玻璃纖維池窯拉絲控制方案

    一.工藝簡介
    玻璃纖維池窯拉絲是在坩堝法拉絲的基礎上發展起來的,多種原材料按不同比例混合均勻送入池窯熔化成玻璃液,玻璃液經過澄清,降溫后流入支路上的鉑銠合金漏板。漏板上布滿了100~4000個的小孔,玻璃被拉絲機從這些小孔中拉出,即成玻璃纖維。
     玻璃原料的熔化工藝有多種,如坩堝熔化,池窯熔化、波歇爐熔化。國際主流工藝為池窯熔化。
     熔化部分的熱源,一般使用重油或天然氣,助燃風為空氣和純氧。電助熔作輔助加熱手段,可提高池窯產量。
節能方面:使用純氧助燃,可減少廢氣帶走的熱量達40%,另外它也能大幅度的減少NOx的排放。目前多使用金屬換熱器和余熱鍋爐來回收熱量。
    池窯拉絲的自動控制,從工藝角度看,分布在4個工段:配合料、池窯、通道、漏板。下面從這四個工段分別介紹。
     二.配合料的制取特點:
1.物料稱重為靜態稱重,所以精度可達0.1%。
2. 配料過程有嚴格的順序及時序。
3.為保證每一種物料加料的準確性,可采用諸多方法,如目標值的提前補償,實行快,慢加料,去皮等。

 
    三.熔化部分
    目的:穩定池窯的熱工參數,如池窯溫度,壓力、燃料及助燃風流量,玻璃液位,它分如下回路:


1.池窯火焰的空間壓力(窯壓):微正壓
模型分析:擾動引發的窯壓變化很靈敏,現場觀察約1秒左右。進入窯內的助燃風流量變化是窯壓對象的大擾動,空氣過剩系數在1.1~1.25范圍內變化時,窯壓可波動5~8Pa,而燃料流量對窯壓的擾動可以不考慮。對于橫向火焰的單元窯,在前墻取壓,盡量縮短變送器與取樣點間的管道距離,可以達到縮短取樣滯后的目的。
對于有金屬換熱器和余熱鍋爐的工藝,有兩個調節對象:阻壓風,余熱鍋爐引風。在系統剛投入時,一般用阻尼風調節,余熱鍋爐投入且系統正常后,可關掉阻尼風機,用余熱鍋爐引風機調節。二者的切換是一個循序變化的過渡過程。就實現而言,這是兩個串級的PID回路,助燃風的流量變化做前饋補償。
2.池窯火焰的空間溫度(窯溫)
模型分析:由于測溫熱偶的安裝位置差異及保護套管的存在,窯溫可簡化為一個二階慣性環節,有自衡特性。它的調節對象:風路=變頻器+助燃風機;油路=調節閥。助燃風機的慣性大,約5-10秒,油路的滯后可以不必考慮。
有兩種方案可以實現窯溫的控制。
A.窯溫調風路,風路調油路
B.雙交叉限幅
從根本上言,二者都是比較控制,但A種容易造成燃燒不完全等情況,B種的缺點是跟蹤速度慢,在此可引入共同增益的概念。


3.玻璃液位
玻璃液位的測量點在主通路,取樣方式有兩種,連續測量(r射線),間歇測量(移動式鉑金針)。
模型分析:這是一個大滯后,大慣性對象,池窯投料區投入物料的變化,反應到測量點,其滯后時間約120秒,另外窯壓的波動也會造成液位的虛假變化。
調節對象:投料區的給料設備,使用變頻絞刀調速,連續給料
有兩種控制方案:
A.Smith預估+PI調節,Smith預估由一個純滯后環節+一個一階慣性組成,這是一種連續的調節方式。
B.間歇PID(或采樣PID),分調節周期和等待周期,周期可調。等待周期時PID不運算。調節周期時,假如信號的變化趨勢有助于縮小偏差,則PID不運算;反之,則PID運算;另外,變化趨勢不明顯,PID也運算。
較難指出孰優孰劣,B種不需要對調節對象十分清楚,但調試時間較長。
    四.通路
通路的作用就是將玻璃液保持在成形所需要的溫度上。
模型分析:純滯后時間10~30秒,慣性大,由于通路中玻璃液的流速變化較大,而這個擾動是不可測量和計算的,所以較難對它進行補償。
調節對象:石油液化氣LPG的調節閥,反映靈敏。
方案:
Smoth預估+串級PID
玻璃液溫度作主調,引入Smith,空間溫度作付調,不補償。
    五.漏板
從控制角度看,這個模型劃非常簡明的,基本無滯后,慣性約1~3秒,用一個單純的PI就可以取得非常好的效果。
工藝上對漏板的設定溫度補償比較復雜,如圖所示:


    六.其它
1.其他控制及要求
邏輯控制:主要包括設備的啟停、報警聯鎖,各PID的切手動及輸出回零,池窯給料機小料倉料位等。
模擬量控制:燃油加熱,助燃風放空流量,燃油的霧化風比值控制。
統計:各拉絲機的滿筒、總筒數、滿筒率等,燃料消耗。
2.控制指標
單元窯火焰空間溫度    ±3℃
通路玻璃液溫度        ±1℃
漏板溫度              ±0.5℃
玻璃液面              ±0.3mm
熔化部壓力            ±2.0Pa