论文部分内容阅读
【摘要】对熔化池的燃烧系统的作用及工作原理进行简要的说明，提出了燃烧系统的设计方法，同时详细说明了控制系统使用方法及管路安装方面的注意事项。
【关键词】熔化池；燃烧盘；阀位控制器；流量计
1.引言
在TFT基板玻璃生产中，熔化池加热方式采用电加热与燃气加热并存的模式，燃气加热系统在烤窑期间提供烤窑的热源，烤窑结束后，电加热系统开始启用，燃烧系统成为辅助加热，主要用来进行一些工艺温度和炉压大小的细调，熔化池温度、炉压的稳定与否，与燃烧系统控制及流量检测系统密切相关。温度的稳定，对基板玻璃的品质影响很大，直接决定了如气泡、玻璃结、条纹等诸多缺陷的数量，熔化池燃烧系统的控制良好与否，对工艺的调整至关重要。
2.燃烧系统的硬件组成
燃烧系统主要由控制系统、燃烧主盘管路、燃烧分盘管路、燃枪等组成。
2.1 燃烧主盘
由动力单位提供燃气资源(天然气、氧气)到达厂房，与主盘进行对接，主盘要完成以下功能：
2.1.1 对燃气进行减压，确保燃气压力满足工艺值
主盘上设有天然气、氧气减压阀，在试运行时根据工艺情况，进行调整，保证燃气压力稳定在工艺压力范围内。
2.1.2 燃气的安全控制及状态信号监测
天然气是可燃性气体，除了保证管路良好密封性，正确的操作方法至关重要，在管路上装有安全自动遮断阀、手动遮断阀和压力检测开关，一旦压力过高或过低，遮断阀就立刻关闭。遮断阀的开启动作顺序：氧气自动遮断阀、氧气手动遮断阀、天然气自动遮断阀、天然气手动遮断阀。氧气、天然气管路中，任何一个压力开关工作，主燃烧盘就无法启动使用，报警系统发出刺耳的声音，必须逐一排除故障，故障排除后，重新启动主燃烧盘，各种安全信号检测正常，主燃烧盘就启动成功，控制箱面板上的安全联锁正常指示灯就亮，表明主盘系统功能正常。
主燃烧盘上还装有具有4-20mA信号传输的压力变送器、温度变送器、流量检测仪表，这些信号被送到DCS系统，进行实时监测，保证工艺人员及时掌控燃气的状态，
2.2 燃烧分支盘
根据熔化池大小的不同，熔化池配备不同数量的燃枪，为了保证每一支燃枪独立进行控制，就必须设立分支盘，分支盘根据燃枪的多少，设立相应的燃烧支路，每一支路上装有4-20mA信号远传流量检测计和电动阀门，每一阀门对应一个阀位控制器，工艺人员根据每一管路燃气的流量大小，适时的调整阀门的开度和流量设定值，进行工艺调节，保证熔化池的温度处于工艺监控的范围内。
2.3 燃枪系统
燃枪是把经过分支盘送来的天然气、氧气在燃枪处按一定的比例进行混合燃烧，产生热量，从而提高熔化池的温度，根据燃烧所需热量的大小、火焰的长短，配备有不同孔径的燃枪选择使用。
3.燃烧过程控制原理
熔化池的燃烧，必须保证可靠的运行，预防意外事件的发生，任何燃烧意外事故，都会给熔化池带来灭顶之灾，燃烧过程控制必须做到万无一失，为此我们设计了双路控制系统，任何一路故障，迅速切换到另一路控制系统，保证燃烧系统的正常运行，控制系统原理框图见图1
3.1 过程仪表控制
该过程仪表输入端有4-20mA，1-5v，1-10v三种信号模式，控制输出4-20mA信号，有停止、运行外部切换功能，操作模式有MAN/AUTO模式，控制方式8种，根据工艺情况选择适合的模式。设定好工作模式后，设定各工艺参数及PID参数，系统就可以投入使用。停止/运行按钮开关对应本地模式和DCS模式，在本地模式时，控制系统由过程仪表控制，现场检测到的4-20mA燃气流量信号送到过程仪表的输入端，根据设定的流量量程、SV流量值，仪表内部运算电路把采集到的流量信号PV与SV值进行比较，输出一个4-20mA的信号到阀位控制器，阀位控制器根据电流信号控制阀门的开度大小，从而调整了管路中燃气流量的大小，并把实际的开度信号返回到过程仪表及DCS系统，供工艺人员与设定的开度值比较参考，判断系统运行是否可靠。
3.2 DCS系统控制
