玻璃窑炉自动控制系统论述

张静 郑冠军

摘要：本文主要介绍了玻璃窑炉的工艺概况及自控系统的要求和手段，在玻璃窑炉的生产运行过程中，窑炉各参数的自动控制需要结合现场环境及操作条件适当调整，力求满足工艺技术要求，在窑压、液面等主要工艺参数调整的基础上逐步完善其它各参数的调整精度，除了要考虑软件程序的控制精度提高还要多了解使用精确度更高的智能仪器仪表、检测设备及各类电控元器件，利于现场设备维护管理，同时优化人机界面，力求玻璃窑炉既能满足高效生产要求也能实现节能环保。

关键词：玻璃窑炉;窑压控制;液面控制

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）09-0010-02

玻璃窑炉是玻璃工业的重要技术装备，玻璃窑炉结构和控制手段的先进性，对于玻璃工厂经济效益影响较大，蓄热式马蹄型池窑是我国日用玻璃行业普遍采用的一种炉型。我公司主要为蓄热式马蹄形池窑的的自动控制提供设计及安装。

玻璃窑炉是配合料熔化、澄清的热工设备，热工制度的正确和稳定是提高玻璃产量和质量的关键之一，这是窑炉自动控制系统需要完成的首要任务，也是主要的工作内容。玻璃熔制即将玻璃配混料经过高温加热形成均匀的、无气泡、无结石、无条纹的状态以达到符合产品标准要求的程度、，并符合成型工艺要求的玻璃液的过程。对于玻璃工艺来讲，要想获得优质的玻璃制品必须加强熔制工艺的各项工作。

我们的窑炉控制系统针对多通道蓄热室天然气马蹄焰窑炉，其主要目的是自动控制大炉温度、压力，天然气流量监测，二次风的自动控制以及火焰枪换向控制，当然还包括料道的温度控制。窑炉控制回路包括：大炉温度;二次风控制;火焰换向操作;窑内压力;玻璃液面自动调节;混合气;其它检测点和监控等。下面就主要的窑内压力及玻璃液面的自动调节结合实践作以探讨。

我们使用的窑炉控制系统采用计算机仪表控制系统，主要由计算机、智能仪表、多路巡检显示仪表、PLC等组成，功能相对较多。采用西门子S7-1500系列PLC控制系统实现窑炉参数的监测、计量和控制，IE1000触摸屏通过编程把现场数据通讯、显示装置、过程控制和模拟仪表有机的结合起来，既能完成集中管理，显示、调节及控制工艺参数，又能完成过程控制数据的报警、记录、打印功能，同時控制柜的常规仪表和开关作为手动备用操作系统，使PLC自动控制和手动控制相对独立又相互联系而且切换无干扰，系统具有可靠性高、控制精度好、重复性强的特点。

1 窑压自动控制

窑内压力控制在微正压，可以防止冷空气吸入和火焰外窜，保证炉温和燃烧过程稳定。一般采用微差压变送器、调节器、电动执行机器和烟道闸板等通过PLC构成窑压定值控制系统，使窑压保持在0-+50pa范围内。池窑内气体介质压力值对于窑内热工状况关系较大，较高的正压力，会使窑内热量大量外逸，造成热损失大，若窑内压力呈现负压，吸入外界冷空气。理想的压力应处于微正压状态，玻璃液面压力0.5毫米水柱左右，碹顶处压力稍大，为1-1.5毫米水柱。窑内零压点在排烟小炉喷火口处。影响窑内压力因素很多，有窑炉火焰空间热负荷、蓄热室结构、烟囱高度等。窑炉运行中由于工艺因素也使窑内压力变化。如果因天气影响，自然风力加大，会造成烟囱抽力加大，使窑内压力变化;或者由于燃料消耗量增加或减少，也会造成窑压的波动。

因此窑压调节是一个多扰动对象，天气的变化和炉内温度的变化都对窑压产生影响，而且各种扰动都属于比较敏感的小惯性环节。在设计上我们采用PID变频调节规律，窑内压力由窑炉两侧引出，在导管均压后，通大气压比较，由微差压变送器检测窑炉内压力作为输入信号，通过改变烟道补风口阀门的开度或者改变工艺条件，使窑压保持在规定范围内。

