浮法玻璃配料系统解决方案--应用在湖南娄底永州邵阳怀化湘西张家界吉首

 

浮法玻璃 配料系统 解决方案

本文针对浮法玻璃的 配料系统 提出一种解决方案。本方案是利用西门子 WinCC 服

务器和客户机实现其人机界面，西门子  S7－400  可编程控制器作为其控制核心，WB－950

作为称重控制器。另外引出了称的操作流程和 G 补偿算法，很好的消除了累积误差。*后，

介绍了 配料系统 中关键设备混合机的控制流程图。

关键词：浮法玻璃； 配料系统 ；混合机；G 补偿算法；称；WB－950；西门子

　

　

1．引言

　

  浮法玻璃是我国上世纪70年代末，由洛阳玻璃厂率先从英国浮法玻璃厂引进的。它

是将各种原材料（常用的有石英砂、长石、石灰石、白云石、纯碱、芒硝、碳粉、铁粉、氧

化钴）按照一定的比例和顺序加入搅拌机内进行一定时间的干湿混后，进入窑头，经投料机

推入熔窑。熔窑将配合料熔化成玻璃液，再经澄清均化、冷却后通过玻璃液流入锡槽成型。

玻璃液在锡液面上自摊平，展开，再经机械拉引挡边和接边机的控制，形成所需要的玻璃带，

然后被拉引出锡槽，经过渡辊合，进入退火窑。[1]出退火窑的玻璃带随即进入冷端进行玻璃

切片处理。

  浮法玻璃*主要的工艺环节之一是它的 配料系统 ，各种原材料的比例和加入顺序以及混

合湿度和时间是决定玻璃质量的*主要因素。本文就浮法玻璃的 配料系统 的电气控制系统提

出一种解决方案。

　

2． 配料系统 的总体方案及硬件实现

　

2.1  总体方案

　

  按照浮法玻璃生产线的工艺要求，配料现场需要石英砂、长石、石灰石、白云石、纯碱、

芒硝、碳粉、铁粉、碎玻璃等九种主要原材料的供应仓。本系统分上料系统和 配料系统 ，上

料系统主要负债各种原料的供应，包括进料仓，上料斗提，料仓，称。 配料系统 包括集料皮

带，混合机，皮带。这两个系统各由一个S7－414－3 PLC来分别控制。

  由于配料现场工作时灰尘较大，并考虑到设备散热以及原料设备分布广泛等因素，将主

要控制设备放在隔离的ZY控制室内（简称中控室），各控制现场设备接入本地控制单元，

再通过现场总线同中控室的控制设备通信。根据客户需求以及控制需求，玻璃 配料系统 的系

统设计如图1所示。[2] [3]

图 1  系统框图

  Fig1 System Structure figure

　

2.2  硬件系统实现

　

2.2.1WinCC 服务器/客户机

　

  WinCC 服务器和客户机基于 PC 机，CPU 为 PIII－750E，内存 512M，硬盘 80G。服务

器安装 Windows 2000 Server，客户机安装 Windows 2000 Professional 版。另外，服务器和客

户机都安装西门子 WinCC5.0 软件。在标准和强大的 Sybase SQLAnywhere  数据库中，保存

了所有组态的表格，同时所有的过程数据也是利用该数据库进行归档操作。[4]

  WinCC 服务器/客户机和工程师工作站通过以太网联入ZY交换机中，和 PLC 的以太网

模块进行数据操作。

　

2.22PLC 系统

鉴于该控制系统的复杂型以及实时性的要求，PLC 选择西门子 S7－400 系统。上料和

配料 PLC 的配置一样。其部分硬件组态如图 2 所示。[5]

　

　

　

　

  图 2  PLC 系统硬件组态图

  Fig2 HW Configuration figure of PLC system

　

 

配料 PLC 和上料 PLC 各通过一块以太网模块 CP443－1 来连接到ZY以太网交换机。

WinCC 服务器和客户机通过 TCP/IP 协议包来读写 S7－400 里面的变量和数据。

　

　

称重系统

　

称重系统采用劳利森公司 (Lahti Precision  原为 Raute Precision)公司的 WB－950，

该产品为迎合工业配料与称重领域分批配料过程的快速及精确要求而开发的。此系列的控制

器具有独立执行配料及控制必要的所有功能。它们可以作为标准独立控制器使用或作为集成

系统的组件使用。

  对于每一个称重系统来说，需要 WB950 主板外，为了参数下载和故障诊断，配置一块

RS232 串口接口模块板 WBI－232－A－1 和一块 RS485 串口接口模块 WBI－485－A－1。

为了控制仓和称，配置 2 块 PXI－1920N  数字 I/O 单元。称重系统通过 PROFIBUS 总线连

接到主 PLC，用来传输配方数据，重量的设定值、实际值，水份数据等等，配置一块 PROFIBUS

接口板 WBM－PROD－A－1。

　

