新配方紡絲控制系統的設計與實現

□童少為 王 鑫 呂占龍 趙俊銘

隨著現代技術的發展，DCS實現了生產過程的集中監控和集中管理，并向著信息化和集成化的方向繼續發展，提高了工業生產效率和控制精度，降低了運行、維護成本。

一、紡絲生產工藝及裝置使用Honeywell Epks控制系統平臺簡介

(一)系統及軟件平臺。EPKS(Experion PKS)過程知識系統是Honeywell新一代的過程自動化系統，它將人員與過程控制、經營和資產管理融合在一起。Experion PKS為用戶提供了遠高于集散控制系統的能力，包括嵌入式的決策支持和診斷技術，為決策者提供所需信息；安全組件保證系統安全環境獨立于主控系統，提高了系統的安全、可靠性。

CAB(Custom Algorithm Block開發環境是基于Microsoft Visual Studio軟件構建的。CAB為用戶提供了一個面向工業控制的環境，與Experion PKS控制系統的Experion平臺緊密集成。用戶可以通過CAB自行定義控制算法和數據結構，這樣可以減少創建復雜和高效控制策略所需的工作量。CAB可以在Experion應用程序控制環境(ACE)節點或C 300控制器中工作，從而大大提高了控制系統冗余的可靠性。CAB開發環境創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)紡絲生產工藝簡介。紡絲是將聚合車間制備的紡絲原液處理加工而成的長絲束。吉化某公司采用濕紡二步法工藝生產紡絲。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其進行脫泡處理去除雜質；第二，紡絲：原液流經過紡絲箱進入計量泵由計量泵的噴絲口噴出，進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；第四，三級牽伸：牽引拉伸紡絲提高韌性，牽伸時水洗紡絲分離紡絲中的凝固劑；第五，上油：減少紡絲與設備的摩擦力，提高集束性；第六，干燥：烘干箱中烘干紡絲；第七，收絲：紡絲經過反復纏繞，制作為絲餅。

二、舊配方簡述及新配方系統的設計與實現

(一)舊配方。舊配方系統需要配置一臺工程師站(Sur)、三臺操作站(D站兩臺、F站一臺)、一臺配方站(Rep)。配方數據以EXCEL表格的形式存放在配方站中，選擇生產配方時操作工需要在配方站找到存儲配方數據的EXCEL表格，選擇傳送配方到DCS選項，配方就會通過DCS系統網絡傳輸到DCS控制系統的各個服務器及操作站。配方傳輸完成后操作工便可以在操作站Station畫面選擇配方然后將配方信息通過FTE網絡下載到控制器中。

FTE(Fault Tolerant Etherent)容錯以太網是DCS控制系統的冗余控制網絡，FTE具有容錯、網絡快速響應和控制應用安全性高等特點,FTE網絡的各個網絡節點都有四條通訊路徑，相比于普通的以太網通訊具有突出的優點。

(二)新配方系統的設計與實現。基于Honeywell的CAB(Custom Algorithm Block)開發環境。通過CAB平臺利用VB.NET語言開發新型數據塊(DB塊)與新型算法功能塊，應用在霍尼韋爾系統中。

新配方中DB1、DB2、DB3、DB4、DB5用來存儲一次輸入的實際生產數據以及經過四層計算得到的數據。第一層計算得出紡絲生產線高速生產的57項數據；第二層計算得出紡絲生產線低速生產的45項數據；第三層計算得出紡絲生產線低速生產的45項數據；第四層計算偏差，生產數據的最大值與最小值。

四層計算過程在新開發的算法功能塊中實現，計算結束后數據分別存儲與對應的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據直接存儲于控制器中。

在CAB開發環境中創建控制策略。使時序控制、聯鎖控制等復雜控制在CAB中實現并集成為新的控制功能塊，完成紡絲控制系統的設計。紡絲控制系統有以下控制要求。

1.電機轉速。計量泵機組、集束輥機組、四棱輥機組、烘干輥機組的電機轉速由變頻器控制。

2.凝固浴。傳感器檢測凝固浴中DMAC濃度，通過改變調節閥的開度控制DMAC的補加量調節凝固浴的濃度。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。在紡絲的烘干過程中，當溫度傳感器檢測到烘干箱實際溫度低于設定溫度時，調節閥開度增加；當烘干箱溫度高于設定值時，調節閥開度減小，通過PID控制調節閥開度從而調節高壓蒸汽的流量，控制紡絲烘干箱的溫度。

4.切換速度生產時序控制。更換配方或者切換生產速度時，電機轉速變化會對紡絲的拉力造成影響。速度變化太快容易使紡絲在牽伸時出現斷頭甚至造成紡絲斷裂等結果。因此系統需要根據牽伸機組的轉速，確定速度切換時序步驟。在一定周期內各個電機速度達到目標值，使系統波動最小，保證紡絲的質量。

表1

5.故障停電機。生產過程中有電機出現故障時系統會判斷現場狀況聯鎖停電機：當故障電機后的紡絲出現問題則故障電機之后的電機全部聯鎖停;反之則聯鎖停故障電機之前的電機。

(三)新舊控制系統比較。如表1所示。

三、結語

新配方控制系統整體性能優于舊系統。新系統基于CAB實現了復雜的計算和更嚴格的控制，操縱簡單、控制精度高、增強了系統的安全性能和反應速度、降低了生產成本、增加了產量、實現了對紡絲控制系統的自動化改造。