CN107632583A - 一种玻璃生产流程的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃生产流程的自动控制系统，包括PLC控制柜、用于实现熔窑液位控制的第一变频器、加料机、熔窑和液位传感器、用于实现料道温度控制的第二变频器、风机、预混器、第一阀门、第二阀门、烧抢、料道、温度传感器、用于实现玻璃成型控制的第三变频器、剪料机、转速传感器和传送带、光电开关、重量传感器、第一电磁阀、压制机及和第二电磁阀；所述PLC控制柜的AO模块连接第一变频器、第二变频器和第三变频器，所述PLC控制柜的AI模块连液位传感器、温度传感器、转速传感器和重量传感器，所述PLC控制柜的开关量输入模块连接光电开关，所述PLC控制柜的开关量输出模块连接第一电磁阀和第二电磁阀。如此解决了现有流程效率低玻璃质量不高的问题。

Description

一种玻璃生产流程的自动控制系统

技术领域

本发明涉及玻璃生产领域，具体涉及一种玻璃生产流程的自动控制系统。

背景技术

在玻璃制品生产工艺基本由配合料制备、熔制、成型和热处理组成。

配合料制备是指按照设计好的料方单，将各种原料除湿除铁粉碎称量后和配料按料方单中的比例在混料机内混合均匀，玻璃的主要原料有石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等，其中石灰石、长石、纯碱和硼酸同时充当助溶剂。

玻璃的熔制是指将配合料经过高温加热转变为化学组成均匀的、无气泡的并符合成型要求的玻璃液的过程，可分为五个阶段，即烧结体的形成、玻璃液的形成、玻璃液的澄清、玻璃液的均化和玻璃液的冷却。烧结体的形成是指质量合乎要求的配合料加入玻璃窑炉中，在高温作用下，发生一系列物理、化学反应，形成有硅酸盐和残余石英颗粒组成的烧结体，这一阶段结束时，大部分气态产物从配合料中逸出，配合料变为有硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物；玻璃液的形成是指烧结物进一步加热后开始熔融扩散变为透明玻璃液；玻璃液的澄清是指气体杂物从玻璃液中消除的过程；玻璃液的均化是指将将存在条纹及其他不均匀体的玻璃液变成化学组成均匀一致玻璃液的过程；玻璃液的冷却是指为使玻璃液满足成型所需的粘度要求，经高温澄清均化后的玻璃液需要进一步将降温冷却，整个冷却过程应力求平稳进行，以保证玻璃液的热均匀性，并防止出现温度波动以免引起二次气泡。

玻璃的成型通常是指由熔化的质量符合要求的玻璃液来制成具有一定形状和尺寸的玻璃制品的过程，它也是一个冷却过程，玻璃首先由粘性液态转变为可塑态，再转变为脆性固态。

热处理是指通过退火、淬火等工艺，消除或产生玻璃内部的应力、分相或晶化以及改变玻璃的结构状态。

现有的玻璃工艺流程中各个环节都要靠人工操作，该操作方式具有严重的滞后性、人为的误操作、效率低且精度低而导致玻璃成品质量不高，找到一种可靠的玻璃生产流程的自动控制系统十分必要。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种玻璃生产流程的自动控制系统，通过控制玻璃熔炉的液面、料道的温度、剪料机的转速、压制机的各动作启动时间和动作时间，解决现有的玻璃生产流程效率低及玻璃质量不高的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种玻璃生产流程的自动控制系统，所述系统包括PLC控制柜、用于实现熔窑液位控制的第一变频器、与第一变频器相连的加料机、与加料机相连的熔窑和位于熔窑四周的液位传感器、用于实现料道温度控制的第二变频器、与第二变频器相连的风机、与风机相连的预混器、与预混器相连的第一阀门和第二阀门、与第二阀门相连烧抢、与熔炉相连的料道及料道内壁的温度传感器、用于实现玻璃成型控制的第三变频器、与第三变频器相连和料道相连的剪料机、与剪料机相连的转速传感器和传送带、用来测试剪料机是否运行一周的光电开关、与传送带相连的重量传感器、第一电磁阀和压制机及与压制机相连的第二电磁阀；所述PLC控制柜包括用于模拟量输出的AO模块、用于将工程量转换为整型值的UNSCALE功能模块、PID控制模块、用于将整型值转换为工程量的SCALE功能模块、用于模拟量输出的AI模块、开关量输入模块、计数模块、计时模块、计算模块和开关量输出模块，所述AO模块连接第一变频器、第二变频器和第三变频器，所述AI模块连液位传感器、温度传感器、转速传感器和重量传感器，所述开关量输入模块连接光电开关，所述开关量输出模块连接第一电磁阀和第二电磁阀。

