摘要：玻璃下料作为玻璃固化技术路线核心工艺流程中的一环，在调试试验过程中，下料速率剧烈波动，影响工艺人员的判断及后续操作，无法保证熔炉系统稳定运行。本文针对速率波动的问题从信号回路稳定性、信号干扰以及下料装置力学状态检查等角度进行分析，并从调整算法系数、增加DCS滤波程序以及调整限位挡板位置释放Z向自由度三个方面进行处理，在后续下料试验中速率信号稳定在约v＇kg/h，保障了整个熔炉系统在联动试验期间安全、连续、稳定运行。本文可为通过净重信号计算速率类似的控制系统的相关问题分析处理提供一些参考，为后续项目提供调试经验。 关键词：下料速率波动；信号干扰；自由度；信号滤波
背包问题论文
霍有光Analysis and treatment of the fluctuation of glass feeding rate
Jin Jun，Zhang Weichao
(East China Branch of China Nuclear Power Engineering Co.LTD.Jiaxing,Zhejiang Province, 314300,China,)
Abstract：As a part of the core process of glass vatrification technical route,glass feeding rate fluctuates drastically during the commissioning process,which affects right judgment of the operator、the subsequent operations, even the stable operation of the melter system.For this problem,analyse from the signal loop、signal interference and mechanical state of bottom drain device,and deal with position-adjustment of limit baffle to release Z-axis freedom、coefficient-adjustment of rate algorithm、adding filtering program.Finally,the fluctuation of the feeding rate is reduced and the signal trend is stable.This article can provide some references for the analysis and processing of related problems of control systems with similar calculation rates through net weight signals, and provide commissioning experience for subsequent projects.
Keywords: Fluctuation of feeding rate; signal interference; degrees of freedom; signal filtering
0..引言
国内某玻璃固化工程，采取焦耳加热陶瓷电熔炉技术，其中玻璃下料是工艺环节中极其重
要的一步流程，涉及到熔炉、产品容器升降小车、中频系统等核心设备。熔炉负责接收高放废液及玻璃珠，在其内部进行一个玻璃熔融及放射性废液包裹的过程；产品容器升降小车负责运输产品容器进行接料及倒运；中频系统负责控制熔融玻璃浇筑及浇筑速率。 产品容器升降小车将产品容器顶升到下料工位，与熔炉底部的迷宫装置部件紧密贴合。中频控制系统将熔融玻璃体加热到约1000℃，经下料管浇注到空产品容器中。产品容器承重环下部安装有三个呈120°布置的称重传感器，由该信号换算下料净重及下料速率。为保证熔炉设备平稳运行，设计要求玻璃体下料速率控制在约v1kg/h～v2kg/h的稳定状态。
1..速率算法
玻璃体下料速率，单位为kg/h，其中Δt为采样周期，单位为s，Δw为在采样周期Δt内的下料重量差值，单位为kg。速率算法在理论上存在时长为Δt的滞后，该算法图解如图1所示。
供配电系统设计
图1 下料速率算法示意图
2..下料速率波动
在正常运行工况下，产品容器顶升到与熔炉底部下料装置下部的迷宫装置贴合后，满足下料条件，DCS执行启动下料的命令。多次下料试验发现，在启动中频系统下料操作后，下料速率会在某一阶段剧烈波动，影响工艺人员对工运行况的判断及控制参数调整，如图2所示。动植物检疫