当由本地模式转为DCS模式时，系统自动锁定PV值，实现无扰切换，操作人员进入DCS界面操作系统进行操作，同样可以进行SV值、PID参数的设定，控制各支路燃枪的流量。该系统可以同时显示SV值、PV值、理论OP开度值和阀门实际开度值。为了减少操作人员的工作量，DCS系统设计高度自动化，在设定好SV值后，系统就可以自动运行。DCS系统同时提供许多参数的历史曲线，供工艺技术人员查阅。在DCS系统，阀门的实际开度信号也被显示，工艺人员可以与设定的开度值比较，以便掌握阀门的实际开关状态信息。
4.阀位控制器原理及使用方法
我们选用MAXON公司的阀位控制器（SM-MRV-CI），是实现对阀门进行精确控制的专用控制器，它可以接受来自仪表、DCS系统的输出信号，从而对阀门的开度大小进行调节，也可以单独使用。
使用方法：在a，b，c三盏指示灯a灯亮闪烁（通过CMD abc拨杆向上拨来切换abc三盏指示灯）并且底部的旋钮缺口指示在0的位置时，按下ENTER键，指示灯MAN亮。
在MAN指示灯亮的情况下，旋钮缺口旋至6，并且a指示灯亮，按下ENTER键（此时0-9全部指示灯亮），此时就可以调节阀门的最小开度，向下（DEC）或向上（INC）调节位置。在观察阀门位置旋轴或蝶片达到需要的位置后，按下ENTER键（此时0-9全部指示灯再次亮）确认最小开度。
在阀门最小开度设置完成后，旋钮缺口旋至0，再将拨杆向下拨至RUN。
通过指示灯闪亮的数量及组合，查阅使用手册就可以知道阀门的开度大小，也就是说，若仪表系统、DCS系统同时故障，我们仍然可以控制燃烧系统的正常运行，唯一区别就是操作难度大，适合有经验、熟练的操作人员使用。
5.安全注意事项
为了减小误操作带来的风险，我们在仪表、DCS软件上都采取了适当的安全措施，在系统调试完成后，仪表系统开度的调节，锁定了比较大的设定值调整，只保留了微小的调整功能，防止开度的突变，带来温度系统的波动，在DCS系统软件上，都设置了调整量的最大值，也设置了一些保护程序，对一些可能引起事故的操作，DCS界面会给出提示功能，需操作人员确定后才能执行该任务。
在燃气的管路中，我们安装了许多的检测仪表，随时监控管路中燃气的运行状态，如各个出口的压力检测，用以查看管路是否有堵塞现象，管路中的温度传感器，用以检测燃气的温度变化，是否处于正常的工艺范围。
对现场的管网，进行颜色标识，悬挂安全提醒标志牌，对容易受到碰撞的管路，制作安全防护栏进行保护。
管道在铺设时，采取去油去毛刺处理，安装完成后，进行密封打压，最后用氮气吹扫保压直到投入运行调试完成。
管路中使用的检测仪表，进行反复的可靠性检测，保证仪表测量数据准确、安全可靠，为工艺提供准确的数据。
6.效果评价
根据以上的设计方法，我们在TFT熔化池燃烧系统施工过程中，严格按照技术要求施工，任何存在问题的细节都不放过，选用的检测仪表必须满足工况要求，阀门控制器的使用寿命和阀门的开关次数必须符合生产线使用四年的要求，通过上述的努力，生产线运行以来，从未出现过任何故障，控制系统功能正常，控制精度高，操作系统方便实用，深得生产工艺人员的好评。
7.结论
TFT熔化池燃烧系统的设计，充分考虑了现场使用环境的恶劣、操作人员的可操作性、设备及人员的安全性、生产过程的安全性，系统控制的精确性，才能取得稳定、可靠的运行结果。实践证明：上述燃烧系统的设计方法是可行的，控制系统运行是安全可靠的。
参考文献
[1]刘二雄.热工仪表及自动装置技术问答[M].中国电力出版社,2005,05.
[2]施仁.自动化仪表与过程控制[M].电子工业出版社.
[3]MODEL GS-US1000 DIGITAL INDICATING CONTROLLER GENERAL SPECIFICATIONS 2004.
[4]彭绍杰.工业炉自动调节系统的改进措施[J].冶金自动化.
[5]赵卫东,辛宏,王元,刘和平.PLC在温度控制系统中的应用[J].
