短纖黃化DCS過程控制

摘 要：粘膠纖維是以天然纖維素（漿粕）為基本原料，經纖維素黃酸酯溶液紡制而成的再生纖維素纖維。它作為一種重要的工業原料，不僅可以作為衣著用料，豐富紡織品的花色品種，而且在工業、農業、國防和科學研究等方面都有著廣泛的用途。

關鍵詞：DCS控制系統 過程控制 MACS系統

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0107-02

黃化工序是粘膠纖維生產過程中非常關鍵的一道工序，在黃化生產過程實現計算機控制對于提高粘膠企業自動化水平有著非常重要的意義。

本文對黃化生產過程的生產工藝、設備狀況、控制要求等進行了全面的分析，針對黃化生產過程中安全防爆要求高、關鍵步驟需要人工干預等特點，從控制工程實際應用的角度出發，對黃化過程控制系統的軟、硬件結構及實施方案進行了系統的設計，詳細論述了控制系統的軟、硬件實現方法，并將這一套先進的DCS控制系統（MACS系統）成功投入運行，對控制系統投入運行后的效果進行了統計分析和評估。

1 短纖黃化工藝設備及工藝過程

1.1 短纖黃化設備

湖北金環股份有限公司短纖黃化工序采用以兩臺新型的R133A型黃化溶解機為中心的兩條生產線，每條生產線包括黃化機、粗均化器、初溶解機、一次細均化器、中間桶、二次細均化器、后溶解桶以及堿站、老成、料倉等公用部分，實行連續批量生產。

短纖黃化設備包括黃化和溶解兩部分。每臺黃化機包括一臺75/90 kW雙速防爆攪拌電機、各種介質的控制和調節閥門及氣缸二十余臺。溶解機包括一臺攪拌電機，兩臺循環電機，三臺細均化研磨電機及控制閥門。另外，在黃化工序的公用部分還有堿泵、真空泵、堿纖維素料倉螺旋、調溫水泵等大小電機三十臺。

1.2 短纖黃化工藝過程

短纖黃化工藝包括黃化和溶解兩部分。

1.2.1 黃化工藝過程順序

等待狀態、啟動攪拌、AC進料、抽真空、真空測試、一次加氮、進CS2、反應、二次加氮、加溶解堿、黃化機出料、加沖洗堿、沖洗堿排、黃化機干燥、空機復位。

1.2.2 溶解工藝過程順序

等待狀態、進料、大間隙循環、中間隙循環、小間隙循環、初溶解出料、中間步、中間桶出料、空機復位。

2 系統特點分析及方案的設計

2.1 系統控制方案

控制系統的設計目標是在保證整個制膠工藝過程高效可靠運行的前提下，兼顧操作的方便性和構成的經濟性。根據制膠工序生產過程的特點，將制膠工藝過程從進料開始到黃化、到溶解，到最后出料納入計算機控制；使整個生產過程能夠按照預定的程序全自動進行。

控制系統的方便性體現在控制流程的簡單明確和人機交互界面的簡潔友好。可靠性的保證需要控制系統同時提供自動控制和手動控制。

根據生產的實際需要，系統控制方式設計了計算機自動、計算機手動、現場手動三種運行模式。

2.2 控制系統I/O點

整個系統的I/O點設計共508個點，系統設計實際配置為600個，留有一定的系統擴充余量。這508個包括以下幾點。

（1）PT100輸入17點，系統配置24個，冗余7點。

（2）模擬量輸入43點，系統配置56點，冗余13點。

（3）模擬量輸出8點，系統配置16點，冗余8點。

（4）開關量輸出180點，系統配置208點，冗余28點。

（5）開關量輸入250點，系統配置280點，冗余30點。

（6）脈沖量輸入10點，系統配置16點，冗余6點。

2.3 控制系統的選擇

隨著計算機技術的不斷發展，國產控制系統已經取得了長足的進步。在對國內幾家控制系統公司進行分析比較，綜合考慮了技術支持、售后服務、經濟指標、升級換代等多方面因素的基礎上，選擇了和利時公司的MACS系統。

MACS（Meet All Customer’s Satisfaction）控制系統是和利時公司第三代DCS產品，集DCS和FCS的優點于一體，基于當今最先進的現場總線技術，采用成熟的先進控制算法，具有多種冗余結構。

3 系統的硬件設計

系統的硬件模塊要求。

FM171是16路繼電器開關量輸出模塊，它用于對現場電機和電磁閥進行控制。

FM161是16路觸點型開關量輸入模塊，它用于對系統的開關量輸入信號進行檢測，如閥門的開、關信號，電機的動作狀態信號等。

FM141是8路模擬量輸入模塊，用于對黃化機內真空度的檢測；各初溶解桶、高位槽的液位和各個泵出口的壓力進行檢測。

FM143是8路熱電阻模擬量輸入模塊，用于對黃化機、各初溶解桶、高位槽、熱水罐和料倉內溫度的檢測。

FM162是8路脈沖量輸入模塊，用于對CS2流量信號發信器、黃化機攪拌速度發信器、均化器間隙電機發信器等的脈沖進行計數。

FM151是8路模擬量輸出模塊，其輸出的4-20mA信號主要控制黃化機熱水罐的溫度、氮氣和CS2的流量。

4 系統軟件設計

MACS系統軟件。

MACS系統軟件采用開放的平臺，基于 Windows XP操作系統，具有圖形化的人機接口技術，靈活的組態技術和數據庫導入等特點。系統軟件由組態軟件FacView和監控軟件ConMaker 兩個部分組成。

組態軟件FacView（Factory View）負責系統的在線監視、操作、控制、調試、維護，完成對圖形和動畫生成、各種人機交互界面、各種記錄和趨勢顯示、各種控制功能實現的組態編程。

控制軟件ConMaker（Control Maker）是用于開發控制方案的開發平臺。其核心是由加拿大QSSL公司開發的分布式全32-bit微內核QNX實時操作系統。包含有控制方案編輯器和仿真調試器，是一套完整控制編輯和調試軟件包。

本系統設置四種不同的用戶環境：包括工程師環境，管理員環境、操作員環境和監視員環境，并且不同的用戶環境具有不同的權限，分別有各自的用戶名和密碼，用以對各級用戶進行分類管理。

監視員用戶環境具有最低的權限，只能翻看各工序畫面，查看報警，趨勢，不能對工藝設備進行操作，不能修改工藝參數。

操作員環境權限高于監視員環境權限，可以瀏覽監視員級畫面，如參數顯示、流程圖、報警記錄、趨勢記錄等，對機臺進行必要的操作，但不能修改工藝參數。

管理員級可以進入參數修改畫面，根據生產的需要對工藝參數進行修改和整定PID參數，打印圖表等，但不能執行退出監控系統等操作。

工程師環境具有最高的權限，除可執行上述所提的各種操作外，還可登陸下位機組態環境進行組態和下裝程序。每種用戶環境均可登陸上位機組態環境修改和新建監控畫面，并對每種用戶環境設置不同的權限密碼，能從總圖畫面方便地切換用戶環境。一般只在工程師站上定義有工程師用戶環境。

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