□童少為 王 鑫 呂占龍 趙俊銘

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，DCS實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的集中監(jiān)控和集中管理，并向著信息化和集成化的方向繼續(xù)發(fā)展，提高了工業(yè)生產(chǎn)效率和控制精度，降低了運(yùn)行、維護(hù)成本。

一、紡絲生產(chǎn)工藝及裝置使用Honeywell Epks控制系統(tǒng)平臺(tái)簡(jiǎn)介

(一)系統(tǒng)及軟件平臺(tái)。EPKS(Experion PKS)過(guò)程知識(shí)系統(tǒng)是Honeywell新一代的過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)，它將人員與過(guò)程控制、經(jīng)營(yíng)和資產(chǎn)管理融合在一起。Experion PKS為用戶(hù)提供了遠(yuǎn)高于集散控制系統(tǒng)的能力，包括嵌入式的決策支持和診斷技術(shù)，為決策者提供所需信息；安全組件保證系統(tǒng)安全環(huán)境獨(dú)立于主控系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的安全、可靠性。

CAB(Custom Algorithm Block開(kāi)發(fā)環(huán)境是基于Microsoft Visual Studio軟件構(gòu)建的。CAB為用戶(hù)提供了一個(gè)面向工業(yè)控制的環(huán)境，與Experion PKS控制系統(tǒng)的Experion平臺(tái)緊密集成。用戶(hù)可以通過(guò)CAB自行定義控制算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這樣可以減少創(chuàng)建復(fù)雜和高效控制策略所需的工作量。CAB可以在Experion應(yīng)用程序控制環(huán)境(ACE)節(jié)點(diǎn)或C 300控制器中工作，從而大大提高了控制系統(tǒng)冗余的可靠性。CAB開(kāi)發(fā)環(huán)境創(chuàng)建的控制策略功能塊與Experion控制器中的其他功能塊一樣可以在C300控制器中工作。

(二)紡絲生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介。紡絲是將聚合車(chē)間制備的紡絲原液處理加工而成的長(zhǎng)絲束。吉化某公司采用濕紡二步法工藝生產(chǎn)紡絲。濕紡二步法紡絲工藝的一般流程包括紡原液制備、紡絲、凝固浴、三級(jí)牽伸、上油、干燥、收絲。第一，原液制備：配置紡絲原液，凈化形成的紡絲原液再對(duì)其進(jìn)行脫泡處理去除雜質(zhì)；第二，紡絲：原液流經(jīng)過(guò)紡絲箱進(jìn)入計(jì)量泵由計(jì)量泵的噴絲口噴出，進(jìn)入紡絲浴中紡絲成形；第三，凝固浴:凝固浴箱中的含有DMAC凝固劑，紡絲原液與DMAC接觸后瞬間凝固形成初生纖維；第四，三級(jí)牽伸：牽引拉伸紡絲提高韌性，牽伸時(shí)水洗紡絲分離紡絲中的凝固劑；第五，上油：減少紡絲與設(shè)備的摩擦力，提高集束性；第六，干燥：烘干箱中烘干紡絲；第七，收絲：紡絲經(jīng)過(guò)反復(fù)纏繞，制作為絲餅。

二、舊配方簡(jiǎn)述及新配方系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(一)舊配方。舊配方系統(tǒng)需要配置一臺(tái)工程師站(Sur)、三臺(tái)操作站(D站兩臺(tái)、F站一臺(tái))、一臺(tái)配方站(Rep)。配方數(shù)據(jù)以EXCEL表格的形式存放在配方站中，選擇生產(chǎn)配方時(shí)操作工需要在配方站找到存儲(chǔ)配方數(shù)據(jù)的EXCEL表格，選擇傳送配方到DCS選項(xiàng)，配方就會(huì)通過(guò)DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)紻CS控制系統(tǒng)的各個(gè)服務(wù)器及操作站。配方傳輸完成后操作工便可以在操作站Station畫(huà)面選擇配方然后將配方信息通過(guò)FTE網(wǎng)絡(luò)下載到控制器中。

FTE(Fault Tolerant Etherent)容錯(cuò)以太網(wǎng)是DCS控制系統(tǒng)的冗余控制網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)TE具有容錯(cuò)、網(wǎng)絡(luò)快速響應(yīng)和控制應(yīng)用安全性高等特點(diǎn),FTE網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都有四條通訊路徑，相比于普通的以太網(wǎng)通訊具有突出的優(yōu)點(diǎn)。