在窑压测量仪表的选用上，我们选择了微差压变送器，以前采用塞尔瑟斯品牌，出现了窑压测量及控制不稳定的情况，给玻璃窑炉生产带来很大的困扰，后来采用了精度更高，测量更灵敏，反应更快的罗斯蒙德品牌，窑压控制的稳定性得以改善。

窑压控制点的选择，玻璃池窑通常把控制点选在熔化部最后一对小炉与矮碹之间、池窑纵向中心线上的拱顶处，或在大炉前部三分之一处左右给出一测量管，我们选择了前者。取压装置具备以下的特点：耐高温;良好的密封性;较高的测量精度;便于消除积灰和冷凝水。

窑压测量信号的处理：由于窑压的测量极不稳定，所以要对窑压测量信号进行滤波，滤波方法有三种：其一是在差压变送器的输入端设置机械阻尼器，其二是在差压变送器的输出端接入RC电气阻尼环节，对电流信号进行处理;其三是在差压变送器的后面接上阻尼器，对电流信号进行处理。

在各类窑炉中，窑压调节装置主要有几类：一类是安装在烟道中的升降闸板式窑压调节装置;另一类是风机的风门以及安装在风管或烟道中的转动闸板式窑压调节装置;其它还有引风机等作为窑压的调节手段。我们一般采用安装在烟道的控制窑压的升降闸板，以前控制气缸升降采用接近开关的信号，现在采用了带磁环的气缸，通过耐高温磁性开关的信号控制气缸的升降，具有故障率减小，控制稳定安装方便的特点。

2 玻璃液面自动调节

玻璃液面稳定对于玻璃生产稳定关系甚大，玻璃液面出现波动会带来以下问题：

（1）玻璃液面处的耐火材料是气相、液相、固相三相交界处，受料液化学侵蚀、料液波动机械磨损及火焰高温作用，因而该处耐火材料侵蚀最为剧烈，液面稳定性有利于减轻耐火材料侵蚀。

（2）在生产过程中液面下降，使火焰与玻璃液面交角加大，影响火焰与玻璃有名的接触传热，同时液面下降使成型滴料重量减轻，影响制品质量，因此，为稳定生产，玻璃液面安装液位检测器与池窑加料机连锁，根据液位升降调整加料量，以确保液位稳定。

玻璃液面的测量方式目前有吹管式、固定探针式、光电式、射线式等检测手段，现大都采用激光液位计来检测玻璃液位，我们采用河北激光研究所生产的激光液面仪实现了液面的精确控制，使玻璃液面的控制精度大大提高。

玻璃液面自動控制系统的设计中，如果位式控制不能获得所需的控制精度时，可以采用连续控制，具体做法是通过可控硅调整器控制直流电机带动往复式投料机，或者由可控硅调整器直接控制振动式加料机实现连续加料，也可以通过变频调速装置控制交流电动机的转速，进而调整加料量。我们采用可控硅调整器直接控制振动式加料机实现了连续加料，加料机采用西门子S7-200PLC结合西门子IE700的HMI界面里设置了左中右加料位，可灵活方便设置各个位置的加料时间和加料速度，保障了液面控制的稳定。

玻璃窑炉的自控系统的设计要充分考虑现场的条件及窑炉设计的工艺要求，必须具备随生产工艺的调整而灵活改变的能力，从而满足生产工艺要求，能够充分体现目前窑炉控制的高水平，适合玻璃工厂的环境和操作条件，让优质玻璃生产更节能更高效更环保。

Abstract：This paper mainly introduces the process overview of glass furnace and the requirements and means of the automatic control system.In the process of glass furnace production and operation，the automatic control of furnace parameters needs to be adjusted in combination with the field environment and operating conditions，so as to meet the technical requirements.On the basis of the adjustment of the main process parameters such as pressure and liquid surface，the adjustment accuracy of other parameters will be gradually improved.In addition to considering the improvement of the control accuracy of software programs，we must also know more about the use of more accurate intelligent instruments，detection equipment，and various electronic control components.It is beneficial to the on-site equipment maintenance and management，and at the same time optimize the human-machine interface，and strive for glass furnace not only to meet the requirements of efficient production but also to achieve energy conservation and environmental protection.

Key words：glass furnace;pressure control;liquid surface control