为了提高玻璃压制效率，进一步地，所述PLC控制柜连接1～5个第三变频器。

为了使液位检测精确度更高且避免液位传感器被熔化的玻璃配合料污染腐蚀，进一步地，所述液位传感器采用激光进行液位的非接检测。

为了减少加料时液位波动产生误差，进一步地，所述液位传感器为多个，均匀对称分布于熔窑的四周，所述控制系统还包括计算模块。

为了使控制系统更安全，进一步地，所述阀门1为防爆电磁阀。

为了防止燃气泄露，进一步地，所述阀门2为零压阀。

为了使测试的温度更准确，进一步地，所述温度传感器为多个，对称分布于料道内。

为了使系统能有效监控，且一台计算机能监控多台PLC，进一步地，所述PLC控制柜还包括用于统一不同厂商设备接口的OPC服务器和以太网模块，所述系统还包括交换机和上位机，所述交换机通过以太网模块连接PLC控制柜和上位机，所述上位机包括OPC客户端、存储模块和人机界面。

为了参数设置方便、及时得知报警和历史数据方便查询管理，进一步地，所述人机界面包括参数输入单元、报警单元、实时监控显示单元、历史查询单元及生产信息总览单元。

为了工厂的生产管理方便，进一步地，所述存储模块包括生产管理关系表、设备管理关系表、质量管理关系表和物料管理关系表。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.通过液面控制，替代人工投料降低了人力成本，保证了熔炉的进料口和出料口的流量一致；进料均匀，液位控制可达0.01mm的精度；易化，节约熔炉的燃烧能源2％-8％；减轻了对熔窑壁耐火材料的冲刷和侵蚀；

2.通过温度控制，此部分节能达到40％，温度控制精度小于等于1℃；

3.通过剪料机转速的控制和滴料重量的检测，提高了输入压制机原料重量的合格率，进而提高玻璃产品的质量；

4.方便参数设置、报警查看和历史数据的查询及管理；

5.方便了生产相关物理、设备和质量的管理。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是一种玻璃生产的自动控制系统的结构框图；

图2是一种玻璃生产的自动控制系统的简要控制图。

图中，1.上位机2.交换机3.PLC控制柜4.第一变频器5.第二变频器6.第三变频器7.第一电磁阀8.第二电磁阀9.加料机10.风机11.剪料机12.传送带13.压制机

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1和图2对本发明作详细说明。

一种玻璃生产流程的自动控制系统，所述系统包括PLC控制柜3、用于实现熔窑液位控制的第一变频器4、与第一变频器相连的加料机5、与加料机5相连的熔窑和位于熔窑四周的液位传感器、用于实现料道温度控制的第二变频器6、与第二变频器6相连的风机7、与风机7相连的预混器、与预混器相连的第一阀门和第二阀门、与第二阀门相连烧抢、与熔炉相连的料道及料道内壁的温度传感器、用于实现玻璃成型控制的第三变频器8、与第三变频器8相连和料道相连的剪料机9、与剪料机9相连的转速传感器和传送带11、用来测试剪料机是否运行一周的光电开关、与传送带11相连的重量传感器、第一电磁阀10和压制机及与压制机相连的第二电磁阀12；所述PLC控制柜包括用于模拟量输出的AO模块、用于将工程量转换为整型值的UNSCALE功能模块、PID控制模块、用于将整型值转换为工程量的SCALE功能模块、用于模拟量输出的AI模块、开关量输入模块、计数模块、计时模块、计算模块和开关量输出模块，所述AO模块连接第一变频器4、第二变频器6和第三变频器8，所述AI模块连液位传感器、温度传感器、转速传感器和重量传感器，所述开关量输入模块连接光电开关，所述开关量输出模块连接第一电磁阀10和第二电磁阀12。

为了提高玻璃压制效率，进一步地，所述PLC控制柜3连接1～5个第三变频器8。

为了使液位检测精确度更高且避免液位传感器被熔化的玻璃配合料污染腐蚀，进一步地，所述液位传感器采用激光进行液位的非接检测。

为了减少加料时液位波动产生误差，进一步地，所述液位传感器为多个，均匀对称分布于熔窑的四周，所述控制系统还包括计算模块。

为了使控制系统更安全，进一步地，所述第一阀门为防爆电磁阀。

为了防止燃气泄露，进一步地，所述第二阀门为零压阀。

为了使测试的温度更准确，进一步地，所述温度传感器为多个，对称分部于料道内。

为了使系统能有效监控，且一台计算机能监控多台PLC，进一步地，所述PLC控制柜3还包括用于统一不同厂商设备接口的OPC服务器和以太网模块，所述系统还包括交换机2和上位机1，所述交换机通过以太网模块连接PLC控制柜3和上位机1，所述上位机1包括OPC客户端、存储模块和人机界面。

