短纤黄化DCS过程控制

摘 要：粘胶纤维是以天然纤维素（浆粕）为基本原料，经纤维素黄酸酯溶液纺制而成的再生纤维素纤维。它作为一种重要的工业原料，不仅可以作为衣着用料，丰富纺织品的花色品种，而且在工业、农业、国防和科学研究等方面都有着广泛的用途。

关键词：DCS控制系统 过程控制 MACS系统

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（a）-0107-02

黄化工序是粘胶纤维生产过程中非常关键的一道工序，在黄化生产过程实现计算机控制对于提高粘胶企业自动化水平有着非常重要的意义。

本文对黄化生产过程的生产工艺、设备状况、控制要求等进行了全面的分析，针对黄化生产过程中安全防爆要求高、关键步骤需要人工干预等特点，从控制工程实际应用的角度出发，对黄化过程控制系统的软、硬件结构及实施方案进行了系统的设计，详细论述了控制系统的软、硬件实现方法，并将这一套先进的DCS控制系统（MACS系统）成功投入运行，对控制系统投入运行后的效果进行了统计分析和评估。

1 短纤黄化工艺设备及工艺过程

1.1 短纤黄化设备

湖北金环股份有限公司短纤黄化工序采用以两台新型的R133A型黄化溶解机为中心的两条生产线，每条生产线包括黄化机、粗均化器、初溶解机、一次细均化器、中间桶、二次细均化器、后溶解桶以及碱站、老成、料仓等公用部分，实行连续批量生产。

短纤黄化设备包括黄化和溶解两部分。每台黄化机包括一台75/90 kW双速防爆搅拌电机、各种介质的控制和调节阀门及气缸二十余台。溶解机包括一台搅拌电机，两台循环电机，三台细均化研磨电机及控制阀门。另外，在黄化工序的公用部分还有碱泵、真空泵、碱纤维素料仓螺旋、调温水泵等大小电机三十台。

1.2 短纤黄化工艺过程

短纤黄化工艺包括黄化和溶解两部分。

1.2.1 黄化工艺过程顺序

等待状态、启动搅拌、AC进料、抽真空、真空测试、一次加氮、进CS2、反应、二次加氮、加溶解碱、黄化机出料、加冲洗碱、冲洗碱排、黄化机干燥、空机复位。

1.2.2 溶解工艺过程顺序

等待状态、进料、大间隙循环、中间隙循环、小间隙循环、初溶解出料、中间步、中间桶出料、空机复位。

2 系统特点分析及方案的设计

2.1 系统控制方案

控制系统的设计目标是在保证整个制胶工艺过程高效可靠运行的前提下，兼顾操作的方便性和构成的经济性。根据制胶工序生产过程的特点，将制胶工艺过程从进料开始到黄化、到溶解，到最后出料纳入计算机控制；使整个生产过程能够按照预定的程序全自动进行。

控制系统的方便性体现在控制流程的简单明确和人机交互界面的简洁友好。可靠性的保证需要控制系统同时提供自动控制和手动控制。

根据生产的实际需要，系统控制方式设计了计算机自动、计算机手动、现场手动三种运行模式。

2.2 控制系统I/O点

整个系统的I/O点设计共508个点，系统设计实际配置为600个，留有一定的系统扩充余量。这508个包括以下几点。

（1）PT100输入17点，系统配置24个，冗余7点。

（2）模拟量输入43点，系统配置56点，冗余13点。

（3）模拟量输出8点，系统配置16点，冗余8点。

（4）开关量输出180点，系统配置208点，冗余28点。

（5）开关量输入250点，系统配置280点，冗余30点。

（6）脉冲量输入10点，系统配置16点，冗余6点。

2.3 控制系统的选择

随着计算机技术的不断发展，国产控制系统已经取得了长足的进步。在对国内几家控制系统公司进行分析比较，综合考虑了技术支持、售后服务、经济指标、升级换代等多方面因素的基础上，选择了和利时公司的MACS系统。

MACS（Meet All Customer’s Satisfaction）控制系统是和利时公司第三代DCS产品，集DCS和FCS的优点于一体，基于当今最先进的现场总线技术，采用成熟的先进控制算法，具有多种冗余结构。

3 系统的硬件设计

系统的硬件模块要求。

FM171是16路继电器开关量输出模块，它用于对现场电机和电磁阀进行控制。

FM161是16路触点型开关量输入模块，它用于对系统的开关量输入信号进行检测，如阀门的开、关信号，电机的动作状态信号等。

FM141是8路模拟量输入模块，用于对黄化机内真空度的检测；各初溶解桶、高位槽的液位和各个泵出口的压力进行检测。

FM143是8路热电阻模拟量输入模块，用于对黄化机、各初溶解桶、高位槽、热水罐和料仓内温度的检测。

FM162是8路脉冲量输入模块，用于对CS2流量信号发信器、黄化机搅拌速度发信器、均化器间隙电机发信器等的脉冲进行计数。

FM151是8路模拟量输出模块，其输出的4-20mA信号主要控制黄化机热水罐的温度、氮气和CS2的流量。

4 系统软件设计

MACS系统软件。

MACS系统软件采用开放的平台，基于 Windows XP操作系统，具有图形化的人机接口技术，灵活的组态技术和数据库导入等特点。系统软件由组态软件FacView和监控软件ConMaker 两个部分组成。

组态软件FacView（Factory View）负责系统的在线监视、操作、控制、调试、维护，完成对图形和动画生成、各种人机交互界面、各种记录和趋势显示、各种控制功能实现的组态编程。

控制软件ConMaker（Control Maker）是用于开发控制方案的开发平台。其核心是由加拿大QSSL公司开发的分布式全32-bit微内核QNX实时操作系统。包含有控制方案编辑器和仿真调试器，是一套完整控制编辑和调试软件包。

本系统设置四种不同的用户环境：包括工程师环境，管理员环境、操作员环境和监视员环境，并且不同的用户环境具有不同的权限，分别有各自的用户名和密码，用以对各级用户进行分类管理。

监视员用户环境具有最低的权限，只能翻看各工序画面，查看报警，趋势，不能对工艺设备进行操作，不能修改工艺参数。

操作员环境权限高于监视员环境权限，可以浏览监视员级画面，如参数显示、流程图、报警记录、趋势记录等，对机台进行必要的操作，但不能修改工艺参数。

管理员级可以进入参数修改画面，根据生产的需要对工艺参数进行修改和整定PID参数，打印图表等，但不能执行退出监控系统等操作。

工程师环境具有最高的权限，除可执行上述所提的各种操作外，还可登陆下位机组态环境进行组态和下装程序。每种用户环境均可登陆上位机组态环境修改和新建监控画面，并对每种用户环境设置不同的权限密码，能从总图画面方便地切换用户环境。一般只在工程师站上定义有工程师用户环境。

参考文献

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