短纖黃化DCS過程控制

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) 過程控制 MACS系統(tǒng)

中圖分類號：TP273.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0107-02

黃化工序是粘膠纖維生產(chǎn)過程中非常關(guān)鍵的一道工序，在黃化生產(chǎn)過程實現(xiàn)計算機控制對于提高粘膠企業(yè)自動化水平有著非常重要的意義。

本文對黃化生產(chǎn)過程的生產(chǎn)工藝、設(shè)備狀況、控制要求等進行了全面的分析，針對黃化生產(chǎn)過程中安全防爆要求高、關(guān)鍵步驟需要人工干預(yù)等特點，從控制工程實際應(yīng)用的角度出發(fā)，對黃化過程控制系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)及實施方案進行了系統(tǒng)的設(shè)計，詳細論述了控制系統(tǒng)的軟、硬件實現(xiàn)方法，并將這一套先進的DCS控制系統(tǒng)（MACS系統(tǒng)）成功投入運行，對控制系統(tǒng)投入運行后的效果進行了統(tǒng)計分析和評估。

1 短纖黃化工藝設(shè)備及工藝過程

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新型的R133A型黃化溶解機為中心的兩條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線包括黃化機、粗均化器、初溶解機、一次細均化器、中間桶、二次細均化器、后溶解桶以及堿站、老成、料倉等公用部分，實行連續(xù)批量生產(chǎn)。

短纖黃化設(shè)備包括黃化和溶解兩部分。每臺黃化機包括一臺75/90 kW雙速防爆攪拌電機、各種介質(zhì)的控制和調(diào)節(jié)閥門及氣缸二十余臺。溶解機包括一臺攪拌電機，兩臺循環(huán)電機，三臺細均化研磨電機及控制閥門。另外，在黃化工序的公用部分還有堿泵、真空泵、堿纖維素料倉螺旋、調(diào)溫水泵等大小電機三十臺。

1.2 短纖黃化工藝過程

短纖黃化工藝包括黃化和溶解兩部分。

1.2.1 黃化工藝過程順序

等待狀態(tài)、啟動攪拌、AC進料、抽真空、真空測試、一次加氮、進CS2、反應(yīng)、二次加氮、加溶解堿、黃化機出料、加沖洗堿、沖洗堿排、黃化機干燥、空機復(fù)位。

1.2.2 溶解工藝過程順序

等待狀態(tài)、進料、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、空機復(fù)位。

2 系統(tǒng)特點分析及方案的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)控制方案

控制系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是在保證整個制膠工藝過程高效可靠運行的前提下，兼顧操作的方便性和構(gòu)成的經(jīng)濟性。根據(jù)制膠工序生產(chǎn)過程的特點，將制膠工藝過程從進料開始到黃化、到溶解，到最后出料納入計算機控制；使整個生產(chǎn)過程能夠按照預(yù)定的程序全自動進行。

控制系統(tǒng)的方便性體現(xiàn)在控制流程的簡單明確和人機交互界面的簡潔友好。可靠性的保證需要控制系統(tǒng)同時提供自動控制和手動控制。

根據(jù)生產(chǎn)的實際需要，系統(tǒng)控制方式設(shè)計了計算機自動、計算機手動、現(xiàn)場手動三種運行模式。

2.2 控制系統(tǒng)I/O點

整個系統(tǒng)的I/O點設(shè)計共508個點，系統(tǒng)設(shè)計實際配置為600個，留有一定的系統(tǒng)擴充余量。這508個包括以下幾點。

（1）PT100輸入17點，系統(tǒng)配置24個，冗余7點。

（2）模擬量輸入43點，系統(tǒng)配置56點，冗余13點。

（3）模擬量輸出8點，系統(tǒng)配置16點，冗余8點。

（4）開關(guān)量輸出180點，系統(tǒng)配置208點，冗余28點。

（5）開關(guān)量輸入250點，系統(tǒng)配置280點，冗余30點。

（6）脈沖量輸入10點，系統(tǒng)配置16點，冗余6點。

2.3 控制系統(tǒng)的選擇

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，國產(chǎn)控制系統(tǒng)已經(jīng)取得了長足的進步。在對國內(nèi)幾家控制系統(tǒng)公司進行分析比較，綜合考慮了技術(shù)支持、售后服務(wù)、經(jīng)濟指標(biāo)、升級換代等多方面因素的基礎(chǔ)上，選擇了和利時公司的MACS系統(tǒng)。

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

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件模塊要求。

FM171是16路繼電器開關(guān)量輸出模塊，它用于對現(xiàn)場電機和電磁閥進行控制。

FM161是16路觸點型開關(guān)量輸入模塊，它用于對系統(tǒng)的開關(guān)量輸入信號進行檢測，如閥門的開、關(guān)信號，電機的動作狀態(tài)信號等。

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

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

FM162是8路脈沖量輸入模塊，用于對CS2流量信號發(fā)信器、黃化機攪拌速度發(fā)信器、均化器間隙電機發(fā)信器等的脈沖進行計數(shù)。

FM151是8路模擬量輸出模塊，其輸出的4-20mA信號主要控制黃化機熱水罐的溫度、氮氣和CS2的流量。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

MACS系統(tǒng)軟件。

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

組態(tài)軟件FacView（Factory View）負責(zé)系統(tǒng)的在線監(jiān)視、操作、控制、調(diào)試、維護，完成對圖形和動畫生成、各種人機交互界面、各種記錄和趨勢顯示、各種控制功能實現(xiàn)的組態(tài)編程。

控制軟件ConMaker（Control Maker）是用于開發(fā)控制方案的開發(fā)平臺。其核心是由加拿大QSSL公司開發(fā)的分布式全32-bit微內(nèi)核QNX實時操作系統(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，用以對各級用戶進行分類管理。

監(jiān)視員用戶環(huán)境具有最低的權(quán)限，只能翻看各工序畫面，查看報警，趨勢，不能對工藝設(shè)備進行操作，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)視員級畫面，如參數(shù)顯示、流程圖、報警記錄、趨勢記錄等，對機臺進行必要的操作，但不能修改工藝參數(shù)。

管理員級可以進入?yún)?shù)修改畫面，根據(jù)生產(chǎn)的需要對工藝參數(shù)進行修改和整定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，還可登陸下位機組態(tài)環(huán)境進行組態(tài)和下裝程序。每種用戶環(huán)境均可登陸上位機組態(tài)環(huán)境修改和新建監(jiān)控畫面，并對每種用戶環(huán)境設(shè)置不同的權(quán)限密碼，能從總圖畫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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