Автоматизация технологического процесса формования ленты стекла на расплаве олова

Листовое стекло представляет важнейший вид продукции, вырабатываемой стекольной промышленностью. Тенденция развития производства в мире такова, что флоат-процесс, как новейший и более прогрессивный, вытесняет остальные способы выработки стекла.

Важнейшей стадией производства листового стекла флоат-способом является процесс формования ленты стекла на расплаве олова.

Значительная часть дефектов готовой продукции вызывается отклонениями от оптимального режима формования.

В связи со сказанным, целью диссертационной работы является повышение качества вырабатываемой продукции засчет автоматизации процесса формования ленты стекла с использованием математических моделей.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие научно-технические задачи:

1) сформулирована задача управления процессом формования,.

2) созданы математические модели, позволяющие проводить статистический анализ процесса формования и принимать решения по коррекции режима работы флоат-ванны,.

3) разработаны алгоритмы управления режимом формования ленты стекла на расплаве олова,.

4) разработана подсистема управления процессом формования и оценена эффективность ее использования по сравнению с ручным ведением процесса.

Использование разработанного математического аппарата для управления флоат-ванной на технологической линии типа ЛПС-5000 в ОАО «Борский стекольный завод» позволило улучшить качество готовой продукции и уменьшить энергетическую составляющую затрат на формование ленты стекла.

СОКРАЩЕНИЯ.

АРМ — автоматизированное рабочее место.

АСУ — автоматизированная система управления.

АСУП — автоматизированная система управления предприятием.

АСУТП — автоматизированная система управления технологическим процессом.

БД — база данных.

БФМ — бортоформующая машина.

ИС — информационная система.

КИС — контрольно-испытательная станция.

ЛПС — линия производства стекла.

МГТН — мощность повторного нагрева.

МРА — множественный регрессионный анализ.

ОЗУ — оперативное запоминающее устройство.

ОС — операционная система.

ПО — программное обеспечение.

ПС — полированное стекло.

ПЭВМ — персональная электронно-вычислительная машина.

СППР — система поддержки принятия решений.

СУБД — система управления базами данных.

ЦЗЛ — центральная заводская лаборатория.

ФВ — флоат-ванна.

DCS — Distributed Control System (распределенная система управления) DSN — Data Source Name (имя источника данных).

ODBC — Open DataBase Connectivity (открытый интерфейс доступа к БД) OLTP — OnLine Transaction Processing (обработка транзакций в реальном времени),.

PI — Plant Information (производственная информация).

SCADA — Supervisory Control And Data Acquisition (система операторского контроля и сбора данных).

ОБОЗНАЧЕНИЯ.

5 — толщина ленты стекла b — ширина ленты стекла v — скорость ленты стекла.

9Вк — температура входного канала.

0|, 02> 0з — температура олова в 1, 12, и 20 пролетах флоат-ванны 0вых температура ленты стекла на выходе из флоат-ванны Vbom — скорость бортоформующих машин.

Сог — процентное содержание кислорода в защитной атмосфере С|-|2 — процентное содержание водорода в защитной атмосфере QN2 — расход азота на создание защитной атмосферы Qh2 ~ расход водорода на создание защитной атмосферы Вл — влажность защитной атмосферы Р — давление защитной атмосферы z-" rai? rtjj, bj, kкоэффициенты адаптивных моделей показателей качества Х — коэффициенты штрафа.

Бл — степень диффузии олова в поверхность стекла (блюм-эффект) Рт — разнотолщинность.

Ра — оптические искажения, измеренные методом отраженного растра 36 — оптические искажения, измеренные методом «Зебра» Кр — кривизна стекла Пл — плотность стекла.

1. Постановка задачи управления процессом формования ленты стекла на расплаве олова.

Производство листового стекла характеризуется непрерывностью технологии, начиная от поступления сырья и заканчивая выпуском готовой продукции, а также взаимной обусловленностью процессов, протекающих в смежных цехах и на отдельных участках. По масштабу выпускаемой продукции стекольное производство относится к числу крупнотоннажных. Суточная выработка стекла на флоат-линии достигает 600 тонн.

Технологический процесс производства листового стекла флоат-способом (Рис. 1.1) включает в себя подготовку шихты и возвратного стеклобоя (1), варку стекломассы (2), формование ленты стекла (3), отжиг (4), а также резку и раскрой стекла на форматы (5).

Подготовка сырьевых материалов и их смешивание в однородную шихту протекает в цехе подготовки шихты. Допустимое содержание химических соединений в шихте ограничивается технологическим регламентом и существующими стандартами предприятия. Стекольный бой является отходом производства, который используют при варке стекла с целью его утилизации.

Варка стекломассы проводится в крупных ванных регенеративных печах, отапливаемых природным газом. Мощность стекловаренных печей достигает 57.5 — 140 МВт. Технологический процесс варки должен обеспечивать химическую и термическую однородность стекломассы, поступающей на формование.

Лента стекла формуется во флоат-ванне на поверхности расплавленного олова в результате растекания стекломассы под действием сил тяжести при организованном оконтуривании и передвижении в направлении выработки.

Отформованную ленту охлаждают в печи отжига до комнатной температуры таким образом, чтобы освободить стекло от напряжения. Отжиг проводится в горизонтальной туннельной печи в диапазоне температур 540−470°С.

После отжига лента поступает на автоматизированную транспортную линию, где осуществляется резка и раскрой на заданные форматы. К.

Л1.Г-Т!.|,.

ПРОИЗВОДСТВО СТЕКЛА ФЛОАТ-СПОСОБОМ ч 'М'лЧТА '' !? Я т.

711 и.

1! Подготовка 'шихты.

Стекловаренная печь.

Возвратный стеклобой Флоат-ванна гД, Печь отжига.

Резные столы.

Рис. 1.1. Схема технологического процесса производства листового слекла флоат-способом.

Выводы по главе 4.

1. Создана подсистема поддержки принятия решений по коррекции режима работы флоат-ванны с использованием разработанных моделей и алгоритмов управления. Подсистема находится в промышленной эксплуатации в инженерном отделе и отделе управления качеством ОАО «Борский стекольный завод».

2. Показана эффективность использования подсистемы при статистическом анализе процесса производства листового стекла и выработке корректирующих действий при управлении флоат-ванной.

3. Показана переносимость разработанных моделей и алгоритмов управления на флоат-ванны при производстве листового стекла толщиной от 2.5 до 10 мм.

Заключение

.

1. На основе анализа систем управления процессом формования ленты стекла на расплаве показана актуальность проведения теоретических исследований и разработок, направленных на совершенствование действующих автоматизированных систем на основе использования математических моделей.

2. Построены линейные регрессионные модели, описывающие зависимость «режим — качество стекла», вырабатываемого флоат-способом. Требуемая точность моделей обеспечена засчет уточнения коэффициентов моделей в процессе их эксплуатации. Показана переносимость разработанных математических моделей на аналогичные производства стекла флоат-способом.

3. Сформулирована задача управления процессом формования как многокритериальная задача оптимизации в пространстве режимных переменных. Обосновано применение метода компенсационного управления флоат-ванной с использованием разработанных моделей. Разработан и исследован алгоритм управления процессом формования по критерию минимума содержания олова в стекле.

4. Разработано математическое, алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированной подсистемы управления процессом формования для принятия решений по коррекции температурного режима флоат-ванны. Подсистема включена в состав СППР «Технолог стекольного производства», которая эксплуатируется на технологических линиях ОАО «Борский стекольный завод».