为了参数设置方便、及时得知报警和历史数据方便查询管理，进一步地，所述人机界面包括参数输入单元、报警单元、实时监控显示单元、历史查询单元及生产信息总览单元。所述参数输入单元包括液位值、液位报警的上限值下限值、温度值、温度报警的上限值下限值、滴料数、转速值、转速报警的上限值和下限值、压制机各动作开启的延时时间、各压制机动作执行时间、玻璃滴料重量的上限和下限值的输入。

为了工厂的生产管理方便，进一步地，所述存储模块包括生产管理关系表、设备管理关系表、质量管理关系表和物料管理关系表。

液位传感器将检测到熔窑内的液位转换为4～20mA的电信号输入至PLC控制柜3的AI模块，PLC控制柜3调用计算模块获取多个传感器液位值的平均值，通过SCALE功能模块将电信号平均值转换为以工程单位表示的界于下限和上限之间的实型值数据，将此实型值数据作为PID控制模块的反馈值参数输入口；将参数输入单元设置好的生产工艺要求液位值通过交换机2传入PLC控制柜3，PLC控制柜3调用SCALE功能模块将液位设定值转换为工程量的实型值数据，将此实型值数据作为PLC控制柜3控制器中PID控制算法模块的设定值参数输入；在PLC控制柜3设定PID控制算法模块的采样周期、比例增益值、积分时间、死区宽度、PID上下极限值后，PLC控制柜3按照设定的参数完成液位的PID控制算法；将PID控制模块计算完成的实型值通过UNSCALE功能转换为整型值，通过AO模块送入第一变频器，调节第一变频器的输出频率，控制加料机5的正反转及转速进而控制加料速度从而达到控制熔窑液位的目的。

OPC服务器获取PLC控制柜3的I/0数据信息通过交换机2发送给上位机1的OPC客户端，客户端获取相关数据的放入存储模块，包括液位信息和报警信息。当液位超过参数设置单元设定的液位上限、低于设置的液位下限时报警，并在上位机1上同步显示报警信息。

热电偶将检测到料道内的温度转换为4～20mA的电信号输入至PLC控制柜3的AI模块，PLC控制柜3调用计算模块获取多个热电偶输入电信号的平均值，通过SCALE功能模块将电信号平均值转换为以工程单位表示的界于下限和上限之间的实型值数据，将此实型值数据作为PID控制算法模块的反馈值参数输入口；将参数输入单元设置好的生产工艺要求的温度值通过交换机2传入PLC控制柜3，PLC控制柜3调用SCALE功能模块将温度设定值转换为工程量的实型值数据，将此实型值数据作为PLC控制器中PID控制算法模块的设定值参数输入；在PLC设定PID控制算法模块的采样周期、比例增益值、积分时间、死区宽度、PID上下极限值后，PLC按照设定的参数完成温度的PID控制算法；将PID控制模块计算完成的实型值通过UNSCALE功能转换为整型值，通过AO模块送入第二变频器，调节第二变频器的输出频率，控制风机7的转速进而控制输入空气的量以调节空气与天然气的混合比例，其通过烧抢燃烧后以达到控制料道温度的目的。

OPC服务器获取PLC的I/0数据信息通过交换机2发送给上位机1的OPC客户端，客户端获取相关数据的放入存储模块，包括温度信息和报警信息。当温度超过参数设置单元设定的温度上限、低于设置的温度下限时报警，并在上位机1上同步显示报警信息。

转速传感器将检测到剪料机9的转速转换为4～20mA的电信号输入至PLC控制柜3的AI模块，PLC控制柜3通过SCALE功能模块将电信号平均值转换为以工程单位表示的界于下限和上限之间的实型值数据，将此实型值数据作为PID控制算法模块的反馈值参数输入口；将参数输入单元设置好生产工艺要求的转速值通过交换机2传入PLC控制柜3，PLC控制柜3调用SCALE功能模块将转速设定值转换为工程量的实型值数据，将此实型值数据作为PID控制模块的设定值参数输入；在PLC设定PID控制算法模块的采样周期、比例增益值、积分时间、死区宽度、PID上下极限值后，PLC按照设定的参数完成的PID控制算法；将PID控制模块计算完成的实型值通过UNSCALE功能转换为整型值，通过AO模块送入第三变频器，调节第三变频器的输出频率以达到控制剪料机9转速的目的，从而控制玻璃滴液的大小一致。

