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

　　一、概述

　　隨著合成纖維工業的迅速發展，我國聚酯市場競爭越來越激烈，為適應市場不斷發展的需要，國內聚酯企業不斷加快工業結構優化升級，深化產品結構調整，增加化纖產品品種，提高產品質量，降低備件成本，提高企業效益。為了生產和安全的需要，中石化儀征化纖股份有限公司經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股份有限公司研制的WebField ECS-100控制系統對15萬噸/年滌綸短纖維生產線進行自動監控。

　　本改造項目主要是對15萬噸/年滌綸短纖維生產線前紡的TDC-2000控制系統和后紡的常規儀表控制系統進行改造。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遠程控制柜，短纖生產中心ECS-100控制系統與聚酯生產中心TDC- 3000控制系統進行雙向數據通訊，短纖生產中心ECS-100控制系統與公司的信息管理中心進行數據傳送，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濾去機械雜質和熔融不良物，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。

　　初生纖維經上油后匯集成束，經牽引后入盛桶絲內，經集束后，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、控制系統總體設計及實現方法

　　3.1總體設計

　　本改造項目的WebField ECS-100控制系統由四個操作站、一個工程師站、一個歷史數據站、四個控制站、八個繼電器柜和一套過程控制網絡組成，前紡西區控制中心與聚酯中心TDC-3000控制系統采用OPC方式進行雙向數據通訊，同時將ECS-100 控制系統信息網與廠用MIS網通過防火墻進行數據傳送，達到了實時監視與管理的目的，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鍵數據需要參與操作和控制，雙方通過廠里的信息管理網連接，采用OPC方式實現雙向數據通訊， ECS-100控制系統兩臺操作站作為OPC客戶端與TDC- 3000控制系統的OPC服務器連接，實時刷新周期設置為2秒，采用病毒防火墻以防止病毒入侵。

　　為了滿足企業信息化的要求，需要將ECS-100控制系統信息單向傳送到廠內信息網，ECS-100系統采用OPC方式通過防火墻單向地與公司MIS 網進行聯接，在歷史數據站中通過實時數據庫每5秒鐘分批將部分重要參數向MIS網中服務器的SQL Server數據庫中寫入數據。 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全面實用自動化

　　前紡工段屬于高溫、高壓、高粘度的工業生產環境，需要采取對生產裝置和人身安全的保護措施，設計時對自動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、可靠聯鎖動作以及有效解決方案，從而保證生產過程的安全。主要采取的措施有：（1）控制系統與現場設備之間的開關量輸入信號DI和輸出信號DO均采用繼電器進行隔離;（2）控制系統的主控卡、數據轉發卡、關鍵卡件、系統電源、網絡、系統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，根據工藝和安全要求，前紡分為5個報警區、后紡分為2個報警區，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行不同的動作;（6）除了常規的日報表、班報表、實時工藝參數報表外，需要新增生產管理軟件（小時平均值評估軟件、換桶修板管理軟件、實時數據查詢管理軟件）和系統維護軟件（緊急數據恢復軟件）。

　　本裝置檢測點多，實際使用點數為2252點（系統規模如表1所示），現場儀表設備多，檢測變送測量裝置430臺、氣動調節閥260臺、受控電氣設備 210臺;自控程度高，控制回路共有280個，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

　　聚酯短纖維紡絲裝置的控制回路共有280個，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條生產線是相似的，其控制要求也是相同的。

　　主要常規控制回路有：空調送風濕度控制;空調新風、汽相鍋爐溫度控制及聯鎖、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，才能保證產品質量和產量，為了適應不同的工況，需要在兩個靜態混合器設立控制點。控制要求：必須保證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行控制;控制回路選擇必須無擾動切換。

　　根據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設定參數的不同，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

　　本項目自2005年10月投運以來，不僅控制系統運行良好，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量和記錄時間限制的困擾;為工藝開發、優化生產工藝和事故調查提供了非常直觀的依據; 實時的、客觀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; 解決了多年來困擾儀表維護人員關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、企業管理水平。

　　總之，由于該控制系統功能齊全、技術先進、安全可靠、使用方便、故障率較低、性/價比高，為企業節約了大量的資金，創造了很好的經濟效益和社會效益。