1、引言
唐山玻璃集團某玻璃制品生產(chǎn)線主要由煤氣站﹑熔窯﹑退火窯三個子系統(tǒng)組成。煤氣站子系統(tǒng)中，以煤為原料，以蒸汽為氣化劑，在煤氣發(fā)生爐中進行化學反應，產(chǎn)生煤氣。熔窯子系統(tǒng)利用煤氣站產(chǎn)生的煤氣，與空氣混合后，在熔窯內(nèi)進行充分燃燒，將玻璃原料加熱融化，產(chǎn)生的玻璃原液經(jīng)供料道送至玻璃制品機，進行玻璃制品半成品的生產(chǎn)。退火窯子系統(tǒng)則實現(xiàn)半成品的高溫燒成去應力和冷?。
由于歷史原因，整條生產(chǎn)線的自動控制水平比較低，基本上由現(xiàn)場工人根據(jù)儀表顯示進行手動操作，以實現(xiàn)加氣﹑送風﹑溫度調(diào)節(jié)和窯壓調(diào)節(jié)等功能。手動控制不僅效果差﹑原材料能源浪費大，而且經(jīng)常由于三個子系統(tǒng)之間不能協(xié)調(diào)工作而出現(xiàn)停窯等生產(chǎn)事故，因此實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動控制顯得尤為重要。
整條生產(chǎn)線檢測控制點多﹑現(xiàn)場環(huán)境惡劣﹑物理距離遠，并且要求控制系統(tǒng)可靠性高﹑安全性好﹑維修簡單﹑價格低廉。經(jīng)過仔細考察比較，系統(tǒng)最終選用了I-7000系列遠程數(shù)據(jù)采集模塊，在此基礎上設計實現(xiàn)了生產(chǎn)線的監(jiān)測控制系統(tǒng)。
2、系統(tǒng)的硬件結(jié)構
根據(jù)生產(chǎn)線的實際情況，結(jié)合當前工業(yè)控制技術的發(fā)展方向，控制系統(tǒng)采用了工業(yè)控制計算機與分布式I/O模塊相結(jié)合的方式。上位機采用了RACK600工業(yè)控制計算機?？紤]I-7000模塊種類多﹑可靠性高﹑抗干擾能力強﹑價格低廉等，系統(tǒng)采用了I-7000模塊作為分布式I/O模塊。為確保生產(chǎn)線的安全可靠，系統(tǒng)采用了上位機雙機冗余的方式，主機和從機可自動無擾切換。在系統(tǒng)檢修或故障時，可通過轉(zhuǎn)換開關，將系統(tǒng)切換為原手動控制，保證了生產(chǎn)過程的可靠性。
系統(tǒng)硬件物理上可分為兩部分：一部分放置在煤氣站控制室，負責煤氣站子系統(tǒng)的信號采集與輸出，其余部分（包括上位機）放置在熔窯控制室（作為中央控制室），負責熔窯和退火窯子系統(tǒng)的信號采集和輸出。所有信號經(jīng)RS485網(wǎng)絡匯總到上位機，以實現(xiàn)整條生產(chǎn)線的監(jiān)測與控制，具體描述如下。
2．1煤氣站子系統(tǒng)
煤氣站子系統(tǒng)有8路4-20ma壓力輸入信號﹑4路溫度輸入信號﹑4路開關量報警輸出信號﹑3路4-20ma電流輸出信號，采用I-7017﹑7018﹑7042﹑7024模塊各一塊。
I-7017為8信道仿真量輸入模塊，最大輸入量程為±10V。在7017的每一?通道并聯(lián)一?250Ω3　的精密電阻，可將8路4-20ma電流信號轉(zhuǎn)化為1-5V電壓信號，作為現(xiàn)場壓力信號，送入控制系統(tǒng)。
I-7018為8路熱電偶輸入模塊，可直接采集熱電偶信號。煤氣站的4路溫度信號均為K型，共享一塊7018。
I-7042為13路隔離型集電極開路輸出模塊，配合RM104功率繼電器板可實現(xiàn)繼電器輸出功能。系統(tǒng)設有一次風壓﹑煤氣溫度等超限報警。報警時，7042控制RM104驅(qū)動現(xiàn)場的24V報警指示燈亮，同時報警電鈴?。
I-7024為4信道仿真輸出模塊，可輸出標準的電壓和電流信號。煤氣站的一次風機采用變頻器控制，2路蒸汽采用電動調(diào)節(jié)閥控制，3路控制信號均為4-20ma標準電流信號，共享一塊7024。
2．2熔窯子系統(tǒng)
熔窯子系統(tǒng)有16路溫度輸入信號﹑6路數(shù)字輸入信號﹑3路4-20ma壓力輸入信號﹑4路繼電器輸出信號﹑2路4-20ma電流輸出信號﹑1路0-1V液位輸入信號。共享4塊I-7018﹑1塊7024﹑1塊7042﹑1塊7052和1塊7017。
16路溫度信號有6路K型熱電偶，4路S型熱電偶，4路J型熱電偶和兩路S型熱電偶，分別用4塊7018實現(xiàn)溫度信號的采集。
4路壓力信號為4-20ma標準電流信號，經(jīng)250Ω精密電阻轉(zhuǎn)換為1-5V電壓信號，由7017實現(xiàn)壓力信號的采集。7017模塊同時完成液位信號的采集。
4路繼電器輸出信號為空氣和煤氣換向輸出信號，由I-7042驅(qū)動RM104完成。
I-7050為7路數(shù)字輸入模塊?，F(xiàn)場的6路換向到位信號經(jīng)繼電器隔離后，轉(zhuǎn)換為干接?信號，由7050實現(xiàn)換向到位信號采集。