图2 下料速率波动趋势图
3..下料速率波动的原因分析
3.1 DCS信号回路稳定性检查分析
DCS信号回路排查分为3个部分进行：（1）对位于产品容器升降小车上三个称重传感器的航空插头分别进行拔插动作，经观察监测，主控室二层画面、操作廊就地操作盘中称重信号皆由故障转为正常；
（2）通过插拔试验测试信号电缆贯穿件两侧的接头，经测试均连接良好、符合信号传输稳定性要求；
对别人的尊称（3）检查信号中转箱、安全级机柜、非安全级机柜内的端接状态，确认信号各端接点牢靠，且主控室称重信号无闪烁、跳变现象。
经三步排查，确认整个DCS信号回路接线正常、接触良好，无虚接、错接等现象。
3.2 电磁干扰对下料速率的影响
熔融玻璃下料时，需将中频系统的功率提升至22kW，中频系统是利用电磁感应的原理，使置于感应线圈中的工件中产生涡流，从而使工件发热，加热至所需温度。中频系统控制柜位于绿区操作廊，设计时已考虑其与称重信号中转箱的距离，避免受其电磁干扰，且信号电缆使用HF-KEE型，称重信号受中频系统的干扰的可能性较小，但不排除其受中频系统
及其余未知电磁干扰的可能性。
3.3 力学状态检查分析
测量下料过程中产品容器的中部及颈部外表面温度曲线如图3所示，中部外表面的最高温度约为820℃，颈部外表面最高温度约为680℃。
图3：产品容器外表面温度变化曲线
产品容器整体无论径向或者轴向都存在受热膨胀，但产品容器桶壁厚度相对其高度可忽略不计，同时保温套筒预留有足够的径向膨胀空间，该径向部分热胀不予考虑产品容器的热胀理论值如表1所示。
表1：产品容器的热胀理论估算表
注：查询产品容器材料为1.4833，线胀系数在0～522℃时约为18（10-6/K）。
在测量检查下料工位限位挡板位置与迷宫装置高度后，确认控制产品容器升降位置的限位挡板位置偏低，导致在产品容器实际顶升到位时，下料工位比预想的位置更高，产品容器与迷宫装置之间的实际可活动空间极小。将承重环平面抽象为ABC三点组成的平面π，此时产品容器的自由度为4，分别为沿x、y、z轴的平移运动以及绕z轴转动。当产品容器顶升到下料工位，与熔炉下料口迷宫装置紧密贴合，可抽象为A’B’C’三点组成的平面π’，限位挡板高度调整不合适，较大程度限制了产品容器在Z向的自由移动，对比而言，将减少Z向的一个自由度而变为3。当热胀引入的应力无法释放而反作用与称重环时，将导致三个传感器的受力发生变化，称重信号产生波动，下料速率随之波动，影响操作人员对中频功率输出设定的判断，操作人员对中频功率的错误设定又会进一步加剧玻璃净重波动。
图4 自由度对比分析
4..下料速率波动的处理措施
4.1 调整算法系数，降低放大系数
DCS中设置的速率算法采样周期为10s，根据章节1所述下料速率算法，在换算为kg/h单位时会引入“360”的放大系数。在中频系统加热功率稳定后，理论上“下料速率”应趋于稳定，调大采样周期为15s，可相应降低速率计算时的放大系数，有效缓解下料速率的波动。
4.2 增加称低通滤波，减小信号干扰
通过在DCS中编程来实现低通滤波，减小称重信号波动，进而减小下料速率波动。一阶低通滤波算法公式：Y（n）=aX（n）+（1-a）Y（n-1），其中Y（n）为本次滤波输出值；Y（n-1）为上次滤波输出值；a为滤波系数，a值越小，滤波结果越平滑，但反应灵敏度会越低；a值越大，则反应灵敏度越高，但滤波结果平滑性越差，越不稳定。现场DCS的扫描周期时间很短，在27ms-130ms之间，CPU的高灵敏度可以一定程度上弥补信号滞后问题，综合考虑称重信号的稳定性与灵敏度，a取值0.1，据此编写DCS程序。对称重信号进
行滤波后，使得三个称重传感器的信号趋于稳定，相应的下料速率也趋于一个相对稳定的状态。
4.3 调整限位挡板，释放Z向自由度
限位开关被固定在转运小车的钢架上无法调整，只能对其限位挡板进行调整，而限位挡板预留有狭长的螺丝孔，方便对位置进行上下调整。迷宫装置本体允许的伸缩量为最大30mm，根据材料的热胀理论计算以及现场实际测量数据，调整限位开关的触发挡板约4mm，使得在产品顶升到位时，下料迷宫装置与产品容器留有26mm的弹性紧密贴合区，包容产品容器在下料过程产生的轴向热胀，将称重传感器受力影响降到最低。
5..总结
放射性废物处理问题随着核行业的稳步快速发展而逐渐暴露出来，玻璃固化技术路线对于处理高放废液有着远大的前景，而熔炉是该工艺核心设备，本文对其下料速率波动的问题进行了分析。在调整算法系数、增加DCS滤波程序以及调整限位挡板位置释放Z向自由度三个方面处理后，再次进行下料试验，下料速率信号稳定在约v＇kg/h，保障了整个熔炉系马锡五
统在联动试验期间安全、连续、稳定运行。本文可为类似的控制系统的相关问题分析处理提供一些参考。
