浮法玻璃生产工艺设计方案

浮法玻璃生产工艺设计方案第一章配料系统

1.1 原料制备

1.1.1 玻璃成分

玻璃的成分包括SiO

2、Al

2

O

3

、CaO、MgO 、Na

2

O和K

2

O。由于一些原料有其特殊之处，

所以在各个工序中都要对其加以克服才能顺利而又合理的制作出合乎要求的玻璃。由于

SiO

2的熔点过高，大约在1710℃，所以就要加入适量的CaO和K

2

O来降低熔点，而这两种

原料都相对比较贵，容易提高制作成本，就适量加一些Al

2O

3

，还有其他的一些原料加入，

都有其中的用意，每一种原料的加入都是有原因的。

1.1.2 玻璃原料

主要有：石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等。

图1.1 石灰石图1.2 石英砂图1.3 纯碱

辅助原料：着色剂金属氧化物。

助熔剂：萤石 CaF

2

。

澄清剂：碳。

1.2 配料系统的总体方案及硬件实现

1.2.1 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中央控制室（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1.4所示。

图1.4 玻璃配料系统的系统设计

1.2.2 硬件系统实现

WinCC 服务器/客户机：WinCC 服务器和客户机基于PC 机，CPU 为PIII－750E，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 SQL Anywhere 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。WinCC 服务器/客户机和工程师工作站通过以太网联入中央交换机中，和PLC 的以太网模块进行数据操作。

PLC 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1.5所示配料PLC 和上料PLC 各通过一块以太网模块CP443－1 来连接到中央以太网交换机。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。

图 1.5 ＰＬＣ系统硬件组态图

称重系统：称重系统采用劳特普利森公司 (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。

1.3 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。

1.3.1 称的状态流程

原料称（如图 1.6）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。

图1.6 原料秤

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。

1.3.2 G 补偿算法

称在长期运行的情况下，实际值和给定值之间不可避免的存在偏差。G 补偿算法就是尽量的减少这种偏差。它的思想是当偏差出现在当前的这批料方，那么对下一次的目标值进行调整。补偿目标计算公式根据称量的计数值（n ）来确定： n=1 M

T CT -?=100100)1( (1.1) n>1 M

T n CT -?=100100)(, （1.2） delta GCF T T ∑?+=,（1.3）

但是，

GCLimit n CT n CT ≤--)1()(（1.4）

其中：

n 为称量计数值；T 是定义在配方中的目标值（dry target ）；CT （n ）为计算出来的目标值；M 为水份；GCF 为材料的G 补偿校正因子；GCLimit 为GC 极限值，它避免计算目标值的快速改变。Σdelta 是称量过程中的累积的真实偏差，在称量完成后它按照公式1.5所示来进行更新：

]100

100[M D T delta delta -?

-+∑=∑ (1.5) 其中D 为称量的纯料值。

1.3.3 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1.7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。