涂布機新增涂料快速切換系統的原因及其控制研究

蔡 越

（金東紙業（江蘇）股份有限公司自動化課，江蘇 鎮江212000）

0 引言

金東紙業的涂布機為芬蘭Mesto生產的世界領先的Offline涂布機之一。共有4個涂布頭，每個涂布頭有1套完整的供料系統。涂料在Color Kitchen制備好后，由前段供料泵經過工作站、過濾器打入Working Tank中。在涂布過程中根據紙種的不同、底涂和面涂的差別，由后段供料泵控制作高位循環進行涂布。每個紙種操作結束后要將多余的涂料回收并打循環清洗，目的是再利用和環保。在全世界的涂布機中都存在不同紙種改抄時的損失。

1 新增快速切換系統的原因

不同紙種的涂料所采用的配方存在一定的差異（尤其面涂涂料），因此在改抄過程中為保證涂料品質穩定必須將涂料回收后重新送料，這樣帶來2個方面的問題：（1）改抄一次執行回收、排水、重送涂料大約耗時40～60min，影響生產效率；（2）換紙改抄過程中要用大量的水沖洗，對涂料造成一定的稀釋，可能會使涂料物性略有變化（如固含降低），影響涂料品質。

2 控制方案選擇

2.1 基本控制原理

改抄新紙種前15min由CK操作員切換供應新的涂料，新的涂料將管道中老的涂料推入Working Tank中，然后閥門自動切換，此時將向新增2個Jolly Tank中供料，CK供料泵的功率自動控制在100%，Jolly Tank的作用即貯存新的涂料。OMC供料泵處于E1控制狀態，功率由車速決定，連續將涂料由Working Tank經工作站過濾到涂布頭上涂后再回Working Tank完成高位循環。在Jolly Tank液位到設定值后，CK供料泵會聯鎖停止供料。此時Working Tank中的涂料液位將逐漸下降，用Quick Reclaim可加速卸料，下降到設定值后切換涂料開始，新涂料從Jolly Tank落到 Working Tank中，Working Tank中的老涂料迅速排往Reclaim Tank中貯存，在切換結束后將通過變頻泵調速打到底涂中去或是回收回CK循環利用。

2.2 硬件和軟件結構

涂料快速切換系統如圖1所示。

（1）本系統構建在ABB DCS上，處理器為AC450。閥門、液位等控制點較多，4～20mA模擬量輸入4個，開關量輸入16個，開關量輸出8個，6個 AIC，16個 AOC，18個 DIC，6個DOC，8個VALVECON做閥門控制，4個PIDCONA做液位控制，2個DRISTD通過增加新的Station站，用光纖下接TB810、NDBU85與變頻器通訊來控制變頻馬達。

（2）DCS現場總線架構如圖2所示。

圖1 涂料快速切換系統圖（改造后）

圖2 DCS現場總線架構

（3）閥門為VALVECON控制。VALVECON功能塊設計用來在不同過程中控制雙向閥，它由3部分構成：1）1個PC element（程序元件）和其他 ABB Advant Controller410／450中的程序元件處理方法一樣。2）1段給操作員用的包含描述和命令的功能。過程中的數據和參數顯示在Advant Station500系列的操作員電腦上。鍵盤用于輸入命令和其他一些功能。3）1個數據庫元件。包含組態參數和動態數據，用于操作員站和程序單元。

（4）液位為PIDCONA控制。PIDCONA功能塊是Advant OCS過程控制系統功能塊中的一種，帶有自動調整和自動適應的PID控制功能，包括操作界面和事件處理。

3 控制程序流程

（1）到飛接前第16min OMC升高3＃及4＃WT的設定液位至75%（由65%調升至75%，目的是讓CK供料泵連續供料，實際上直至涂料切換前 WT最高液位75%左右）。（2）飛接前第15min，OMC電話通知CK切換新紙種涂料。（3）CK接通知后，立即關閉甲涂料貯槽的Discharge，打開乙涂料貯槽的Discharge。切換涂料儲槽完成后CK立即電話通知OMC。（4）飛接前第14min（此時 WT液位會在75%左右），OMC打開 Quick change，New Coat Come Time開始計時（150s）。（5）New Coat Come Time計時結束，進Jolly Tank與進WT的閥門自動切換，CK供料泵以100%的速率向Jolly Tank供料。（6）3＃WT（或4＃WT）液位下降至 WT的第一低位（33%），自動切換開始進行。（7）若飛接前30s，Working Tank液位未到設定值33%，手動按“Quick Reclaim”強制進行卸料（選擇QUICK RECLAIM ON后必須立即退出，防止一直選中處于手動狀態，RECLAIM TIME時間不受控制，系統不能正常切換），當Working Tank液位下降至37%，會自動進行“Quick Change”。（8）切換正常完成后，若 Working Tank仍偏高，繼續手動按“Quick Reclaim”強制卸料，注意觀察Working Tank液位下降，到43%時，手動 OFF“Quick Change”信號。（9）切換正常完成，OMC關閉“Quick Change”，并恢復 WT設定液位。（10）OMC關閉“Quick Change”，至現場清洗Jolly Tank和進入Jolly Tank的管線。（11）現場派人至底涂 WT處觀察，OMC設置Reclaim Tank泵速，打開“R－Tank Discharge”向底涂 WT處打料排水，現場觀察料到后打開進WT的閥門關閉排污閥，則Reclaim Tank供料泵以設定泵速向底涂WT打料，Reclaim Tank低位后泵會自動停止。（12）Reclaim Tank用空后，OMC關閉“R－Tank Discharge”。OMC至現場清洗 Reclaim Tank，洗凈后桶槽注水至20%。派人至底涂WT處打開2排污閥，關閉進WT的閥門后打開“R－Tank Discharge”，啟動Reclaim Tank泵清洗管路。清洗結束務必關閉“R－Tank Discharge”。

4 結語

涂料快速切換系統在金東紙業1＃、2＃涂布機投入使用1年左右，不停車改抄較斷紙改抄每次可減少一大筆損失，可為其他紙廠提供借鑒。

［1］Advant OCS Functional Units Part6MOTCON VALVECON

［2］Advant OCS Functional Units Part7PIDCONA

［3］Advant OCS Functional Units Part9DRICONS

［4］Advant OCS PC Elements Advant Controller400Series