碎玻璃及硅砂堆场

考虑成本和热端拉熔量的需要，在冷端玻璃后加工阶段出现的边角料以及破碎的玻璃，

经过破碎处理后，经皮带进入碎玻璃仓和备用仓，经过碎玻璃称后，由皮带传送铺放在混合

料后进入窑头。

  碎玻璃系统有 6 条皮带，为了检修方便，每条皮带都可以在本地启停，或者由远程中控

室的主 PLC 控制。碎玻璃系统存在大量的玻璃灰，为了工人的健康和环境需要，还必须设

置除尘系统。该系统选用西门子 S7－315 来进行控制，并通过 PROFIBUS 现场总线和主 PLC

通信。

  原料区域的配料当中 70％左右是硅砂，硅砂的用量大；硅砂中的水含量需要严格控制，

外购的硅砂需要风干一段时间才可以进入配料，所以设置单独的硅砂堆场是必须的。硅砂系

统由硅砂上料系统、斗提、布料小车、耙砂机、振动筛以及传输皮带组成，该控制系统也采

用 S7－315 来进行本地控制，一个 DP 口通过 PROFIBUS 现场总线连接中控室的主 PLC。

另外一个DP口连接OP3文本显示器，用来显示故障以及设置各传输皮带的启停延时时间等。

　

3．软件设计方案

　

  软件系统主要涉及 WinCC  组态系统，配料 PLC 控制系统，上料 PLC 控制系统，硅砂

堆场控制系统，碎玻璃循环系统。

  如前所述，硅砂堆场和碎玻璃循环系统主要控制运输皮带，斗提，小车，耙砂机等数字

逻辑信号。上料系统也主要是控制各皮带和斗提以及保持仓的料位，鉴于篇幅限制，不在此

赘述。下面主要针对 PLC 配料控制系统进行分析。

  配料系统 主要控制各种原料的称 WB－950 称重系统，混合机系统。下面分别进行论述。

　

称的状态流程图

　

原料称是按照 WinCC 服务器或者客户机的用户命令来进行给料排料控制的。用户需要

设定每一个任务是由多少批混合料组成以及这些批次的配方由那些原料组成。当用户设定这

些主要参数后，配方中需要用到的称就按照配方数据自动进行工作。

  称的状态流程如图 3 所示。

在一个任务启动后，激活的称会检查用户配方，如果配方没有问题，就进行下一步的组

件检查。如果有问题，则进入挂起状态，并报错提醒用户处理。组件检查主要是检查下料门

电磁阀、排料门电磁阀、粗给精给的电机等是否处于准备工作状态。如果没有准备好，则进

入维修状态，并报警提醒用户处理。如果组件处于准备工作状态，则根据 PLC 的控制命令，

进行进给控制（包括粗给和精给）或者排料控制。

　

混合机控制系统

　

  混合机在 配料系统 中是非常关键的设备，所以该系统中配备了一个冗余混合机，确保在

一台混合机发生故障的情况下，该备用混合机在下一副料中投入使用。如图 4 所示。

整个混合机机体放置在一个30t量程的重力称下，其它装置都是通过软连接和机体相连。

在得到混合机启动命令后，混合机首先进行机体自检。如果不正常，产生设备故障报警。如

果机体自检正常，则进行称重。如果重量（除去称体自重）为负，产生 传感器 故障报警。如

果有残留料，进行排空程序。如果称为空，则进入称重准备阶段。接着，加料到目标值后，

进行干混合，再按照上面称重系统计算的湿度值进行加水，湿混合设定时间后，排空，由传

送带送至窑头，完成一个批次的配料操作。

　

4．总结

　

  本文简单介绍了浮法玻璃的工艺，针对它的 配料系统 提出了一种解决方案。多原料的配

料的核心控制是对称的操作和设计。对给出称操作的一般流程图，并对连续称量过程中的累

积称量误差用  G  补偿算法进行了有效的YZ。本文也给出了 配料系统 中另一个*关键设备

混合机的控制流程图。该控制系统在广州某一化工厂进行了应用，效果良好，大大的提高了

配料的效率和配料的准确性。

　

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