短纖黃化DCS過(guò)程控制

摘 要：粘膠纖維是以天然纖維素（漿粕）為基本原料，經(jīng)纖維素黃酸酯溶液紡制而成的再生纖維素纖維。它作為一種重要的工業(yè)原料，不僅可以作為衣著用料，豐富紡織品的花色品種，而且在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)研究等方面都有著廣泛的用途。

關(guān)鍵詞：DCS控制系統(tǒng) 過(guò)程控制 MACS系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（a）-0107-02

黃化工序是粘膠纖維生產(chǎn)過(guò)程中非常關(guān)鍵的一道工序，在黃化生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制對(duì)于提高粘膠企業(yè)自動(dòng)化水平有著非常重要的意義。

本文對(duì)黃化生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)工藝、設(shè)備狀況、控制要求等進(jìn)行了全面的分析，針對(duì)黃化生產(chǎn)過(guò)程中安全防爆要求高、關(guān)鍵步驟需要人工干預(yù)等特點(diǎn)，從控制工程實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，對(duì)黃化過(guò)程控制系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)及實(shí)施方案進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，詳細(xì)論述了控制系統(tǒng)的軟、硬件實(shí)現(xiàn)方法，并將這一套先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)（MACS系統(tǒng)）成功投入運(yùn)行，對(duì)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后的效果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析和評(píng)估。

1 短纖黃化工藝設(shè)備及工藝過(guò)程

1.1 短纖黃化設(shè)備

湖北金環(huán)股份有限公司短纖黃化工序采用以兩臺(tái)新型的R133A型黃化溶解機(jī)為中心的兩條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線包括黃化機(jī)、粗均化器、初溶解機(jī)、一次細(xì)均化器、中間桶、二次細(xì)均化器、后溶解桶以及堿站、老成、料倉(cāng)等公用部分，實(shí)行連續(xù)批量生產(chǎn)。

短纖黃化設(shè)備包括黃化和溶解兩部分。每臺(tái)黃化機(jī)包括一臺(tái)75/90 kW雙速防爆攪拌電機(jī)、各種介質(zhì)的控制和調(diào)節(jié)閥門(mén)及氣缸二十余臺(tái)。溶解機(jī)包括一臺(tái)攪拌電機(jī)，兩臺(tái)循環(huán)電機(jī)，三臺(tái)細(xì)均化研磨電機(jī)及控制閥門(mén)。另外，在黃化工序的公用部分還有堿泵、真空泵、堿纖維素料倉(cāng)螺旋、調(diào)溫水泵等大小電機(jī)三十臺(tái)。

1.2 短纖黃化工藝過(guò)程

短纖黃化工藝包括黃化和溶解兩部分。

1.2.1 黃化工藝過(guò)程順序

等待狀態(tài)、啟動(dòng)攪拌、AC進(jìn)料、抽真空、真空測(cè)試、一次加氮、進(jìn)CS2、反應(yīng)、二次加氮、加溶解堿、黃化機(jī)出料、加沖洗堿、沖洗堿排、黃化機(jī)干燥、空機(jī)復(fù)位。

1.2.2 溶解工藝過(guò)程順序

等待狀態(tài)、進(jìn)料、大間隙循環(huán)、中間隙循環(huán)、小間隙循環(huán)、初溶解出料、中間步、中間桶出料、空機(jī)復(fù)位。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)分析及方案的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)控制方案

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在保證整個(gè)制膠工藝過(guò)程高效可靠運(yùn)行的前提下，兼顧操作的方便性和構(gòu)成的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)制膠工序生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)，將制膠工藝過(guò)程從進(jìn)料開(kāi)始到黃化、到溶解，到最后出料納入計(jì)算機(jī)控制；使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程能夠按照預(yù)定的程序全自動(dòng)進(jìn)行。

控制系統(tǒng)的方便性體現(xiàn)在控制流程的簡(jiǎn)單明確和人機(jī)交互界面的簡(jiǎn)潔友好?？煽啃缘谋ＷC需要控制系統(tǒng)同時(shí)提供自動(dòng)控制和手動(dòng)控制。

根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要，系統(tǒng)控制方式設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)、計(jì)算機(jī)手動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)三種運(yùn)行模式。

2.2 控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)

整個(gè)系統(tǒng)的I/O點(diǎn)設(shè)計(jì)共508個(gè)點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)際配置為600個(gè)，留有一定的系統(tǒng)擴(kuò)充余量。這508個(gè)包括以下幾點(diǎn)。

（1）PT100輸入17點(diǎn)，系統(tǒng)配置24個(gè)，冗余7點(diǎn)。

（2）模擬量輸入43點(diǎn)，系統(tǒng)配置56點(diǎn)，冗余13點(diǎn)。

（3）模擬量輸出8點(diǎn)，系統(tǒng)配置16點(diǎn)，冗余8點(diǎn)。

（4）開(kāi)關(guān)量輸出180點(diǎn)，系統(tǒng)配置208點(diǎn)，冗余28點(diǎn)。

（5）開(kāi)關(guān)量輸入250點(diǎn)，系統(tǒng)配置280點(diǎn)，冗余30點(diǎn)。

（6）脈沖量輸入10點(diǎn)，系統(tǒng)配置16點(diǎn)，冗余6點(diǎn)。

2.3 控制系統(tǒng)的選擇

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)產(chǎn)控制系統(tǒng)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在對(duì)國(guó)內(nèi)幾家控制系統(tǒng)公司進(jìn)行分析比較，綜合考慮了技術(shù)支持、售后服務(wù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、升級(jí)換代等多方面因素的基礎(chǔ)上，選擇了和利時(shí)公司的MACS系統(tǒng)。

