器（操作員站）和工程師站采用DELL計(jì)算機(jī)，21’純平顯示器，操作員站配以觸摸式鍵盤(pán)和軌跡球，操作方便結(jié)實(shí)耐用。I/O模板采用SMT表面貼生產(chǎn)線(xiàn)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(fù)停機(jī)時(shí)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(jí)芯片，處理能力強(qiáng)。
    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(luò)冗余、電源冗余，在過(guò)程I/O單元中，模入模出單元均可冗余使用；危險(xiǎn)分散措施，將部分控制或采集單元運(yùn)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(shù)。
(3)  MACS Ⅱ系統(tǒng)的軟件特點(diǎn)
    MACS Ⅱ系統(tǒng)軟件是在WindowsNT環(huán)境下運(yùn)行和組態(tài)，系統(tǒng)軟件包由五個(gè)子系統(tǒng)組成，分布在整個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)的各個(gè)站上。主要包括：數(shù)據(jù)庫(kù)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(bào)表生成系統(tǒng)軟件。
    數(shù)據(jù)庫(kù)生成系統(tǒng)由三部分組成：數(shù)據(jù)庫(kù)總控、數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、控制表組態(tài)。其中數(shù)據(jù)庫(kù)總控是整個(gè)工程開(kāi)始的窗口，也是整個(gè)工程結(jié)束的窗口。一個(gè)工程的開(kāi)始，首先由數(shù)據(jù)庫(kù)總控創(chuàng)建工程，然后才可以進(jìn)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(yīng)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(guó)際IEEE1131-3標(biāo)準(zhǔn)的五種組態(tài)軟件工具。圖形生成系統(tǒng)軟件可生成應(yīng)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(dòng)態(tài)顯示方式，通過(guò)圖形操作員可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況一目了然，可方便地進(jìn)行監(jiān)控。報(bào)表生成系統(tǒng)軟件為用戶(hù)提供了強(qiáng)大的報(bào)表組態(tài)系統(tǒng)，組態(tài)過(guò)程采用“所見(jiàn)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(xiàn)DCS系統(tǒng)
    DCS系統(tǒng)在浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)中主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)三大熱工部分進(jìn)行監(jiān)控：熔窯、錫槽、退火窯。筆者將熔窯部分定為10#現(xiàn)場(chǎng)控制站，錫槽、退火窯兩個(gè)部分定為11#現(xiàn)場(chǎng)控制站，將模塊分裝在兩個(gè)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(dú)立，又降低了成本。整套系統(tǒng)共處理現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的數(shù)目為：模擬量輸入信號(hào)（AI）261個(gè)，模擬量輸出信號(hào)（AO）83個(gè)，數(shù)字量輸入信號(hào)（DI）22個(gè)，數(shù)字量輸出信號(hào)（DO）15個(gè)。
(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(fēng)流量、玻璃液位、熔窯壓力、稀釋風(fēng)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(dāng)?shù)奈⒎郑箍刂茖?duì)象不發(fā)生振蕩。兩臺(tái)投料機(jī)的輸出可設(shè)定不同的系數(shù)，偏料時(shí)在操作員站上直接輸入一臺(tái)投料機(jī)系數(shù)，另一臺(tái)投料機(jī)的速度自動(dòng)進(jìn)行修正。玻璃液位控制精度為±0.3mm以?xún)?nèi)。
