窑炉玻璃液面控制研究

2022-03-21董剑飞

化工设计通讯 2022年3期

董剑飞

（彩虹新能源有限公司，陕西咸阳 716000）

在生产CRT玻壳窑炉上使用的是移动铂金探针式液面计，它的传感器为一铂金探针，其原理就是利用该探针与玻璃液位接触形成回路时滑线电阻阻值的差异，来判断上下往复运动的探针接触液面瞬间的位置，再通过9050探测器和9058控制器检测出液面的高低。它的精度和可靠性在很大程度上取决于玻璃液面干净程度、探针尖端形状及侵蚀情况，以及电机齿轮齿条的啮合和磨损情况。因此其检测精度较低，有时探针会黏结熔融的玻璃液而产生拉丝现象和机械故障使其日常维护工作量很大。

1 成像玻璃液位控制系统

目前，我公司光伏玻璃全氧窑炉使用成像玻璃液位控制系统，该系统专门用于测量玻璃液位处熔炉的位置，并控制分配器的速度。与铂探针液位计相比，无线集成光电器件具有安装方便、运行稳定可靠、日常技术工作量少等优点。控制系统有两个输出：流体控制的输出信号可直接连接到驱动发动机；第二个液位输出信号连接至DCS系统。

1.1 检测原理

检测原理如图1所示。观察孔应在熔炉横向通道箱壁的一侧打开，另一侧应打开标记孔。由于玻璃液面反射镜的作用，标记孔处于玻璃表面是A1的反射。改变液位后，距A1的距离2H也成比例变化。图像通过CCD摄像机记录和传输，视频信号被发送到计算机。计算机执行功能提取和图像处理，以获得反映玻璃液位变化的值2H。此外，通过从固定点移除反射，也可以反映玻璃高度的变化。调整相机时，将图像中孔的底边设置为参考点（相对零），然后可以获得相对于零参考点的实际液位测量值（液位测量值）。

图1 检测原理示意图

1.2 系统主要构成

系统主要构成部分如图2所示。

（1）图像处理计算机主要完成以下任务：在信号输入端对图像进行处理，生成图像数据并发送测量结果进行显示；接受命令并设置键盘输入的参数；输出两个模拟4~20mA动力操作信号，一个信号送至变频器的发动机控制液体位置控制，另一路信号输出到中控室集散控制系统（DCS），可显示玻璃液面实时测量值信号；当玻璃液面位置发生突变超出上下限时，可输出报警驱动信号到报警环节。

（2）键盘：向计算机发送命令、设置参数和输入密码。

（3）显示：显示测量结果、输出百分比和输入相机图像。

（4）摄像机：它用于捕获测量范围的图像，并将输出的视频信号发送给图像处理程序。

（5）镜头：采用蓝宝石高温针孔手动变焦/聚焦镜头，使摄像机得到合适的视场，可耐温150℃，能够满足窑炉现场周边高温环境要求。

（6）水冷防护罩：安装在窑外，用于现场的热防护和防尘，保护其内部的摄像机和镜头。其进水、回水管路通过不锈钢金属编织软管连接现场提供的循环冷却水管道。

（7）支撑：支撑水冷保护盖，调整摄像机的倾斜角度和旋转角度，以获得合适的视野。

（8）玻璃片：用于衰减窑内高亮光线，隔离窑炉内挥发物。

（9）气幕罩：应安装在炉膛观察孔外，以防止观察孔内出现湍流，并防止干扰测量。进气用不锈钢金属染料管道与现场高压管道连接。

1.3 系统主要功能和技术指标

系统主要功能和技术指标（图3）：

图3 技术指标标示图

（1）实时显示液位的测量值、偏差值和测量表面图像。

（2）输出投料机控制信号和液面测量值信号。

（3）测量分辨率：0.1mm。

（4）闭环控制精度：±0.1mm。

2 系统工作原理

2.1 系统工作状

整个系统启动后进入工作状态，此时显示器显示正常工作画面如图4所示。

图4 正常工作画面

（1）控制窗口：液面视频控制系统停止、开始运行。

（2）通过液位测量的区域的图像窗口：上部为标称孔的图像，下部为其反射，垂直线为测量线。通过设置相机光圈和对焦该距离会导致图像的中等对比度，以及名称空间框架的黑色图像的边缘及其清晰的反射；通过调节摄像机的支架和左右摆角可使标志孔和倒影图像位于此窗口内。