作者简介：
王庚，男，陕西咸阳人，主要从事工业玻璃窑炉仪表系统设计与开发。
邢波，男，陕西咸阳人，主要从事工业窑炉仪表系统设计。
【关键词】熔化池；燃烧盘；阀位控制器；流量计
1.引言
在TFT基板玻璃生产中，熔化池加热方式采用电加热与燃气加热并存的模式，燃气加热系统在烤窑期间提供烤窑的热源，烤窑结束后，电加热系统开始启用，燃烧系统成为辅助加热，主要用来进行一些工艺温度和炉压大小的细调，熔化池温度、炉压的稳定与否，与燃烧系统控制及流量检测系统密切相关。温度的稳定，对基板玻璃的品质影响很大，直接决定了如气泡、玻璃结、条纹等诸多缺陷的数量，熔化池燃烧系统的控制良好与否，对工艺的调整至关重要。
2.燃烧系统的硬件组成
燃烧系统主要由控制系统、燃烧主盘管路、燃烧分盘管路、燃枪等组成。
2.1 燃烧主盘
由动力单位提供燃气资源(天然气、氧气)到达厂房，与主盘进行对接，主盘要完成以下功能：
2.1.1 对燃气进行减压，确保燃气压力满足工艺值
主盘上设有天然气、氧气减压阀，在试运行时根据工艺情况，进行调整，保证燃气压力稳定在工艺压力范围内。
2.1.2 燃气的安全控制及状态信号监测
天然气是可燃性气体，除了保证管路良好密封性，正确的操作方法至关重要，在管路上装有安全自动遮断阀、手动遮断阀和压力检测开关，一旦压力过高或过低，遮断阀就立刻关闭。遮断阀的开启动作顺序：氧气自动遮断阀、氧气手动遮断阀、天然气自动遮断阀、天然气手动遮断阀。氧气、天然气管路中，任何一个压力开关工作，主燃烧盘就无法启动使用，报警系统发出刺耳的声音，必须逐一排除故障，故障排除后，重新启动主燃烧盘，各种安全信号检测正常，主燃烧盘就启动成功，控制箱面板上的安全联锁正常指示灯就亮，表明主盘系统功能正常。
主燃烧盘上还装有具有4-20mA信号传输的压力变送器、温度变送器、流量检测仪表，这些信号被送到DCS系统，进行实时监测，保证工艺人员及时掌控燃气的状态，
2.2 燃烧分支盘
根据熔化池大小的不同，熔化池配备不同数量的燃枪，为了保证每一支燃枪独立进行控制，就必须设立分支盘，分支盘根据燃枪的多少，设立相应的燃烧支路，每一支路上装有4-20mA信号远传流量检测计和电动阀门，每一阀门对应一个阀位控制器，工艺人员根据每一管路燃气的流量大小，适时的调整阀门的开度和流量设定值，进行工艺调节，保证熔化池的温度处于工艺监控的范围内。
2.3 燃枪系统
燃枪是把经过分支盘送来的天然气、氧气在燃枪处按一定的比例进行混合燃烧，产生热量，从而提高熔化池的温度，根据燃烧所需热量的大小、火焰的长短，配备有不同孔径的燃枪选择使用。
3.燃烧过程控制原理
熔化池的燃烧，必须保证可靠的运行，预防意外事件的发生，任何燃烧意外事故，都会给熔化池带来灭顶之灾，燃烧过程控制必须做到万无一失，为此我们设计了双路控制系统，任何一路故障，迅速切换到另一路控制系统，保证燃烧系统的正常运行，控制系统原理框图见图1
3.1 过程仪表控制
该过程仪表输入端有4-20mA，1-5v，1-10v三种信号模式，控制输出4-20mA信号，有停止、运行外部切换功能，操作模式有MAN/AUTO模式，控制方式8种，根据工艺情况选择适合的模式。设定好工作模式后，设定各工艺参数及PID参数，系统就可以投入使用。停止/运行按钮开关对应本地模式和DCS模式，在本地模式时，控制系统由过程仪表控制，现场检测到的4-20mA燃气流量信号送到过程仪表的输入端，根据设定的流量量程、SV流量值，仪表内部运算电路把采集到的流量信号PV与SV值进行比较，输出一个4-20mA的信号到阀位控制器，阀位控制器根据电流信号控制阀门的开度大小，从而调整了管路中燃气流量的大小，并把实际的开度信号返回到过程仪表及DCS系统，供工艺人员与设定的开度值比较参考，判断系统运行是否可靠。
3.2 DCS系统控制
