玻璃制品成型用冷卻水恒溫恒壓控制系統

史占慶+晁耀定

摘 要：在玻璃制品生產中成型爐體必須用冷卻水來控制熱場，進而控制玻璃形態，所以冷卻水是一個工藝調整手段，冷卻水系統中，由于用水量的變化，使供水壓力和回水溫度發生變化，通過對壓力信號以及回水溫度的檢測，經過控制器的運算以及程序的設計，構成了雙水泵互相作為備份的系統，調整變速泵轉速或水泵運行臺數，使供水壓力保持在設定值，并且經過恒溫箱使水溫保持在恒定值以滿足用水要求。

關鍵詞：DCS系統；雙水泵；互備；恒溫箱；調功器

1 引言

以前成型爐體工藝冷卻水供水系統采用的是工廠大循環系統，系統來水通入爐內，調節流量來滿足工藝冷卻，回水經過板換來保證管網溫度；水壓靠大循環系統中的水泵來穩定。這種方式對于一般冷卻是可以的，但是對于玻璃制品生產的場合，冷卻水出水點較多，并且要保證24小時不停機運轉。而且大系統用水點較多，以及四季氣候變化，水壓和水溫有時會產生波動，而玻璃制品生產對工藝的要求很高，波動對生產的影響比較大。針對以上生產實際中出現的問題，文章提出采用兩個相同的水泵，和一個恒溫箱，使大系統來的水進入恒溫箱，在恒溫箱中的水經過泵打壓到冷卻水管道，使用后經過熱交換再回到恒溫箱，構成自循環系統，通過兩臺泵自動循環、互相作為備份的工作方式，保證自循環系統壓力恒定，恒溫箱設置加熱裝置保證循環系統溫度恒定。自循環系統通過DCS系統控制，取得了良好的控制效果。

2 系統組成及工作原理

2.1 系統組成

系統由兩臺水泵、霍尼韋爾DCS控制器、ABB變頻器、可控硅功率控制器、閥門控制器、若干個選擇開關、壓力傳感器、管道、閥門、熱電偶等組成。大系統中用三通閥使水先進入小系統的恒溫箱，恒溫箱配有液位檢測及溢流閥，從恒溫箱經水泵打到現場水架，水架配有流量計、壓力變送器，水架將水分為多路送入爐體，爐體回水匯集到一路，經板換降溫后送回大系統。

控制由DCS系統完成，其中DCS系統包括模擬量輸入、模擬量輸出、數字量輸入，數字量輸出。使用霍尼韋爾PKS系統軟件進行組態和編程，系統配備電腦顯示終端，現場調試十分方便。

2.2 系統工作原理

系統方案設計中，分為應急和自動兩種工作狀態。

自動狀態：系統啟動后，恒溫箱水位檢測低水位，大循環至恒溫箱閥門打開，大循環至用水口閥門人工進行關閉，給恒溫箱補水，設置在自動狀態下，到恒溫箱高限時閥門自動關閉。泵循環系統啟動，啟動時兩臺泵互鎖，任意一個啟動作為主泵，另一臺作為備份泵。主泵變頻工作，通過對壓力信號的實時采集，經過控制器的PID運算來調節變頻泵的轉速。如水壓低于設定值，則首先啟動的變頻泵1一直增速并達到工頻轉速，延遲幾十秒運行后，如水壓仍然低于設定值，此時系統程序輸出互鎖解除信號，將另外的備份泵2投入變頻運行，兩臺泵共同完成水壓跟蹤任務。隨著壓力的升高當達到設定值時，解除互鎖信號將停止輸出，備泵停止運行，由主泵工作。

當主泵故障時，繼電器互鎖程序直接使備泵啟動，兩臺變頻器都設定有最低頻率，所以壓力會有短時的波動，但是系統不會停止，這時的2號泵作為主泵來完成水壓跟蹤，當1號泵修復后，將一直作為備泵，直到壓力不能滿足解除互鎖信號輸出，使兩臺泵共同運行，到達設定值后泵2停止，泵1繼續作為主泵運行。兩臺泵共同作用，一用一備保證了系統的壓力穩定。

加熱系統當用水口溫度檢測低于目標值時，系統輸出模擬量通過PID調節可控硅功率控制器，給加熱器一定的開度，對恒溫箱進行加熱，直到溫度恒定。

應急狀態：當系統發生大的故障時，可以直接將大循環至用水口閥門人工進行開啟，恢復到系統大系統工作，小循環斷開，修復后再投入運行。

3 系統軟件設計

3.1 系統啟動

此階段要完成對數據區、定時器的清零操作；寫PID的控制字。

其中，PID的控制字包括設定值，P、I、D參數，指定壓力和溫度等等；水箱液位限位下限；水箱液位限位上限。

3.2 模擬信號的采集

主要采集各熱電偶、變送器、流量計以及電動閥的開度。

3.3 泵啟停程序

程序設計中，泵系統啟動和停止在現場進行，啟動后泵1運行，由于互鎖泵2不能運行，這樣完成主、備泵運行，同時泵運行狀態、頻率反饋到DCS操作畫面，方便監控。當泵切換到遠程時泵頻率調整由DCS輸出，DCS根據官網壓力傳感器，對泵輸出進行PID調節，使管網壓力滿足設定值。當壓力不足時，DCS輸出DO信號，將互鎖解除，泵2運轉，共同打壓。雙泵在繼電器程序中互鎖，當泵1故障時運行信號停止輸出，泵2互鎖信號解除，直接輸出，保證了系統正常運行。

3.4 泵變頻工作

泵變頻工作的條件為：當泵變頻系統啟動時，給變頻器啟動信號，變頻器1啟動輸出運行信號，與變頻器2互鎖。變頻器默認為遠程控制，頻率由DCS通過AI給定，同時通過AO將運行頻率反饋給DCS。最大為工頻50赫茲，最小頻率為30赫茲保證管網基本壓力。也可切換為手動運轉。

3.5 PID運算控制

控制算法采用霍尼韋爾自身提供的PID控制算法。針對PID控制在測量值接近設定值時容易出現的震蕩問題，采取一定的措施對PID進行改進。在偏差較大時，采用PID控制；當偏差處于一定的較小范圍時，此時不用PID，而是發一個固定的數據到輸出通道來直接控制水泵的轉速和加熱器開度。

3.6 加熱器工作

加熱系統為電阻式加熱器通過可控硅功率調整器來工作，功率控制器調整輸出功率，可改變加在加熱器上的電流和電壓，控制發熱量。功率控制器與DCS通過模擬量通訊，加熱模塊為一個PID運算，DCS通過AO輸出到調功器的AI接口，給調功器一個給定值，為開度的0～100%之間，調功器輸出改變，DCS也改變開度，直到水箱溫度檢測到要求值。

3.7 按下停止時的操作

當按下停止或急停時，泵啟動信號消失，兩臺變頻器均處于停機狀態，泵也停止運轉。變頻器通過設置，進行緩慢降速，達到平穩停機的控制過程。但是爐體冷卻水一般是不能停的，放置冷卻水管熱變形，損壞爐子，所以要停止前，必須先切換到大循環供水。

4 結束語

系統采用霍尼韋爾DCS系統，它的PKS組態軟件編程比較方便，畫面做出來也比較直觀，方便操作。

通過對控制過程的分析，所編寫的程序完成了壓力信號采集，流量信號采集，冷卻水進水溫度、回水溫度采集，經過程序運算，PID調整輸出，使現場水壓控制穩定，溫度恒定效果令人滿意。