十四、建材行业-玻璃、玻纤工程
浮法玻璃控制方案
一、熔化工段自动控制及检测系统
玻璃液面控制:玻璃液面可采用性能可靠、测量精度高的核子液面计测量，或采用激光液面计测量。对有优质浮法玻璃生产要求的浮法线，投料机的投料速度，通常采用变频调速。由于连续式投料的液面系统的无自衡特点，在控制方法上采用PID或PI均不能有良好的控制精度，对此可采用新型模糊控制软件。
窑压自动控制:应设置熔窑压力调节系统，窑压信号应该选择合适的取样点，选用高质量的微差压变送器，以保证窑信号检测精度。在换向期间，该系统应与换向程序协调动作，减少窑内压力的波动，避免再现负压，保证窑内热工制度稳定。
由于溶窑两侧燃烧不平衡，如果采用常规的控制方法，在换向结束后，窑压通常会有一段较长时间的波动，但是运行综合协调控制，可使换向期窑压波动幅度减小，换向结束后窑压的波动时间缩短至30秒之内。
助燃风控制:助燃风机采用交流变频调整方式，调节助燃风量。
流液道玻璃液温度控制:流液道玻璃温度与稀释风流量进行串级调节，采用模糊控制规则以克服过程滞后，保证控制精度。稀释风机采用交流变频调速方式，调节稀释风量。
熔窑火焰换向系统:设置自动、半自动、手动三种控制方式，以时间为依据，采用小扰动换向程序控制火焰换向，换向期间，各相关控制回路与换向系统协调动作，最大限度地稳定熔窑热工制度。
为全面掌握熔窑的工作状况，在烙窑的有关部位，设置有温度、压力、流量等检测，各风机的运行故障、水包和搅拌器断水等状态信号报警等。所有测点均进入DCS 监控。
二、成形工段自动控制及检测系统
锡槽温度控制:为了有效地控制锡槽内温度，减少横向温差，将锡槽分成若干个电加热区，分别采用温度控制或功率控制方式。加热元件可选用三相硅碳棒或电热合金元件。采用可控硅感性或阻性负载调功器来控制，感性负载还应加多抽头变压器。流液道电热元件通常选用单相硅碳棒。
锡槽拉边机采用交流变频调速，拉边机速度可在DCS上设定和显示。
在锡槽出口处共设置若干台红外测温仪，测量信号均进入DCS。
为加强锡槽的密封，减少锡的氧化，提高玻璃质量，对N2、H2保护气体进行控制，并对其露点、含氢量、含氧量等分别进行检测。
大量的非控制参数，如槽内、罩内压力及温度，锡液、槽底温度，电加热功率等，均进入DCS，在流程图画面上进行动态显示和越限根警，并可打印报表。
冷却风机的运行和故障、供水管断水报警等信号，均进入DCS进行监视。
生产前锡槽升温时，采用自动时间曲线升温软件，由DCS负责自动升温，并可在故障状态下，进行报警，同时自动提示辅助人工调整，采用该软件，可使锡槽温升曲线更加准确精细，满足工艺要求，提高工作效率。
三、退火工段自动控制及检测系统
退火窑温度控制设置通常有三种方式；电加热风冷却控制、单一风冷却控制和单一电加热控制，退火窑电加热元件为高电阻电热合金丝，采用阻性负载调功器进行控制，并在DCS上显示电加热功率，风系统执行元件为气动蝶阔。
退火窑A，、B、C三区玻璃板上／下横向各分成若干小区，对横向区域的温度进行自动控制，其温度检测元件可采用红外温度计或热电偶。
为了克服温度控制系统的纯滞后和大惯性的影响，单一风冷却和单一电加热区的控制，可采用模糊控制算法；考虑同一温度控制过程中，风和电系统对其作用不同，如关风升温与加电升温、加风降温与关电降温，对温度的影响不同，在电加热风冷却回路中，采模糊控制算法软件，可极大地提高控制精度。
RET1、RET2区的温度采用循环热风控制，通过调节风管上的调节阀开度来控制循环风温度，从而实现RETl、RET2区的温度控制。
为更准确地掌握玻璃板实际温度，保证退火质量，在退火窑的A、B区横向设置多台红外测温仪，用于监测玻璃板温度。
退火窑主传动采用交流变频调速，主传动速度可在DCS上设定和显示，通过专门的软件设置，可以将DCS上的速度设定与主传动控制盒操作有机地结合起来，实现无扰动切换。
退火窑所有热工参数全部进入DCS进行集中显示、报警、冷却风机和运行和故障等信号。
生产前退火窑的升温，也可采用自动时间曲线升温软件由DCS负责自动升温。
玻璃纤维池窑拉丝控制方案
一．工艺简介