（3）液位信息窗口：显示液面设定值、液面实际测量值和偏差值。

（4）输出信息窗口：显示当前液位控制输出的百分值。

（5）时间窗口：显示当前时间。

（6）液位曲线窗口：显示液位曲线。按正常工作屏幕上的pagup和pagdown键（无参数设置状态）（时间按小时移动）或8592摄氏度；关闭位置是查看液位历史值的关键（移动时间为1min）。按ESC键返回正常屏幕并显示当前液位曲线。

（7）报警窗口：如果测量的液体标称值大于报警上限，则应显示高液位报警；如果测量的液体标称值低于报警下限，应显示低液位警报；摄像机图像信号错误，不符合图像处理要求（如测量线与测量范围不同，摄像机被遮挡）。如果图像信号过低，应显示摄像机位置报警；如果内部计算机出现故障，将显示系统错误警告。

在正常工作屏幕上，按Alt+space进入参数设置菜单的常规屏幕，出现如图5所示的屏幕。进入此屏幕后，可以按←、→，选择所需的选项要更改参数（选定参数的颜色变暗），请按选项↑、↓键修改参数值，但在更改参数之前，请输入授权密码。按键一次可将参数值更改为数字1，按键2s可将参数值更改为10位。输入值后，按Enter键更改设置，按ESC键或在10s内不要单击，系统将返回正常屏幕。

图5 参数画面

2.2 系统菜单数据显示和液位图像测量区域的图像

一般参数设置菜单中各参数意义如下：

（1）报警上限：当液位测量值大于液位与该值之和及给定值时，出现报警窗口，出现高液位源，参数范围宽，参数范围：-10~50。

（2）报警下限：当液位测量值大于液位给定值与该值之差时，出现报警窗口，出现低液位源，参数范围：-10~50。

（3）高级参数切换：参数激活后，进入展开的参数设置菜单；如果禁用此参数，则无法进入展开的参数设置菜单。

正常运行时，液位图像测量区域的图像窗口如图6所示。

图6 玻璃液面被测区域图像窗口

在实际使用过程中经常出现的报警是报警窗口显示摄像机位置报警，可能出现下列情况：

（1）电脑屏幕是黑色的，没有图像。这可能是由于以下原因：相机镜头被遮挡；电动摄像机连接（视频线、灯、网线）接触不良、断路；相机电源故障或12V；用于中间转换的光端发送机和接收机的故障；电脑显示器故障。

（2）图像摇晃得厉害。在此期间，实际液位稳定，但液位测量值变化很大。检查气幕的压缩空气压力，查看现场是否有较大振动源，稳固摄像机安装支架等可消除此现象。

（3）图像位置不合适。通过调整摄像机安装支架、镜头焦距使得画面中出现清晰的标志孔及其倒影图像。

（4）图像模糊，图像质量差，因此在图纸中显示图像。

（5）无法获得。有几个因素会影响图像：①对比度、亮度源调整不当。②窑炉的影响。窑炉长期运行，炉内的挥发物和结焦物堆积在标志孔的上下沿，影响采样点的形状。在长期操作过程中，观察孔收集了许多挥发性物质，玻璃表面上标记孔的清晰反射不应可见。玻璃液位过低，无法收集玻璃液位标记孔产生的反射图像。玻璃片积灰太多，影响摄像机采集到的图像画面效果。③摄像机的影响。镜头的焦距、光圈调整不当。