当由本地模式转为DCS模式时，系统自动锁定PV值，实现无扰切换，操作人员进入DCS界面操作系统进行操作，同样可以进行SV值、PID参数的设定，控制各支路燃枪的流量。该系统可以同时显示SV值、PV值、理论OP开度值和阀门实际开度值。为了减少操作人员的工作量，DCS系统设计高度自动化，在设定好SV值后，系统就可以自动运行。DCS系统同时提供许多参数的历史曲线，供工艺技术人员查阅。在DCS系统，阀门的实际开度信号也被显示，工艺人员可以与设定的开度值比较，以便掌握阀门的实际开关状态信息。
4.阀位控制器原理及使用方法
我们选用MAXON公司的阀位控制器（SM-MRV-CI），是实现对阀门进行精确控制的专用控制器，它可以接受来自仪表、DCS系统的输出信号，从而对阀门的开度大小进行调节，也可以单独使用。
使用方法：在a，b，c三盏指示灯a灯亮闪烁（通过CMD abc拨杆向上拨来切换abc三盏指示灯）并且底部的旋钮缺口指示在0的位置时，按下ENTER键，指示灯MAN亮。
在MAN指示灯亮的情况下，旋钮缺口旋至6，并且a指示灯亮，按下ENTER键（此时0-9全部指示灯亮），此时就可以调节阀门的最小开度，向下（DEC）或向上（INC）调节位置。在观察阀门位置旋轴或蝶片达到需要的位置后，按下ENTER键（此时0-9全部指示灯再次亮）确认最小开度。
在阀门最小开度设置完成后，旋钮缺口旋至0，再将拨杆向下拨至RUN。
通过指示灯闪亮的数量及组合，查阅使用手册就可以知道阀门的开度大小，也就是说，若仪表系统、DCS系统同时故障，我们仍然可以控制燃烧系统的正常运行，唯一区别就是操作难度大，适合有经验、熟练的操作人员使用。
5.安全注意事项
为了减小误操作带来的风险，我们在仪表、DCS软件上都采取了适当的安全措施，在系统调试完成后，仪表系统开度的调节，锁定了比较大的设定值调整，只保留了微小的调整功能，防止开度的突变，带来温度系统的波动，在DCS系统软件上，都设置了调整量的最大值，也设置了一些保护程序，对一些可能引起事故的操作，DCS界面会给出提示功能，需操作人员确定后才能执行该任务。
在燃气的管路中，我们安装了许多的检测仪表，随时监控管路中燃气的运行状态，如各个出口的压力检测，用以查看管路是否有堵塞现象，管路中的温度传感器，用以检测燃气的温度变化，是否处于正常的工艺范围。
对现场的管网，进行颜色标识，悬挂安全提醒标志牌，对容易受到碰撞的管路，制作安全防护栏进行保护。
管道在铺设时，采取去油去毛刺处理，安装完成后，进行密封打压，最后用氮气吹扫保压直到投入运行调试完成。
管路中使用的检测仪表，进行反复的可靠性检测，保证仪表测量数据准确、安全可靠，为工艺提供准确的数据。
6.效果评价
根据以上的设计方法，我们在TFT熔化池燃烧系统施工过程中，严格按照技术要求施工，任何存在问题的细节都不放过，选用的检测仪表必须满足工况要求，阀门控制器的使用寿命和阀门的开关次数必须符合生产线使用四年的要求，通过上述的努力，生产线运行以来，从未出现过任何故障，控制系统功能正常，控制精度高，操作系统方便实用，深得生产工艺人员的好评。
7.结论
TFT熔化池燃烧系统的设计，充分考虑了现场使用环境的恶劣、操作人员的可操作性、设备及人员的安全性、生产过程的安全性，系统控制的精确性，才能取得稳定、可靠的运行结果。实践证明：上述燃烧系统的设计方法是可行的，控制系统运行是安全可靠的。
参考文献
[1]刘二雄.热工仪表及自动装置技术问答[M].中国电力出版社,2005,05.
[2]施仁.自动化仪表与过程控制[M].电子工业出版社.
[3]MODEL GS-US1000 DIGITAL INDICATING CONTROLLER GENERAL SPECIFICATIONS 2004.
[4]彭绍杰.工业炉自动调节系统的改进措施[J].冶金自动化.
[5]赵卫东,辛宏,王元,刘和平.PLC在温度控制系统中的应用[J].
作者简介：
王庚，男，陕西咸阳人，主要从事工业玻璃窑炉仪表系统设计与开发。
邢波，男，陕西咸阳人，主要从事工业窑炉仪表系统设计。