北京和利时系统工程有限公司

1  引言
    湖南株洲光明浮法玻璃股份有限公司（以下简称为浮法公司）浮法二线是将原有的九机垂直引上玻璃生产线改造成为目前较先进的浮法玻璃生产线，保留了熔窑部分、煤气车间和部分厂房，增加了冷却部、锡槽、退火窑、冷端等部分，日熔化量350吨。
    浮法公司九改浮之前，三大热工设备控制采用常规DDZ－II型仪表控制，仪表种类多、结构复杂、操作使用不方便，而且故障率高、控制效果差。此次改造决定采用DCS系统，通过对玻璃行业了解和市场调查，结合公司实际情况决定选用北京和利时系统工程股份有限公司的MACSⅡ系统。

2  系统介绍
(1)  MACS Ⅱ系统的网络结构

图1  系统结构图

    MACS Ⅱ系统采用Client/Server（客户/服务器）分层分布式结构。第一层是管理网（MNET）采用互连性、开放性很强的标准以太网100Mbps，协议为TCP/IP，管理网可通过网关与企业管理网（MIS网）相联，主要完成不同装置间的协调与企业内部的管理通讯；第二层为系统网络（SNET）是采用100M以太网，主要完成各控制站、操作站之间的通讯，为双冗余结构；第三层为控制网（C-NET），采用现场总线技术（Profibus-DP），主要完成控制站内部各I/O模块与主控单元的通讯。系统结构如图1所示。浮法公司测点及控制回路不多，选用了无专门服务器的控制方案（服务器兼作操作员站）。
(2)  MACS Ⅱ系统的硬件特点
    系统的服务器（操作员站）和工程师站采用DELL计算机，21’纯平显示器，操作员站配以触摸式键盘和轨迹球，操作方便结实耐用。I/O模板采用SMT表面贴生产线制造，可靠性高，模拟量模块A/D转换精度为16位，所有模块均可带电拔插，减少了故障修复停机时间，模板由壳体封装，防尘防干扰。主控单元采用Pentium 233工业级芯片，处理能力强。
    为提高系统的可靠性采用了：冗余措施，包括主控单元冗余、网络冗余、电源冗余，在过程I/O单元中，模入模出单元均可冗余使用；危险分散措施，将部分控制或采集单元运算分散到各I/O单元；故障隔离措施，采用光电隔离和DC/DC隔离技术。
(3)  MACS Ⅱ系统的软件特点
    MACS Ⅱ系统软件是在WindowsNT环境下运行和组态，系统软件包由五个子系统组成，分布在整个实时运行系统的各个站上。主要包括：数据库生成系统软件、系统配置软件、控制方案生成系统软件、图形生成系统软件、报表生成系统软件。
    数据库生成系统由三部分组成：数据库总控、数据库组态、控制表组态。其中数据库总控是整个工程开始的窗口，也是整个工程结束的窗口。一个工程的开始，首先由数据库总控创建工程，然后才可以进行其它组态工作。系统配置软件用于在工程师站上定义应用系统硬件配置。控制方案生成系统软件提供了符合国际IEEE1131-3标准的五种组态软件工具。图形生成系统软件可生成应用系统所需的各种总貌图、流程图和工况图，该软件采用矢量绘图方法，提供了方便的绘图工具和多种动态显示方式，通过图形操作员可以对现场的运行情况一目了然，可方便地进行监控。报表生成系统软件为用户提供了强大的报表组态系统，组态过程采用“所见即所得”的方式。所有软件均为中文界面，组态和调试方便灵活。
3  浮法玻璃生产线DCS系统
    DCS系统在浮法玻璃生产线中主要是实现对三大热工部分进行监控：熔窑、锡槽、退火窑。笔者将熔窑部分定为10#现场控制站，锡槽、退火窑两个部分定为11#现场控制站，将模块分装在两个控制柜中，共用一组主控单元，在保证可靠性前提下既保持了各部分的独立，又降低了成本。整套系统共处理现场信号的数目为：模拟量输入信号（AI）261个，模拟量输出信号（AO）83个，数字量输入信号（DI）22个，数字量输出信号（DO）15个。
(1)  熔窑部分