MACS（Meet All Customer’s Satisfaction）控制系統(tǒng)是和利時(shí)公司第三代DCS產(chǎn)品，集DCS和FCS的優(yōu)點(diǎn)于一體，基于當(dāng)今最先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，采用成熟的先進(jìn)控制算法，具有多種冗余結(jié)構(gòu)。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件模塊要求。

FM171是16路繼電器開(kāi)關(guān)量輸出模塊，它用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)和電磁閥進(jìn)行控制。

FM161是16路觸點(diǎn)型開(kāi)關(guān)量輸入模塊，它用于對(duì)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，如閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)信號(hào)，電機(jī)的動(dòng)作狀態(tài)信號(hào)等。

FM141是8路模擬量輸入模塊，用于對(duì)黃化機(jī)內(nèi)真空度的檢測(cè)；各初溶解桶、高位槽的液位和各個(gè)泵出口的壓力進(jìn)行檢測(cè)。

FM143是8路熱電阻模擬量輸入模塊，用于對(duì)黃化機(jī)、各初溶解桶、高位槽、熱水罐和料倉(cāng)內(nèi)溫度的檢測(cè)。

FM162是8路脈沖量輸入模塊，用于對(duì)CS2流量信號(hào)發(fā)信器、黃化機(jī)攪拌速度發(fā)信器、均化器間隙電機(jī)發(fā)信器等的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。

FM151是8路模擬量輸出模塊，其輸出的4-20mA信號(hào)主要控制黃化機(jī)熱水罐的溫度、氮?dú)夂虲S2的流量。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

MACS系統(tǒng)軟件。

MACS系統(tǒng)軟件采用開(kāi)放的平臺(tái)，基于 Windows XP操作系統(tǒng)，具有圖形化的人機(jī)接口技術(shù)，靈活的組態(tài)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入等特點(diǎn)。系統(tǒng)軟件由組態(tài)軟件FacView和監(jiān)控軟件ConMaker 兩個(gè)部分組成。

組態(tài)軟件FacView（Factory View）負(fù)責(zé)系統(tǒng)的在線監(jiān)視、操作、控制、調(diào)試、維護(hù)，完成對(duì)圖形和動(dòng)畫(huà)生成、各種人機(jī)交互界面、各種記錄和趨勢(shì)顯示、各種控制功能實(shí)現(xiàn)的組態(tài)編程。

控制軟件ConMaker（Control Maker）是用于開(kāi)發(fā)控制方案的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。其核心是由加拿大QSSL公司開(kāi)發(fā)的分布式全32-bit微內(nèi)核QNX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。包含有控制方案編輯器和仿真調(diào)試器，是一套完整控制編輯和調(diào)試軟件包。

本系統(tǒng)設(shè)置四種不同的用戶環(huán)境：包括工程師環(huán)境，管理員環(huán)境、操作員環(huán)境和監(jiān)視員環(huán)境，并且不同的用戶環(huán)境具有不同的權(quán)限，分別有各自的用戶名和密碼，用以對(duì)各級(jí)用戶進(jìn)行分類管理。

監(jiān)視員用戶環(huán)境具有最低的權(quán)限，只能翻看各工序畫(huà)面，查看報(bào)警，趨勢(shì)，不能對(duì)工藝設(shè)備進(jìn)行操作，不能修改工藝參數(shù)。

操作員環(huán)境權(quán)限高于監(jiān)視員環(huán)境權(quán)限，可以瀏覽監(jiān)視員級(jí)畫(huà)面，如參數(shù)顯示、流程圖、報(bào)警記錄、趨勢(shì)記錄等，對(duì)機(jī)臺(tái)進(jìn)行必要的操作，但不能修改工藝參數(shù)。

管理員級(jí)可以進(jìn)入?yún)?shù)修改畫(huà)面，根據(jù)生產(chǎn)的需要對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行修改和整定PID參數(shù)，打印圖表等，但不能執(zhí)行退出監(jiān)控系統(tǒng)等操作。

工程師環(huán)境具有最高的權(quán)限，除可執(zhí)行上述所提的各種操作外，還可登陸下位機(jī)組態(tài)環(huán)境進(jìn)行組態(tài)和下裝程序。每種用戶環(huán)境均可登陸上位機(jī)組態(tài)環(huán)境修改和新建監(jiān)控畫(huà)面，并對(duì)每種用戶環(huán)境設(shè)置不同的權(quán)限密碼，能從總圖畫(huà)面方便地切換用戶環(huán)境。一般只在工程師站上定義有工程師用戶環(huán)境。

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