(二)新配方系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?；贖oneywell的CAB(Custom Algorithm Block)開(kāi)發(fā)環(huán)境。通過(guò)CAB平臺(tái)利用VB.NET語(yǔ)言開(kāi)發(fā)新型數(shù)據(jù)塊(DB塊)與新型算法功能塊，應(yīng)用在霍尼韋爾系統(tǒng)中。

新配方中DB1、DB2、DB3、DB4、DB5用來(lái)存儲(chǔ)一次輸入的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及經(jīng)過(guò)四層計(jì)算得到的數(shù)據(jù)。第一層計(jì)算得出紡絲生產(chǎn)線(xiàn)高速生產(chǎn)的57項(xiàng)數(shù)據(jù)；第二層計(jì)算得出紡絲生產(chǎn)線(xiàn)低速生產(chǎn)的45項(xiàng)數(shù)據(jù)；第三層計(jì)算得出紡絲生產(chǎn)線(xiàn)低速生產(chǎn)的45項(xiàng)數(shù)據(jù)；第四層計(jì)算偏差，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的最大值與最小值。

四層計(jì)算過(guò)程在新開(kāi)發(fā)的算法功能塊中實(shí)現(xiàn)，計(jì)算結(jié)束后數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)與對(duì)應(yīng)的DB塊中。新型DB塊與算法功能塊完全取代了舊配方中的EXCEL表格的功能將配方數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)于控制器中。

在CAB開(kāi)發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建控制策略。使時(shí)序控制、聯(lián)鎖控制等復(fù)雜控制在CAB中實(shí)現(xiàn)并集成為新的控制功能塊，完成紡絲控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。紡絲控制系統(tǒng)有以下控制要求。

1.電機(jī)轉(zhuǎn)速。計(jì)量泵機(jī)組、集束輥機(jī)組、四棱輥機(jī)組、烘干輥機(jī)組的電機(jī)轉(zhuǎn)速由變頻器控制。

2.凝固浴。傳感器檢測(cè)凝固浴中DMAC濃度，通過(guò)改變調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度控制DMAC的補(bǔ)加量調(diào)節(jié)凝固浴的濃度。另外換熱器冷卻水的流量用于控制凝固劑的溫度。

3.溫度控制。在紡絲的烘干過(guò)程中，當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到烘干箱實(shí)際溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增加；當(dāng)烘干箱溫度高于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度減小，通過(guò)PID控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度從而調(diào)節(jié)高壓蒸汽的流量，控制紡絲烘干箱的溫度。

4.切換速度生產(chǎn)時(shí)序控制。更換配方或者切換生產(chǎn)速度時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速變化會(huì)對(duì)紡絲的拉力造成影響。速度變化太快容易使紡絲在牽伸時(shí)出現(xiàn)斷頭甚至造成紡絲斷裂等結(jié)果。因此系統(tǒng)需要根據(jù)牽伸機(jī)組的轉(zhuǎn)速，確定速度切換時(shí)序步驟。在一定周期內(nèi)各個(gè)電機(jī)速度達(dá)到目標(biāo)值，使系統(tǒng)波動(dòng)最小，保證紡絲的質(zhì)量。

表1

5.故障停電機(jī)。生產(chǎn)過(guò)程中有電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)會(huì)判斷現(xiàn)場(chǎng)狀況聯(lián)鎖停電機(jī)：當(dāng)故障電機(jī)后的紡絲出現(xiàn)問(wèn)題則故障電機(jī)之后的電機(jī)全部聯(lián)鎖停;反之則聯(lián)鎖停故障電機(jī)之前的電機(jī)。

(三)新舊控制系統(tǒng)比較。如表1所示。

三、結(jié)語(yǔ)

新配方控制系統(tǒng)整體性能優(yōu)于舊系統(tǒng)。新系統(tǒng)基于CAB實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的計(jì)算和更嚴(yán)格的控制，操縱簡(jiǎn)單、控制精度高、增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性能和反應(yīng)速度、降低了生產(chǎn)成本、增加了產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)了對(duì)紡絲控制系統(tǒng)的自動(dòng)化改造。