    主要是显示碹顶、胸墙、池底、烟道等部位的温度，烟道、熔窑等压力。控制回路有助燃风流量、玻璃液位、熔窑压力、稀释风流量、流液道温度、火焰换向控制等。
    玻璃液位控制使用PID算法。由于玻璃液位惯性较大，比例和积分都调整的较弱，加适当的微分，使控制对象不发生振荡。两台投料机的输出可设定不同的系数，偏料时在操作员站上直接输入一台投料机系数，另一台投料机的速度自动进行修正。玻璃液位控制精度为±0.3mm以内。
    窑压是熔窑部分的重要参数，工艺要求熔窑压力应始终保持微正压4Pa左右。影响窑压的因素较多如助燃风流量、煤气流量、烟囱抽力等，使得窑压信号波动较大。使用滤波算法去除瞬时压力波动，并将电动执行机构的死区范围设的稍大一些，尽量减少执行机构的频繁动作对控制对象的影响，在PID参数中加适当的微分，控制精度可保持在±1.5Pa左右（换火时会有一定的波动）。
    火焰换向控制使用梯形图LD进行组态，由于煤气易发生爆炸，煤气、空气交换机动作顺序、位置都有严格的要求。组态时加入联锁功能保证了设备动作顺序正确，利用定时器来检测外部机械设备是否在一定的时间内到位，如发生故障则锁定程序，并在报警画面显示相应的故障信息，必须人工干预排除故障后才能清除故障进入下次换向。这样就保证了人员和设备的安全。在操作员站的监视画面中可显示各开关状态，换向过程一目了然。报警画面可以显示各种故障信息，大大方便了检修人员。其他控制回路也达到工艺要求。
(2)  锡槽部分
    主要是显示槽内、罩内、槽底钢板等部位的温度、压力，氮、氢气流量等，对锡槽出口温度进行控制。
锡槽出口温度有很大的惯性，PID算法中采用了强比例弱积分，加适量微分，控制精度为±1℃。
(3)  退火窑部分
    主要是对退火窑纵向五个区A、B、C、RET1、RET2的温度进行控制，其中有一部分是分程控制。这也是浮法生产线中的控制难点。
    退火窑分程控制是退火窑温度过程值直接进入PID算法，在PID算法的输出项上加上两个折线算法使输出开度0％~50％对应风阀开度100％~0％；输出开度50％~100％对应电加热开度0％~100％；当输出开度为50％时，风阀和电加热的开度均为零。考虑到风阀和电加热对被控对象作用会有差别如使用相同的PID参数就很难达到好的控制效果，于是又在控制算法中加入参数选择，即：当输出开度0％~50％时自动选择风阀的PID参数，当输出开度50％~100％时自动选择电加热的PID参数，这样虽然PID算法的参数比较难整定，但控制效果较好。退火窑的一般温度控制（不分程的控制回路）基本与锡槽出口温度控制类似。在正常生产时退火窑温度大部分控制在±1.5℃左右。在退火窑部分的画面中，把所有的风阀、电加热输出开度都用填充颜色的棒状图表示。所有设备的运行状态一目了然。
4  安装调试
    一套DCS系统的使用和控制效果很大程度上取决于安装质量。浮法公司在安装时吸取了其它厂家的经验教训，严格按照有关技术要求施工。将各类电缆分开敷设。增设DCS专用接地系统，接地电阻在1Ω以下，用50mm2绝缘软铜线引入DCS室，设置接地母排，并严格与电气系统的地线分开。电源部分使用单独UPS供电，在UPS电源的输出端增加隔离变压器一台，使电源得到进一步净化。在系统上电前对所有电缆都进行校线，保证万无一失。
    经过以上这些工作，系统上电调试相当顺利，没有损坏一块模块，所有信号均准确无误，操作员站上显示的温度、压力等数值都十分稳定没有发现任何干扰现象，各控制回路经过仔细调整控制参数都满足了工艺要求。
    当然和利时MACSⅡDCS系统还一些不足之外，如接线端子设计过于紧凑，在接线时不太方便。
5  结语
    和利时MACSⅡDCS系统在湖南株洲光明浮法玻璃股份有限公司浮法二线投入使用后，整套系统操作方便、组态灵活，取得了明显的经济效益。