玻璃制品成型用冷却水恒温恒压控制系统

史占庆+晁耀定

摘 要：在玻璃制品生产中成型炉体必须用冷却水来控制热场，进而控制玻璃形态，所以冷却水是一个工艺调整手段，冷却水系统中，由于用水量的变化，使供水压力和回水温度发生变化，通过对压力信号以及回水温度的检测，经过控制器的运算以及程序的设计，构成了双水泵互相作为备份的系统，调整变速泵转速或水泵运行台数，使供水压力保持在设定值，并且经过恒温箱使水温保持在恒定值以满足用水要求。

关键词：DCS系统；双水泵；互备；恒温箱；调功器

1 引言

以前成型炉体工艺冷却水供水系统采用的是工厂大循环系统，系统来水通入炉内，调节流量来满足工艺冷却，回水经过板换来保证管网温度；水压靠大循环系统中的水泵来稳定。这种方式对于一般冷却是可以的，但是对于玻璃制品生产的场合，冷却水出水点较多，并且要保证24小时不停机运转。而且大系统用水点较多，以及四季气候变化，水压和水温有时会产生波动，而玻璃制品生产对工艺的要求很高，波动对生产的影响比较大。针对以上生产实际中出现的问题，文章提出采用两个相同的水泵，和一个恒温箱，使大系统来的水进入恒温箱，在恒温箱中的水经过泵打压到冷却水管道，使用后经过热交换再回到恒温箱，构成自循环系统，通过两台泵自动循环、互相作为备份的工作方式，保证自循环系统压力恒定，恒温箱设置加热装置保证循环系统温度恒定。自循环系统通过DCS系统控制，取得了良好的控制效果。

2 系统组成及工作原理

2.1 系统组成

系统由两台水泵、霍尼韦尔DCS控制器、ABB变频器、可控硅功率控制器、阀门控制器、若干个选择开关、压力传感器、管道、阀门、热电偶等组成。大系统中用三通阀使水先进入小系统的恒温箱，恒温箱配有液位检测及溢流阀，从恒温箱经水泵打到现场水架，水架配有流量计、压力变送器，水架将水分为多路送入炉体，炉体回水汇集到一路，经板换降温后送回大系统。

控制由DCS系统完成，其中DCS系统包括模拟量输入、模拟量输出、数字量输入，数字量输出。使用霍尼韦尔PKS系统软件进行组态和编程，系统配备电脑显示终端，现场调试十分方便。

2.2 系统工作原理

系统方案设计中，分为应急和自动两种工作状态。

自动状态：系统启动后，恒温箱水位检测低水位，大循环至恒温箱阀门打开，大循环至用水口阀门人工进行关闭，给恒温箱补水，设置在自动状态下，到恒温箱高限时阀门自动关闭。泵循环系统启动，启动时两台泵互锁，任意一个启动作为主泵，另一台作为备份泵。主泵变频工作，通过对压力信号的实时采集，经过控制器的PID运算来调节变频泵的转速。如水压低于设定值，则首先启动的变频泵1一直增速并达到工频转速，延迟几十秒运行后，如水压仍然低于设定值，此时系统程序输出互锁解除信号，将另外的备份泵2投入变频运行，两台泵共同完成水压跟踪任务。随着压力的升高当达到设定值时，解除互锁信号将停止输出，备泵停止运行，由主泵工作。

当主泵故障时，继电器互锁程序直接使备泵启动，两台变频器都设定有最低频率，所以压力会有短时的波动，但是系统不会停止，这时的2号泵作为主泵来完成水压跟踪，当1号泵修复后，将一直作为备泵，直到压力不能满足解除互锁信号输出，使两台泵共同运行，到达设定值后泵2停止，泵1继续作为主泵运行。两台泵共同作用，一用一备保证了系统的压力稳定。

加热系统当用水口温度检测低于目标值时，系统输出模拟量通过PID调节可控硅功率控制器，给加热器一定的开度，对恒温箱进行加热，直到温度恒定。

应急状态：当系统发生大的故障时，可以直接将大循环至用水口阀门人工进行开启，恢复到系统大系统工作，小循环断开，修复后再投入运行。

3 系统软件设计

3.1 系统启动

此阶段要完成对数据区、定时器的清零操作；写PID的控制字。

其中，PID的控制字包括设定值，P、I、D参数，指定压力和温度等等；水箱液位限位下限；水箱液位限位上限。

3.2 模拟信号的采集

主要采集各热电偶、变送器、流量计以及电动阀的开度。

3.3 泵启停程序

程序设计中，泵系统启动和停止在现场进行，启动后泵1运行，由于互锁泵2不能运行，这样完成主、备泵运行，同时泵运行状态、频率反馈到DCS操作画面，方便监控。当泵切换到远程时泵频率调整由DCS输出，DCS根据官网压力传感器，对泵输出进行PID调节，使管网压力满足设定值。当压力不足时，DCS输出DO信号，将互锁解除，泵2运转，共同打压。双泵在继电器程序中互锁，当泵1故障时运行信号停止输出，泵2互锁信号解除，直接输出，保证了系统正常运行。

3.4 泵变频工作

泵变频工作的条件为：当泵变频系统启动时，给变频器启动信号，变频器1启动输出运行信号，与变频器2互锁。变频器默认为远程控制，频率由DCS通过AI给定，同时通过AO将运行频率反馈给DCS。最大为工频50赫兹，最小频率为30赫兹保证管网基本压力。也可切换为手动运转。

3.5 PID运算控制

控制算法采用霍尼韦尔自身提供的PID控制算法。针对PID控制在测量值接近设定值时容易出现的震荡问题，采取一定的措施对PID进行改进。在偏差较大时，采用PID控制；当偏差处于一定的较小范围时，此时不用PID，而是发一个固定的数据到输出通道来直接控制水泵的转速和加热器开度。

3.6 加热器工作

加热系统为电阻式加热器通过可控硅功率调整器来工作，功率控制器调整输出功率，可改变加在加热器上的电流和电压，控制发热量。功率控制器与DCS通过模拟量通讯，加热模块为一个PID运算，DCS通过AO输出到调功器的AI接口，给调功器一个给定值，为开度的0～100%之间，调功器输出改变，DCS也改变开度，直到水箱温度检测到要求值。

3.7 按下停止时的操作

当按下停止或急停时，泵启动信号消失，两台变频器均处于停机状态，泵也停止运转。变频器通过设置，进行缓慢降速，达到平稳停机的控制过程。但是炉体冷却水一般是不能停的，放置冷却水管热变形，损坏炉子，所以要停止前，必须先切换到大循环供水。

4 结束语

系统采用霍尼韦尔DCS系统，它的PKS组态软件编程比较方便，画面做出来也比较直观，方便操作。

通过对控制过程的分析，所编写的程序完成了压力信号采集，流量信号采集，冷却水进水温度、回水温度采集，经过程序运算，PID调整输出，使现场水压控制稳定，温度恒定效果令人满意。