玻璃纤维池窑拉丝是在坩埚法拉丝的基础上发展起来的，多种原材料按不同比例混合均匀送入池窑熔化成玻璃液，玻璃液经过澄清，降温后流入支路上的铂铑合金漏板。漏板上布满了100～4000个的小孔，玻璃被拉丝机从这些小孔中拉出，即成玻璃纤维。
玻璃原料的熔化工艺有多种，如坩埚熔化，池窑熔化、波歇炉熔化。国际主流工艺为池窑熔化。
熔化部分的热源，一般使用重油或天然气，助燃风为空气和纯氧。电助熔作辅助加热手段，可提高池窑产量。
节能方面:使用纯氧助燃，可减少废气带走的热量达40%，另外它也能大幅度的减少NOx的排放。目前多使用金属换热器和余热锅炉来回收热量。
池窑拉丝的自动控制，从工艺角度看，分布在4个工段:配合料、池窑、通道、漏板。下面从这四个工段分别介绍。
二．配合料的制取特点:
1.物料称重为静态称重，所以精度可达0.1%。
2. 配料过程有严格的顺序及时序。
3.为保证每一种物料加料的准确性，可采用诸多方法，如目标值的提前补偿，实行快，慢加料，去皮等。
三．熔化部分
目的:稳定池窑的热工参数，如池窑温度，压力、燃料及助燃风流量，玻璃液位，它分如下回路:
1．池窑火焰的空间压力（窑压）:微正压
模型分析:扰动引发的窑压变化很灵敏，现场观察约1秒左右。进入窑内的助燃风流量变化是窑压对象的最大扰动，空气过剩系数在1.1～1.25范围内变化时，窑压可波动5～8Pa，而燃料流量对窑压的扰动可以不考虑。对于横向火焰的单元窑，在前墙取压，尽量缩短变送器与取样点间的管道距离，可以达到缩短取样滞后的目的。
对于有金属换热器和余热锅炉的工艺，有两个调节对象:阻压风，余热锅炉引风。在系统刚投入时，一般用阻尼风调节，余热锅炉投入且系统正常后，可关掉阻尼风机，用余热锅炉引风机调节。二者的切换是一个循序变化的过渡过程。
就实现而言，这是两个串级的PID回路，助燃风的流量变化做前馈补偿。
2．池窑火焰的空间温度（窑温）
模型分析:由于测温热偶的安装位置差异及保护套管的存在，窑温可简化为一个二阶惯性环节，有自衡特性。它的调节对象:风路=变频器+助燃风机；油路=调节阀。助燃风机的惯性大，约5-10秒，油路的滞后可以不必考虑。
有两种方案可以实现窑温的控制。
A．窑温调风路，风路调油路
B．双交叉限幅
从根本上言，二者都是比较控制，但A种容易造成燃烧不完全等情况，B种的缺点是跟踪速度慢，在此可引入共同增益的概念。
3．玻璃液位
玻璃液位的测量点在主通路，取样方式有两种，连续测量（r射线），间歇测量（移动式铂金针）。
模型分析:这是一个大滞后，大惯性对象，池窑投料区投入物料的变化，反应到测量点，其滞后时间约120秒，另外窑压的波动也会造成液位的虚假变化。
调节对象:投料区的给料设备，使用变频绞刀调速，连续给料
有两种控制方案:
A．Smith预估+PI调节，Smith预估由一个纯滞后环节+一个一阶惯性组成，这是一种连续的调节方式。
B．间歇PID（或采样PID），分调节周期和等待周期，周期可调。等待周期时PID不运算。调节周期时，假如信号的变化趋势有助于缩小偏差，则PID不运算；反之，则PID运算；另外，变化趋势不明显，PID也运算。
较难指出孰优孰劣，B种不需要对调节对象十分清楚，但调试时间较长。
四．通路
通路的作用就是将玻璃液保持在成形所需要的温度上。
模型分析:纯滞后时间10～30秒，惯性大，由于通路中玻璃液的流速变化较大，而这个扰动是不可测量和计算的，所以较难对它进行补偿。
调节对象:石油液化气LPG的调节阀，反映灵敏。
方案:
Smoth预估+串级PID
玻璃液温度作主调，引入Smith，空间温度作付调，不补偿。
五．漏板
从控制角度看，这个模型划非常简明的，基本无滞后，惯性约1～3秒，用一个单纯的PI就可以取得非常好的效果。
工艺上对漏板的设定温度补偿比较复杂，如图所示:
六．其它
1．其他控制及要求
逻辑控制:主要包括设备的启停、报警联锁，各PID的切手动及输出回零，池窑给料机小料仓料位等。
模拟量控制:燃油加热，助燃风放空流量，燃油的雾化风比值控制。
统计:各拉丝机的满筒、总筒数、满筒率等，燃料消耗。
2．控制指标
单元窑火焰空间温度 ±3℃
通路玻璃液温度 ±1℃
漏板温度 ±0.5℃
玻璃液面 ±0.3mm
熔化部压力 ±2.0Pa