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

　　一、概述

　　隨著(zhù)合成纖維工業(yè)的迅速發(fā)展，我國聚酯市場(chǎng)競爭越來(lái)越激烈，為適應市場(chǎng)不斷發(fā)展的需要，國內聚酯企業(yè)不斷加快工業(yè)結構優(yōu)化升級，深化產(chǎn)品結構調整，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控制系統對15萬(wàn)噸/年滌綸短纖維生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行自動(dòng)監控。

　　本改造項目主要是對15萬(wàn)噸/年滌綸短纖維生產(chǎn)線(xiàn)前紡的TDC-2000控制系統和后紡的常規儀表控制系統進(jìn)行改造。根據工藝需要，控制站和操作站分別設在前紡東區、前紡西區、后紡東區、后紡西區，前紡東區和前紡西區各有一個(gè)遠程控制柜，短纖生產(chǎn)中心ECS-100控制系統與聚酯生產(chǎn)中心TDC- 3000控制系統進(jìn)行雙向數據通訊，短纖生產(chǎn)中心ECS-100控制系統與公司的信息管理中心進(jìn)行數據傳送，各個(gè)控制點(diǎn)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(lái)的聚合物熔體增壓后，在熔體過(guò)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(jìn)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(guò)紡絲組件過(guò)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(cháng)、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，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，再在熱箱內用過(guò)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(jìn)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(jìn)行稱(chēng)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、控制系統總體設計及實(shí)現方法

　　3.1總體設計

　　本改造項目的WebField ECS-100控制系統由四個(gè)操作站、一個(gè)工程師站、一個(gè)歷史數據站、四個(gè)控制站、八個(gè)繼電器柜和一套過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )組成，前紡西區控制中心與聚酯中心TDC-3000控制系統采用OPC方式進(jìn)行雙向數據通訊，同時(shí)將ECS-100 控制系統信息網(wǎng)與廠(chǎng)用MIS網(wǎng)通過(guò)防火墻進(jìn)行數據傳送，達到了實(shí)時(shí)監視與管理的目的，各個(gè)控制點(diǎn)采用光纜連接。本項目控制系統配置圖如圖2所示。

圖2 聚酯短纖維WebField ECS-100控制系統配置圖

　　3.2異構系統互連

　　由于工藝操作和控制的需要，聚酯控制中心Honeywell TDC-3000控制系統與前紡控制中心ECS-100控制系統雙方各有部分關(guān)鍵數據需要參與操作和控制，雙方通過(guò)廠(chǎng)里的信息管理網(wǎng)連接，采用OPC方式實(shí)現雙向數據通訊， ECS-100控制系統兩臺操作站作為OPC客戶(hù)端與TDC- 3000控制系統的OPC服務(wù)器連接，實(shí)時(shí)刷新周期設置為2秒，采用病毒防火墻以防止病毒入侵。

　　為了滿(mǎn)足企業(yè)信息化的要求，需要將ECS-100控制系統信息單向傳送到廠(chǎng)內信息網(wǎng)，ECS-100系統采用OPC方式通過(guò)防火墻單向地與公司MIS 網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)接，在歷史數據站中通過(guò)實(shí)時(shí)數據庫每5秒鐘分批將部分重要參數向MIS網(wǎng)中服務(wù)器的SQL Server數據庫中寫(xiě)入數據。 WebField ECS-100控制系統與異構系統互連結構圖如圖3所示。

圖3 ECS-100與異構系統互連結構圖

　　3.3全面實(shí)用自動(dòng)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，設計時(shí)對自動(dòng)化設備選擇與控制方案設計需要考慮對意外事件的快速反應速度、可靠聯(lián)鎖動(dòng)作以及有效解決方案，從而保證生產(chǎn)過(guò)程的安全。主要采取的措施有：（1）控制系統與現場(chǎng)設備之間的開(kāi)關(guān)量輸入信號DI和輸出信號DO均采用繼電器進(jìn)行隔離;（2）控制系統的主控卡、數據轉發(fā)卡、關(guān)鍵卡件、系統電源、網(wǎng)絡(luò )、系統供電等采用雙重冗余措施;（3）在加熱溫度控制采用專(zhuān)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，根據工藝和安全要求，前紡分為5個(gè)報警區、后紡分為2個(gè)報警區，不同的報警區采用不同的報警聲音;（5）在軟件設計方面，對操作參數和操作行為、操作方式進(jìn)行了操作行為限制和屏蔽操作界面的設計，即不同級別的操作人員對應不同的操作界面并進(jìn)行不同的動(dòng)作;（6）除了常規的日報表、班報表、實(shí)時(shí)工藝參數報表外，需要新增生產(chǎn)管理軟件（小時(shí)平均值評估軟件、換桶修板管理軟件、實(shí)時(shí)數據查詢(xún)管理軟件）和系統維護軟件（緊急數據恢復軟件）。

　　本裝置檢測點(diǎn)多，實(shí)際使用點(diǎn)數為2252點(diǎn)（系統規模如表1所示），現場(chǎng)儀表設備多，檢測變送測量裝置430臺、氣動(dòng)調節閥260臺、受控電氣設備 210臺;自控程度高，控制回路共有280個(gè)，以常規控制為主，復雜控制有增壓泵壓力選擇控制、大量的專(zhuān)用邏輯控制模塊對電加熱器進(jìn)行控制。

　　表1聚酯短纖維裝置I/O表

　　3.4主要控制方案實(shí)現

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

　　主要常規控制回路有：空調送風(fēng)濕度控制;空調新風(fēng)、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;空調主風(fēng)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(zhuān)用邏輯控制模塊：前紡的增壓泵加熱、過(guò)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(shí)則開(kāi)始加熱升溫、溫度升溫至高報值時(shí)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(dòng)/自動(dòng)操作;溫度控制采用兩個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出（升溫-常開(kāi)觸點(diǎn)、降溫-常閉觸點(diǎn)）連接至電氣回路進(jìn)行控制。

　　加熱器溫度控制采用專(zhuān)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(zhuān)用邏輯模塊及操作面板

　　增壓泵壓力選擇控制：聚酯輸送過(guò)來(lái)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(gè)靜態(tài)混合器設立控制點(diǎn)?？刂埔螅罕仨毐ＷC增壓泵壓力運行穩定;根據工藝需要，可自由選擇增壓泵壓力進(jìn)行控制;控制回路選擇必須無(wú)擾動(dòng)切換。

　　根據工藝要求進(jìn)行選擇以及不同控制回路針對不同的工況，其PID設定參數的不同，采用兩個(gè)自定義回路進(jìn)行輸出選擇控制，采取無(wú)擾動(dòng)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

　　本項目自2005年10月投運以來(lái)，不僅控制系統運行良好，通訊流暢，自動(dòng)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量和記錄時(shí)間限制的困擾;為工藝開(kāi)發(fā)、優(yōu)化生產(chǎn)工藝和事故調查提供了非常直觀(guān)的依據; 實(shí)時(shí)的、客觀(guān)的記錄了工藝量化考核指標，為工藝參數提供了理論基礎和分析方法; 解決了多年來(lái)困擾儀表維護人員關(guān)于組件壓力頻繁波動(dòng)的難題;同時(shí)提高了儀表維護人員維護水平、企業(yè)管理水平。

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