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　　關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)（DCS） ECS-100 聚酯短纖維 專用邏輯控制模塊 選擇控制

　　一、概述

　　隨著合成纖維工業(yè)的迅速發(fā)展，我國聚酯市場競爭越來越激烈，為適應市場不斷發(fā)展的需要，國內(nèi)聚酯企業(yè)不斷加快工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，深化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，增加化纖產(chǎn)品品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低備件成本，提高企業(yè)效益。為了生產(chǎn)和安全的需要，中石化儀征化纖股份有限公司經(jīng)研究決定在聚酯短纖維9-16K改造項目中采用浙江中控技術(shù)股份有限公司研制的WebField ECS-100控制系統(tǒng)對15萬噸/年滌綸短纖維生產(chǎn)線進行自動監(jiān)控。

　　本改造項目主要是對15萬噸/年滌綸短纖維生產(chǎn)線前紡的TDC-2000控制系統(tǒng)和后紡的常規(guī)儀表控制系統(tǒng)進行改造。根據(jù)工藝需要，控制站和操作站分別設(shè)在前紡東區(qū)、前紡西區(qū)、后紡東區(qū)、后紡西區(qū)，前紡東區(qū)和前紡西區(qū)各有一個遠程控制柜，短纖生產(chǎn)中心ECS-100控制系統(tǒng)與聚酯生產(chǎn)中心TDC- 3000控制系統(tǒng)進行雙向數(shù)據(jù)通訊，短纖生產(chǎn)中心ECS-100控制系統(tǒng)與公司的信息管理中心進行數(shù)據(jù)傳送，各個控制點采用光纜連接。

　　二、主要工藝流程

　　聚酯短纖維生產(chǎn)工藝采用熔融法紡絲，主要分為直接紡絲和間接紡絲（即切片紡絲）兩種。

　　本次改造項目的工藝是采用熔融法直接紡絲工藝，將聚酯裝置縮聚反應器來的聚合物熔體增壓后，在熔體過濾器中用濾網(wǎng)濾去機械雜質(zhì)和熔融不良物，由熔體分配管進入紡絲箱體。在紡絲箱體中需要適當控制熔體的粘度、溫度、輸送壓力，熔體經(jīng)紡絲計量泵以恒定量通過紡絲組件過濾層后，從噴絲板細孔噴出。噴絲板細孔擠出的熔體細流經(jīng)溫度23～28℃濕度80RH%的空氣冷卻，使熔體拉長、變細、固化成初生纖維。

　　初生纖維經(jīng)上油后匯集成束，經(jīng)牽引后入盛桶絲內(nèi)，經(jīng)集束后，在一定預張力條件下送拉伸機拉伸，然后在70℃油浴中拉伸3～3.2倍，再在熱箱內(nèi)用過熱蒸汽加熱下拉伸1.03～1.13倍，拉伸速度為280m/min。拉伸后在180～200℃下進行熱定型，經(jīng)上油后入卷曲機卷曲，然后用空氣將其冷卻到玻璃化溫度以下，隨即送去切成短纖成品并進行稱量打包。其工藝流程框圖如圖1所示：

圖1 聚酯短纖維裝置工藝流程框圖

　　三、控制系統(tǒng)總體設(shè)計及實現(xiàn)方法

　　3.1總體設(shè)計

　　本改造項目的WebField ECS-100控制系統(tǒng)由四個操作站、一個工程師站、一個歷史數(shù)據(jù)站、四個控制站、八個繼電器柜和一套過程控制網(wǎng)絡(luò)組成，前紡西區(qū)控制中心與聚酯中心TDC-3000控制系統(tǒng)采用OPC方式進行雙向數(shù)據(jù)通訊，同時將ECS-100 控制系統(tǒng)信息網(wǎng)與廠用MIS網(wǎng)通過防火墻進行數(shù)據(jù)傳送，達到了實時監(jiān)視與管理的目的，各個控制點采用光纜連接。本項目控制系統(tǒng)配置圖如圖2所示。

圖2 聚酯短纖維WebField ECS-100控制系統(tǒng)配置圖

　　3.2異構(gòu)系統(tǒng)互連

　　由于工藝操作和控制的需要，聚酯控制中心Honeywell TDC-3000控制系統(tǒng)與前紡控制中心ECS-100控制系統(tǒng)雙方各有部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)需要參與操作和控制，雙方通過廠里的信息管理網(wǎng)連接，采用OPC方式實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊， ECS-100控制系統(tǒng)兩臺操作站作為OPC客戶端與TDC- 3000控制系統(tǒng)的OPC服務器連接，實時刷新周期設(shè)置為2秒，采用病毒防火墻以防止病毒入侵。

　　為了滿足企業(yè)信息化的要求，需要將ECS-100控制系統(tǒng)信息單向傳送到廠內(nèi)信息網(wǎng)，ECS-100系統(tǒng)采用OPC方式通過防火墻單向地與公司MIS 網(wǎng)進行聯(lián)接，在歷史數(shù)據(jù)站中通過實時數(shù)據(jù)庫每5秒鐘分批將部分重要參數(shù)向MIS網(wǎng)中服務器的SQL Server數(shù)據(jù)庫中寫入數(shù)據(jù)。 WebField ECS-100控制系統(tǒng)與異構(gòu)系統(tǒng)互連結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 ECS-100與異構(gòu)系統(tǒng)互連結(jié)構(gòu)圖

