中控WebField ECS-100 控制系統(tǒng)在聚酯短纖維裝置中的應(yīng)用

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了聚酯短纖維的主要工藝流程，重點(diǎn)分析了WebFieldECS-100控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)方法，詳細(xì)總結(jié)了改造后現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用效果。

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(guó)聚酯市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，為適應(yīng)市場(chǎng)不斷發(fā)展的需要，國(guó)內(nèi)聚酯企業(yè)不斷加快工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，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(xiàng)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(duì)15萬(wàn)噸/年滌綸短纖維生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控。

　　本改造項(xiàng)目主要是對(duì)15萬(wàn)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(jìn)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(gè)遠(yuǎn)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(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)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(xiàng)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(yīng)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(jī)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(dāng)控制熔體的粘度、溫度、輸送壓力，熔體經(jīng)紡絲計(jì)量泵以恒定量通過(guò)紡絲組件過(guò)濾層后，從噴絲板細(xì)孔噴出。噴絲板細(xì)孔擠出的熔體細(xì)流經(jīng)溫度23～28℃濕度80RH%的空氣冷卻，使熔體拉長(zhǎng)、變細(xì)、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(yù)張力條件下送拉伸機(jī)拉伸，然后在70℃油浴中拉伸3～3.2倍，再在熱箱內(nèi)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(jī)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)行稱量打包。其工藝流程框圖如圖1所示：

三、控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法

　　3.1總體設(shè)計(jì)

　　本改造項(xiàng)目的WebField ECS-100控制系統(tǒng)由四個(gè)操作站、一個(gè)工程師站、一個(gè)歷史數(shù)據(jù)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(qū)控制中心與聚酯中心TDC-3000控制系統(tǒng)采用OPC方式進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通訊，同時(shí)將ECS-100 控制系統(tǒng)信息網(wǎng)與廠用MIS網(wǎng)通過(guò)防火墻進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，達(dá)到了實(shí)時(shí)監(jiān)視與管理的目的，各個(gè)控制點(diǎn)采用光纜連接。本項(xiàng)目控制系統(tǒng)配置圖如圖2所示。

　　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(guò)廠里的信息管理網(wǎng)連接，采用OPC方式實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊， ECS-100控制系統(tǒng)兩臺(tái)操作站作為OPC客戶端與TDC-3000控制系統(tǒng)的OPC服務(wù)器連接，實(shí)時(shí)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(guò)防火墻單向地與公司MIS網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)接，在歷史數(shù)據(jù)站中通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)每5秒鐘分批將部分重要參數(shù)向MIS網(wǎng)中服務(wù)器的SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)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。

　　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(duì)生產(chǎn)裝置和人身安全的保護(hù)措施，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備選擇與控制方案設(shè)計(jì)需要考慮對(duì)意外事件的快速反應(yīng)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(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的開關(guān)量輸入信號(hào)DI和輸出信號(hào)DO均采用繼電器進(jìn)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(bào)警提示，后停止加熱;（4）報(bào)警采用分布式報(bào)警管理系統(tǒng)，根據(jù)工藝和安全要求，前紡分為5個(gè)報(bào)警區(qū)、后紡分為2個(gè)報(bào)警區(qū)，不同的報(bào)警區(qū)采用不同的報(bào)警聲音;（5）在軟件設(shè)計(jì)方面，對(duì)操作參數(shù)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(shè)計(jì)，即不同級(jí)別的操作人員對(duì)應(yīng)不同的操作界面并進(jìn)行不同的動(dòng)作;（6）除了常規(guī)的日?qǐng)?bào)表、班報(bào)表、實(shí)時(shí)工藝參數(shù)報(bào)表外，需要新增生產(chǎn)管理軟件（小時(shí)平均值評(píng)估軟件、換桶修板管理軟件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢管理軟件）和系統(tǒng)維護(hù)軟件（緊急數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件）。

　　本裝置檢測(cè)點(diǎn)多，實(shí)際使用點(diǎn)數(shù)為2252點(diǎn)（系統(tǒng)規(guī)模如表1所示），現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備多，檢測(cè)變送測(cè)量裝置430臺(tái)、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥260臺(tái)、受控電氣設(shè)備210臺(tái);自控程度高，控制回路共有280個(gè)，以常規(guī)控制為主，復(fù)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(duì)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(xiàn)

　　聚酯短纖維紡絲裝置的控制回路共有280個(gè)，以常規(guī)控制為主，復(fù)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(duì)電加熱器進(jìn)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(fēng)濕度控制;空調(diào)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(jī)熱水槽、蒸汽加熱箱溫度控制;卷曲機(jī)熱水槽液位控制;空調(diào)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;

　　專用邏輯控制模塊：前紡的增壓泵加熱、過(guò)濾器加熱、組件預(yù)熱爐加熱、后紡疊絲機(jī)電加熱的溫度控制要求是相同的，即溫度降至低報(bào)值時(shí)則開始加熱升溫、溫度升溫至高報(bào)值時(shí)則停止加熱;高報(bào)與低報(bào)不參與報(bào)警，高高報(bào)則需要報(bào)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)開關(guān)量輸出（升溫-常開觸點(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。

　　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(yīng)不同的工況，需要在兩個(gè)靜態(tài)混合器設(shè)立控制點(diǎn)。控制要求：必須保證增壓泵壓力運(yùn)行穩(wěn)定;根據(jù)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(jù)工藝要求進(jìn)行選擇以及不同控制回路針對(duì)不同的工況，其PID設(shè)定參數(shù)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：

四、總結(jié)

　　本項(xiàng)目自2005年10月投運(yùn)以來(lái)，不僅控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，通訊流暢，自動(dòng)控制投運(yùn)率高（在95%以上），而且解決了以往的一直困擾工藝和維護(hù)人員的大量難題，如避免了以前受趨勢(shì)數(shù)量和記錄時(shí)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(shí)時(shí)的、客觀的記錄了工藝量化考核指標(biāo)，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(lái)困擾儀表維護(hù)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(hù)人員維護(hù)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(jìn)、安全可靠、使用方便、故障率較低、性/價(jià)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(jì)效益和社會(huì)效益。