在剪料机9剪料获得玻璃滴料后，重量传感器获得玻璃滴料的重量转换为4～20mA的电信号输入至PLC控制柜3的AI模块，计算模块根据AI模块的输入转换为真正的重量与参数输入单元的玻璃滴液重量的上下限值相对比，如超过上下限值，则PLC控制柜3则给出此信号到开关量输出模块，通过连接开关量输出模块的传送带11电磁阀控制传送带11进行滴料的抛出。

剪料机9每运转一周通过光电开关给PLC的开关量输入模块传递“1滴料”运行开始信号，PLC的计数模块根据此信号统计滴料数，当达到上位机1的参数输入单元设定的滴料数时，PLC控制柜3将此信号作为开关量给开关量输出模块，通过连接开关量输出模块的电磁阀启动压制机13。压制机13启动后，PLC调用计时模块通过不同的延时时间来定义各个动作的动作次序来控制不同的电磁阀，再将动作次序进行不同时间的延时来定义各个动作的执行时间，从而达到控制压制机13进行接料、同步料斗、转盘拉杆、定位、定型、压制、顶出，夹球的一系列工艺动作。

OPC服务器获取PLC的I/0数据信息通过交换机2发送给上位机1的OPC客户端，客户端获取相关数据的放入存储模块，包括转速信息和报警信息。当转速超过参数设置单元设定的转速上限、低于设置的转速下限时报警，并在上位机1上同步显示报警信息。

经过上述实施，即可实现玻璃熔炉的液面、料道的温度、剪料机9的转速、压制机13的各动作启动时间和动作时间的控制，解决了玻璃生产流程效率低及玻璃质量不高的问题。

Claims (10)

1.一种玻璃生产流程的自动控制系统，其特征在于，所述系统包括PLC控制柜(3)、用于实现熔窑液位控制的第一变频器(4)、与第一变频器相连的加料机(5)、与加料机(5)相连的熔窑和位于熔窑四周的液位传感器、用于实现料道温度控制的第二变频器(6)、与第二变频器(6)相连的风机(7)、与风机(7)相连的预混器、与预混器相连的第一阀门和第二阀门、与第二阀门相连烧抢、与熔炉相连的料道及料道内壁的温度传感器、用于实现玻璃成型控制的第三变频器(8)、与第三变频器(8)相连和料道相连的剪料机(9)、与剪料机(9)相连的转速传感器和传送带(11)、用来测试剪料机是否运行一周的光电开关、与传送带(11)相连的重量传感器、第一电磁阀(10)和压制机及与压制机相连的第二电磁阀(12)；所述PLC控制柜包括用于模拟量输出的AO模块、用于将工程量转换为整型值的UNSCALE功能模块、PI D控制模块、用于将整型值转换为工程量的SCALE功能模块、用于模拟量输出的AI模块、开关量输入模块、计数模块、计时模块、计算模块和开关量输出模块，所述AO模块连接第一变频器(4)、第二变频器(6)和第三变频器(8)，所述AI模块连液位传感器、温度传感器、转速传感器和重量传感器，所述开关量输入模块连接光电开关，所述开关量输出模块连接第一电磁阀(10)和第二电磁阀(12)。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃生产流程的自动控制系统，其特征在于，所述PLC控制柜(3)连接1～5个第三变频器(8)。

3.根据权利要求1所述的一种玻璃生产流程的自动控制系统，其特征在于，所述液位传感器采用激光进行液位的非接检测。

4.根据权利要求1或3所述的一种玻璃生产流程的自动控制系统，其特征在于，所述液位传感器为多个，均匀对称分布于熔窑的四周。

5.根据权利要求1所述的一种玻璃生产流程的自动控制系统，其特征在于，所述第一阀门为防爆电磁阀。

6.根据权利要求1所述的一种玻璃生产流程的自动控制系统，其特征在于，所述第二阀门为零压阀。

7.根据权利要求1所述的一种玻璃生产流程的自动控制系统，其特征在于，所述温度传感器为多个，对称分部于料道内。

8.根据权利要求1所述的一种玻璃生产流程的自动控制系统，其特征在于，所述PLC控制柜(3)还包括用于统一不同厂商设备接口的OPC服务器和以太网模块，所述系统还包括交换机(2)和上位机(1)，所述交换机通过以太网模块连接PLC控制柜(3)和上位机(1)，所述上位机(1)包括OPC客户端、存储模块和人机界面。

9.根据权利要求8所述的一种玻璃生产流程的自动控制系统，其特征在于：所述人机界面包括参数输入单元、报警单元、实时监控显示单元、历史查询单元及生产信息总览单元。

10.根据权利要求8所述的一种玻璃生产流程的自动控制系统，其特征在于：所述存储模块包括生产管理关系表、设备管理关系表、质量管理关系表和物料管理关系表。