史占慶+晁耀定

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

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng)；雙水泵；互備；恒溫箱；調(diào)功器

1 引言

以前成型爐體工藝?yán)鋮s水供水系統(tǒng)采用的是工廠大循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)來水通入爐內(nèi)，調(diào)節(jié)流量來滿足工藝?yán)鋮s，回水經(jīng)過板換來保證管網(wǎng)溫度；水壓靠大循環(huán)系統(tǒng)中的水泵來穩(wěn)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(chǎn)的場合，冷卻水出水點較多，并且要保證24小時不停機運轉(zhuǎn)。而且大系統(tǒng)用水點較多，以及四季氣候變化，水壓和水溫有時會產(chǎn)生波動，而玻璃制品生產(chǎn)對工藝的要求很高，波動對生產(chǎn)的影響比較大。針對以上生產(chǎn)實際中出現(xiàn)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(tǒng)來的水進入恒溫箱，在恒溫箱中的水經(jīng)過泵打壓到冷卻水管道，使用后經(jīng)過熱交換再回到恒溫箱，構(gòu)成自循環(huán)系統(tǒng)，通過兩臺泵自動循環(huán)、互相作為備份的工作方式，保證自循環(huán)系統(tǒng)壓力恒定，恒溫箱設(shè)置加熱裝置保證循環(huán)系統(tǒng)溫度恒定。自循環(huán)系統(tǒng)通過DCS系統(tǒng)控制，取得了良好的控制效果。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)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(guān)、壓力傳感器、管道、閥門、熱電偶等組成。大系統(tǒng)中用三通閥使水先進入小系統(tǒng)的恒溫箱，恒溫箱配有液位檢測及溢流閥，從恒溫箱經(jīng)水泵打到現(xiàn)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(jīng)板換降溫后送回大系統(tǒng)。

控制由DCS系統(tǒng)完成，其中DCS系統(tǒng)包括模擬量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸入，數(shù)字量輸出。使用霍尼韋爾PKS系統(tǒng)軟件進行組態(tài)和編程，系統(tǒng)配備電腦顯示終端，現(xiàn)場調(diào)試十分方便。

2.2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)方案設(shè)計中，分為應(yīng)急和自動兩種工作狀態(tài)。

自動狀態(tài)：系統(tǒng)啟動后，恒溫箱水位檢測低水位，大循環(huán)至恒溫箱閥門打開，大循環(huán)至用水口閥門人工進行關(guān)閉，給恒溫箱補水，設(shè)置在自動狀態(tài)下，到恒溫箱高限時閥門自動關(guān)閉。泵循環(huán)系統(tǒng)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(jīng)過控制器的PID運算來調(diào)節(jié)變頻泵的轉(zhuǎn)速。如水壓低于設(shè)定值，則首先啟動的變頻泵1一直增速并達(dá)到工頻轉(zhuǎn)速，延遲幾十秒運行后，如水壓仍然低于設(shè)定值，此時系統(tǒng)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(wù)。隨著壓力的升高當(dāng)達(dá)到設(shè)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(dāng)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(shè)定有最低頻率，所以壓力會有短時的波動，但是系統(tǒng)不會停止，這時的2號泵作為主泵來完成水壓跟蹤，當(dāng)1號泵修復(fù)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(dá)設(shè)定值后泵2停止，泵1繼續(xù)作為主泵運行。兩臺泵共同作用，一用一備保證了系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。

加熱系統(tǒng)當(dāng)用水口溫度檢測低于目標(biāo)值時，系統(tǒng)輸出模擬量通過PID調(diào)節(jié)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(yīng)急狀態(tài)：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生大的故障時，可以直接將大循環(huán)至用水口閥門人工進行開啟，恢復(fù)到系統(tǒng)大系統(tǒng)工作，小循環(huán)斷開，修復(fù)后再投入運行。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)啟動

此階段要完成對數(shù)據(jù)區(qū)、定時器的清零操作；寫PID的控制字。

其中，PID的控制字包括設(shè)定值，P、I、D參數(shù)，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(shè)計中，泵系統(tǒng)啟動和停止在現(xiàn)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(tài)、頻率反饋到DCS操作畫面，方便監(jiān)控。當(dāng)泵切換到遠(yuǎn)程時泵頻率調(diào)整由DCS輸出，DCS根據(jù)官網(wǎng)壓力傳感器，對泵輸出進行PID調(diào)節(jié)，使管網(wǎng)壓力滿足設(shè)定值。當(dāng)壓力不足時，DCS輸出DO信號，將互鎖解除，泵2運轉(zhuǎn)，共同打壓。雙泵在繼電器程序中互鎖，當(dāng)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(tǒng)正常運行。

3.4 泵變頻工作

泵變頻工作的條件為：當(dāng)泵變頻系統(tǒng)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(rèn)為遠(yuǎn)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(wǎng)基本壓力。也可切換為手動運轉(zhuǎn)。

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(shè)定值時容易出現(xiàn)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(dāng)偏差處于一定的較小范圍時，此時不用PID，而是發(fā)一個固定的數(shù)據(jù)到輸出通道來直接控制水泵的轉(zhuǎn)速和加熱器開度。

3.6 加熱器工作

加熱系統(tǒng)為電阻式加熱器通過可控硅功率調(diào)整器來工作，功率控制器調(diào)整輸出功率，可改變加在加熱器上的電流和電壓，控制發(fā)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(diào)功器的AI接口，給調(diào)功器一個給定值，為開度的0～100%之間，調(diào)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(dāng)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(tài)，泵也停止運轉(zhuǎn)。變頻器通過設(shè)置，進行緩慢降速，達(dá)到平穩(wěn)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(huán)供水。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)采用霍尼韋爾DCS系統(tǒng)，它的PKS組態(tài)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(jīng)過程序運算，PID調(diào)整輸出，使現(xiàn)場水壓控制穩(wěn)定，溫度恒定效果令人滿意。