基于DCS自动控制循环水液面的改造
摘要：本文介绍自己曾经参与指导、设计、改造的一个课题——对浮法玻璃生产线循环回水池液位的自动控制改造，把由原来人工看守水泵来调整循环回水池液位的方法改为由分散控制系统（DCS）通过投入式液位变送器，变频器等设备完成循环回水池液位的自动控制，从而优化了企业的生产效率、提高了生产的安全性。
关键词：分散控制系统（DCS） 循环回水池液位 自动化控制
一、概述
在平板玻璃生产过程中，玻璃原料需要在熔窑中通过加热至1500度以上的高温变成液态后，再经过风冷或者水冷等环节使之成型。公司采用的是浮法工艺生产平板玻璃，该方法从生产投料到退火成型，无论是控制玻璃温度还是高温设备的冷却当中都需要大量的冷却水，且水流量、水压必须满足要求。公司采用循环用水的理念，生产线回水冷却后再循环使用，减少每天新水的取水量，降低成本。循环水如果供应不稳定或者断水，所造成的非常严重的损失，后果是不堪设想的。
该公司浮法生产线原循环回水池一直是靠人工控制水位和输水压力，由于工人的疏忽出过几次事故，控制效果不是很理想。为了有效控制循环水的供应，保证安全、高效生产，在2009年，我与该公司内电气相关人员（我校电气专业毕业生）合作共同对该环节进行了技术创新，实现了对循环水的自动化控制，该控制系统运行至今未出现重大安全事故，为公司的正常生产提供了有力的保障。
二、公司浮法生产线原循环水系统简介
公司新的浮法玻璃生产线于2007年正式点火投产，冷却循环用水由管路汇集于一、二号两个五米高的冷水池，两个冷水池各配有两台90kw离心式水泵（一备一用）作不停机运行将水输送至生产线循环使用。离心泵电气控制需由人工控制（自藕变压器降压），回水池液位及输水压差也由人工操作工调节水泵阀门控制，所以泵房值班室设有岗位，安排三班人员一人一班24小时值班操作。因为所有环节都依赖人工操作，由于工作的一时疏忽，造成水池抽干或池满溢水等事故在所难免，在运行过程中发生过几次供水不稳和停水、停泵事故，给公司的安全生产造成了严重的负面影响，也给公司的经济造成了重大的损失，该系统的技术升级迫在眉睫。
浮法玻璃生产线循环水系统流程图：
三、浮法生产线原循环水系统自动化控制改造方案
1、将原两水池中间隔墙打通，两池贯通为一池用，因原四台水泵输出管路是同一管出的。主电路部分现用丹佛斯变频器VLT6000配一台水泵，其余三台不变作手动备用。
2、控制部分接入生产线DCS控制。
3、在循环冷水池中加装一投入式液位变送器测量水池0~5米实际水位（二线制4~20mA）。
自动控制原理：系统正常运行时水池的液位变送器对水池液位进行数据采样，传输至DCS，与操作者设定的液位值进行比较，将结果转换为频率调节信号送至变频器；变频器调节水泵的电源频率，进而调整水泵的转速；DCS控制水泵的运转。通过对水泵的启动及其中变频转速的调节，将水池的液面高度恒定于操作者预先设的液位值，达到液位自动控制目的。
四、具体实施：
整改该液位控制具体分下面三步进行：
1、将现场水位通过投入式液位变送转换实际信号值接入DCS系统PID功能块中的AI模块，经A/D转换，运算后输出，把数字信号转换成模拟信号，再从AO模块输出信号驱动变频器 。 （见图一）。
（图一）
2、在电脑界面加设一水位显示及控制状态界面，（见图二）。
（图二）水位显示及控制状态界面
3、组态方面：运用DCS系统PID功能块以达到自动跟踪控制目的。
4、量程设定：
液位变送器水位：量程0~5米对应输出4-20mA（AI输入）。
输出控制信号：0~100%-→4-20mA对应变频器0--60Hz（AO输出）。
变频器设定：加/减速时间15S，频率下限20Hz、上限60Hz、额定电流180A。
在水池里装设了超高、超低二个信号利用浮球进行探测。然后将两个信号加入DCS系统功能块，（见图三）。
（图三）
当液位控制器因故障，水位失控时，假设水位超低信号反馈进入系统，系统将立即暂停PID输出而优先切换至“REAL-L”功能快指令（内设30%输出）作低频率（20Hz）运行。反之当超高信号进入系统或水位涨至超高位，系统同样暂停PID输出而切换至“REAL-H”功能块指令（内设100%输出）变频器作最高频率（60Hz）运行而将水位降低。加设了这项保护可以预防当液位变送器实际水位信号中断或错乱，其液位都可控制在所限制超高/超低水位范围内，避免水池抽干或溢水事故。
五、改造前后生产实效影响
这次设备整改降低操作者的劳动强度；自动控制液位对水泵，电机也起到了很好的保护作用和有效地节约了电能的消耗；电机软启动，具有短路保护，过流保护功能，工作稳定可靠，延长了设备的使用寿命；而且该系统的操作也非常方便，凡是需要修改的参数都可以在中央控制室操作站界面直接输入，如变频器的起/停、运行频率、每个PID控制回路的参数值等。通过这次改造从意义上使我更深刻地认识到时代在不断地进步，高新科技更是突飞猛进，日新月异，我们不能因循守旧而墨守成规，应勇于突破传统，敢于开拓通过努力学习，钻研，紧随科技，才能赶上时代步伐与时俱进，才可以在本行业内生存发展下去。感谢合作企业我提供一个良好的机会，能与企业技术人员一起学习、交流。
参考文献：
1、期刊《玻璃》2002年第2期——《浮法玻璃厂循环水工艺设计及运行控制要点》
2、期刊《玻璃》2010年第11期——《循环冷却水的稳定控制对浮法玻璃生产的影响》