　　3.3全面實用自動化

　　前紡工段屬于高溫、高壓、高粘度的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，需要采取對生產(chǎn)裝置和人身安全的保護措施，設(shè)計時對自動化設(shè)備選擇與控制方案設(shè)計需要考慮對意外事件的快速反應速度、可靠聯(lián)鎖動作以及有效解決方案，從而保證生產(chǎn)過程的安全。主要采取的措施有：（1）控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備之間的開關(guān)量輸入信號DI和輸出信號DO均采用繼電器進行隔離;（2）控制系統(tǒng)的主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、關(guān)鍵卡件、系統(tǒng)電源、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)供電等采用雙重冗余措施;（3）在加熱溫度控制采用專用邏輯模塊控制，先報警提示，后停止加熱;（4）報警采用分布式報警管理系統(tǒng)，根據(jù)工藝和安全要求，前紡分為5個報警區(qū)、后紡分為2個報警區(qū)，不同的報警區(qū)采用不同的報警聲音;（5）在軟件設(shè)計方面，對操作參數(shù)和操作行為、操作方式進行了操作行為限制和屏蔽操作界面的設(shè)計，即不同級別的操作人員對應不同的操作界面并進行不同的動作;（6）除了常規(guī)的日報表、班報表、實時工藝參數(shù)報表外，需要新增生產(chǎn)管理軟件（小時平均值評估軟件、換桶修板管理軟件、實時數(shù)據(jù)查詢管理軟件）和系統(tǒng)維護軟件（緊急數(shù)據(jù)恢復軟件）。

　　本裝置檢測點多，實際使用點數(shù)為2252點（系統(tǒng)規(guī)模如表1所示），現(xiàn)場儀表設(shè)備多，檢測變送測量裝置430臺、氣動調(diào)節(jié)閥260臺、受控電氣設(shè)備 210臺;自控程度高，控制回路共有280個，以常規(guī)控制為主，復雜控制有增壓泵壓力選擇控制、大量的專用邏輯控制模塊對電加熱器進行控制。

　　表1聚酯短纖維裝置I/O表

　　3.4主要控制方案實現(xiàn)

　　聚酯短纖維紡絲裝置的控制回路共有280個，以常規(guī)控制為主，復雜控制有增壓泵壓力選擇控制、大量的專用邏輯控制模塊對電加熱器進行控制。除公用工程外， 8條生產(chǎn)線是相似的，其控制要求也是相同的。

　　主要常規(guī)控制回路有：空調(diào)送風濕度控制;空調(diào)新風、汽相鍋爐溫度控制及聯(lián)鎖、一/二次熱媒、油劑浴槽、牽伸水浴槽、卷曲機熱水槽、蒸汽加熱箱溫度控制;卷曲機熱水槽液位控制;空調(diào)主風道、膨脹槽、閃蒸罐、三牽加熱蒸汽、緊張定型加熱蒸汽壓力控制;

　　專用邏輯控制模塊：前紡的增壓泵加熱、過濾器加熱、組件預熱爐加熱、后紡疊絲機電加熱的溫度控制要求是相同的，即溫度降至低報值時則開始加熱升溫、溫度升溫至高報值時則停止加熱;高報與低報不參與報警，高高報則需要報警提示;兩種操作方式：手動/自動操作;溫度控制采用兩個開關(guān)量輸出（升溫-常開觸點、降溫-常閉觸點）連接至電氣回路進行控制。

　　加熱器溫度控制采用專用邏輯控制模塊，一次編程，多次使用的自定義模塊，如圖4所示。

　　

圖4 專用邏輯模塊及操作面板

　　增壓泵壓力選擇控制：聚酯輸送過來的熔體增壓后，均勻、恒量噴射至噴絲孔，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，為了適應不同的工況，需要在兩個靜態(tài)混合器設(shè)立控制點。控制要求：必須保證增壓泵壓力運行穩(wěn)定;根據(jù)工藝需要，可自由選擇增壓泵壓力進行控制;控制回路選擇必須無擾動切換。

　　根據(jù)工藝要求進行選擇以及不同控制回路針對不同的工況，其PID設(shè)定參數(shù)的不同，采用兩個自定義回路進行輸出選擇控制，采取無擾動切換措施，如圖5所示：

圖5 增壓泵壓力選擇控制程序圖

　　四、總結(jié)

　　本項目自2005年10月投運以來，不僅控制系統(tǒng)運行良好，通訊流暢，自動控制投運率高（在95%以上），而且解決了以往的一直困擾工藝和維護人員的大量難題，如避免了以前受趨勢數(shù)量和記錄時間限制的困擾;為工藝開發(fā)、優(yōu)化生產(chǎn)工藝和事故調(diào)查提供了非常直觀的依據(jù); 實時的、客觀的記錄了工藝量化考核指標，為工藝參數(shù)提供了理論基礎(chǔ)和分析方法; 解決了多年來困擾儀表維護人員關(guān)于組件壓力頻繁波動的難題;同時提高了儀表維護人員維護水平、企業(yè)管理水平。

　　總之，由于該控制系統(tǒng)功能齊全、技術(shù)先進、安全可靠、使用方便、故障率較低、性/價比高，為企業(yè)節(jié)約了大量的資金，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。