二次風機采用變頻器控制，控制信號為4-20ma電流信號，煙囪吸力調(diào)節(jié)控制信號也是4-20ma電流信號，2路信號輸出由一塊7024來實現(xiàn)。
2．3退火窯子系統(tǒng)
退火窯為單獨的子系統(tǒng)，根據(jù)廠家要求，暫不做控制。
3、系統(tǒng)的軟件原理
系統(tǒng)上位機采用Windows NT 4.0 作為操作系統(tǒng)，Intellution公司的FIX軟件作為工業(yè)測控軟件平臺，Visual C 5.0和Visual Basic 5.0作為編程語言。在控制算法上，采用了軟嵌入式自學習多變量模糊控制器（MF控制器）。
3．1系統(tǒng)控制原理
? 煤氣站到熔窯，系統(tǒng)最終的控制目標是：熔窯溫度TR保持在1500±5℃，窯壓PR保持在15±1Pa。，熔窯溫度TR通過調(diào)節(jié)煤氣站的煤氣出口壓力PM來實現(xiàn)，同時TR受PR的影?。PM是通過調(diào)節(jié)煤氣發(fā)生?的風量來實現(xiàn)控制的，而風量的變化，必然會引起煤氣站混合氣溫度的變化。為保證煤氣發(fā)生?中的化學反應充分，混合氣溫度必須穩(wěn)定在60±1℃，因此又必須對一次風和蒸汽進行控制。窯壓PR除受上述因素影以外，還受煙囪吸力的影響?？梢?，系統(tǒng)是一個串級多變量非線形大慣性系統(tǒng)。
為解此復雜的控制，系統(tǒng)核心采用了軟嵌入式自學習多變量模糊控制器。此控制器是在國家自然科學基金的支持下，融合了模糊進化神經(jīng)網(wǎng)絡﹑智能建模﹑模糊穴映射等智能控制技術而形成的，并且在陶瓷行業(yè)中得到了大量應用。將其應用于此控制系統(tǒng)，實踐證明也是成功的。
3．2系統(tǒng)軟件功能
根據(jù)玻璃制品生產(chǎn)線的實際情況，結(jié)合工廠的要求，系統(tǒng)主要設計并實現(xiàn)以下功能：
關鍵的溫度和壓力控制：在煤氣站子系統(tǒng)中，通過控制一次風和蒸汽，實現(xiàn)了混合氣溫度穩(wěn)定(60±1℃)，煤氣出口壓力滿足了熔窯子系統(tǒng)燃燒的需要。在熔窯子系統(tǒng)中，實現(xiàn)了熔窯溫度（1500±5℃）和窯壓（15±1Pa）的穩(wěn)定控制。
生產(chǎn)線概貌顯示：概貌圖是現(xiàn)場工人操作的主要界面，實現(xiàn)了全部數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與報警，并可直接進行工藝參數(shù)的設定等。
實時數(shù)據(jù)曲線顯示：實時趨勢圖將有關的數(shù)據(jù)以曲線和數(shù)據(jù)形式進行實時動態(tài)顯示，并支持實時打印功能。
歷史數(shù)據(jù)顯示：可根據(jù)實際需要，以曲線或數(shù)據(jù)形式，顯示過去幾個月的關鍵歷史數(shù)據(jù)，時間可精確到秒級。
手動/自動切換：系統(tǒng)提供了手動/自動轉(zhuǎn)換軟開關，可在上位機上實現(xiàn)計算機全自動控制或現(xiàn)場工人利用計算機實現(xiàn)半自動控制。
煤氣和空氣的換向：可根據(jù)時間和溫差實現(xiàn)全自動換向，也可在特殊情下實現(xiàn)半自動或全手動換向。
事件報警：根據(jù)現(xiàn)場要求可事先定義報警事件，當滿足條件時，系統(tǒng)將事件記錄下來，同時發(fā)出光報警。本系統(tǒng)主要定義了溫度和壓力的超限報警。
非法操作記錄：系統(tǒng)要求現(xiàn)場工人嚴格按照工藝及操作規(guī)程進行操作，所有違反規(guī)定的事件，比如夜班休息不加煤﹑非法入侵計算機系統(tǒng)等，都會形成事件記錄。
報表打?。嚎蓪λ袛?shù)據(jù)進行日報表定時打印，可隨時對當前數(shù)據(jù)進行報表打印，也可對歷史數(shù)據(jù)進行報表打印。
權限管理：系統(tǒng)根據(jù)需要，賦予相關人員不同的操作權限，要求操作者按照自己的姓名登錄。最高權限為管理員，最低為操作者。
幫助：以簡單的畫面形式幫助現(xiàn)場工人使用該系統(tǒng)。
4、結(jié)束語
系統(tǒng)安裝使用后，經(jīng)過幾個月的運行，證明了整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定﹑可靠﹑安全，降低了工人勞動強度，提高了行業(yè)技術人員素質(zhì)，延長了生產(chǎn)線使用壽命，節(jié)約了能源與原材料消耗，提高了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力，完全達到了預期的設計目標，實現(xiàn)了較好的經(jīng)濟效益與社會效益。