    窯壓是熔窯部分的重要參數(shù)，工藝要求熔窯壓力應(yīng)始終保持微正壓4Pa左右。影響窯壓的因素較多如助燃風(fēng)流量、煤氣流量、煙囪抽力等，使得窯壓信號(hào)波動(dòng)較大。使用濾波算法去除瞬時(shí)壓力波動(dòng)，并將電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的死區(qū)范圍設(shè)的稍大一些，盡量減少執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頻繁動(dòng)作對(duì)控制對(duì)象的影響，在PID參數(shù)中加適當(dāng)?shù)奈⒎郑刂凭瓤杀３衷凇?.5Pa左右（換火時(shí)會(huì)有一定的波動(dòng)）。
    火焰換向控制使用梯形圖LD進(jìn)行組態(tài)，由于煤氣易發(fā)生爆炸，煤氣、空氣交換機(jī)動(dòng)作順序、位置都有嚴(yán)格的要求。組態(tài)時(shí)加入聯(lián)鎖功能保證了設(shè)備動(dòng)作順序正確，利用定時(shí)器來(lái)檢測(cè)外部機(jī)械設(shè)備是否在一定的時(shí)間內(nèi)到位，如發(fā)生故障則鎖定程序，并在報(bào)警畫(huà)面顯示相應(yīng)的故障信息，必須人工干預(yù)排除故障后才能清除故障進(jìn)入下次換向。這樣就保證了人員和設(shè)備的安全。在操作員站的監(jiān)視畫(huà)面中可顯示各開(kāi)關(guān)狀態(tài)，換向過(guò)程一目了然。報(bào)警畫(huà)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(dá)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(duì)錫槽出口溫度進(jìn)行控制。
錫槽出口溫度有很大的慣性，PID算法中采用了強(qiáng)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(duì)退火窯縱向五個(gè)區(qū)A、B、C、RET1、RET2的溫度進(jìn)行控制，其中有一部分是分程控制。這也是浮法生產(chǎn)線(xiàn)中的控制難點(diǎn)。
    退火窯分程控制是退火窯溫度過(guò)程值直接進(jìn)入PID算法，在PID算法的輸出項(xiàng)上加上兩個(gè)折線(xiàn)算法使輸出開(kāi)度0％~50％對(duì)應(yīng)風(fēng)閥開(kāi)度100％~0％；輸出開(kāi)度50％~100％對(duì)應(yīng)電加熱開(kāi)度0％~100％；當(dāng)輸出開(kāi)度為50％時(shí)，風(fēng)閥和電加熱的開(kāi)度均為零。考慮到風(fēng)閥和電加熱對(duì)被控對(duì)象作用會(huì)有差別如使用相同的PID參數(shù)就很難達(dá)到好的控制效果，于是又在控制算法中加入?yún)?shù)選擇，即：當(dāng)輸出開(kāi)度0％~50％時(shí)自動(dòng)選擇風(fēng)閥的PID參數(shù)，當(dāng)輸出開(kāi)度50％~100％時(shí)自動(dòng)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(lèi)似。在正常生產(chǎn)時(shí)退火窯溫度大部分控制在±1.5℃左右。在退火窯部分的畫(huà)面中，把所有的風(fēng)閥、電加熱輸出開(kāi)度都用填充顏色的棒狀圖表示。所有設(shè)備的運(yùn)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(shí)吸取了其它廠(chǎng)家的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，嚴(yán)格按照有關(guān)技術(shù)要求施工。將各類(lèi)電纜分開(kāi)敷設(shè)。增設(shè)DCS專(zhuān)用接地系統(tǒng)，接地電阻在1Ω以下，用50mm2絕緣軟銅線(xiàn)引入DCS室，設(shè)置接地母排，并嚴(yán)格與電氣系統(tǒng)的地線(xiàn)分開(kāi)。電源部分使用單獨(dú)UPS供電，在UPS電源的輸出端增加隔離變壓器一臺(tái)，使電源得到進(jìn)一步凈化。在系統(tǒng)上電前對(duì)所有電纜都進(jìn)行校線(xiàn)，保證萬(wàn)無(wú)一失。
    經(jīng)過(guò)以上這些工作，系統(tǒng)上電調(diào)試相當(dāng)順利，沒(méi)有損壞一塊模塊，所有信號(hào)均準(zhǔn)確無(wú)誤，操作員站上顯示的溫度、壓力等數(shù)值都十分穩(wěn)定沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何干擾現(xiàn)象，各控制回路經(jīng)過(guò)仔細(xì)調(diào)整控制參數(shù)都滿(mǎn)足了工藝要求。
    當(dāng)然和利時(shí)MACSⅡDCS系統(tǒng)還一些不足之外，如接線(xiàn)端子設(shè)計(jì)過(guò)于緊湊，在接線(xiàn)時(shí)不太方便。
5  結(jié)語(yǔ)
    和利時(shí)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(xiàn)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(jì)效益。