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| 自動(dòng)配料系統(tǒng)在（PVA）生產(chǎn)中的應(yīng)用 | 2020-03-09 |
| 1.引言 （PVA）外觀為白色粉末，是一種用途相當(dāng)廣泛的水溶性高分子聚合物，性能介于塑料和橡膠之間，可分為纖維和非纖維兩大用途。由于PVA具有的強(qiáng)力粘接性、皮膜柔韌性、平滑性、耐油性、耐溶劑性、保護(hù)膠體性、氣體阻絕性、耐磨性以及經(jīng)特殊處理具有的耐水性，因此除了作纖維原料外，還被大量用于生產(chǎn)涂料、粘合劑、紙品加工劑、乳化劑、分散劑、薄膜等產(chǎn)品，應(yīng)用范圍遍及紡織、食品、醫(yī)藥、建筑、木材加工、造紙、印刷、農(nóng)業(yè)、鋼鐵、高分子化工等行業(yè)。 近年來，我國PVA消費(fèi)一直保持6～10％增長勢(shì)頭，市場(chǎng)前景看好。為了增加產(chǎn)品品種，豐富產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭力，我公司于今年新上一套設(shè)計(jì)能力15000t/a的電石乙炔高堿法PVA生產(chǎn)裝置，主要由聚合、醇解和回收三個(gè)工段組成。自動(dòng)配料系統(tǒng)選用了自公司研發(fā)生產(chǎn)的CAS800小型自動(dòng)配料系統(tǒng)。 2.自動(dòng)配料系統(tǒng)概述 基于自長期的科技攻關(guān)與技術(shù)創(chuàng)新實(shí)力，自動(dòng)配料系統(tǒng)并結(jié)合其豐富的自動(dòng)配料集成與工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過不斷分析總結(jié)、開發(fā)創(chuàng)新、測(cè)試改進(jìn)與考核完善，成功推出小型自動(dòng)配料。 自動(dòng)配料系統(tǒng)采用的電子技術(shù)、儀表控制技術(shù)、現(xiàn)代控制理論，吸取迄今為止的各種自動(dòng)配料的長處，是集成綜合了智能儀表、多功能回路控制器、順序控制器、可編程控制器功能的小型配料。具有控制策略、圖形操作界面和在線實(shí)時(shí)組態(tài)工具，實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)視、記錄、操作、管理及其連續(xù)控制、邏輯控制、順序控制的綜合，是一種實(shí)現(xiàn)各行業(yè)復(fù)雜多樣工業(yè)自動(dòng)化構(gòu)想的新型計(jì)算機(jī)自動(dòng)配料系統(tǒng)，特別適合于企業(yè)組建自動(dòng)配料系統(tǒng)和對(duì)控制設(shè)備的技術(shù)改造。 3.自動(dòng)配料系統(tǒng)配置 3.1.硬件配置 3.1.1.操作站/工程師站 CAS800自動(dòng)配料系統(tǒng)的操作站和工程師站在硬件和軟件上沒有本質(zhì)區(qū)別，也就是說兩者可以通用。如果說有不同的話，也就是兩者所用的軟件不同。 3.1.2.控制站 控制站是CAS800小型自動(dòng)配料的核心部分，控制站具備電源、控制和通訊雙重冗余功能，在任一部分故障的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)無擾切換，以提高自動(dòng)配料系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。 根據(jù)我公司PVA生產(chǎn)線的I/O設(shè)計(jì)數(shù)量，生成如下表所示的控制站硬件配置。由于CAS800自動(dòng)配料具有調(diào)理模板可混插各種I/O模塊的特點(diǎn)，這給工程設(shè)計(jì)帶來了極大的靈活性，用戶可以根據(jù)I/O點(diǎn)的重要性合理安排I/O模塊的分布。 3.1.3.自動(dòng)配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 除上述軟硬件外，本自動(dòng)配料系統(tǒng)還配置了不間斷電源(220V/5KVA、30min）和用于打印報(bào)表的黑白激光打印機(jī)（HPLJ1010）。 4.軟件組態(tài) CAS800自動(dòng)配料系統(tǒng)的軟件組態(tài)主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫（RDB）、算法編輯（IEC）和人機(jī)界面（Maker）三個(gè)部分。 4.1.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是整個(gè)自動(dòng)配料系統(tǒng)的核心，所有的控制算法、界面等都是圍繞這個(gè)核心進(jìn)行工作的。RDB的功能主要包括控制模板設(shè)置、I/O采集設(shè)置和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建立。 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫主要分為物理I/O和邏輯I/O，所謂物理I/O是由自動(dòng)配料系統(tǒng)經(jīng)硬件采集而得到的數(shù)據(jù)，如所有I/O模板與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間傳送的信息。而邏輯I/O則是自動(dòng)配料系統(tǒng)經(jīng)一定運(yùn)算獲自動(dòng)生成的數(shù)據(jù)，如流量累積值。 4.2.算法 IEC是Tech工業(yè)控制應(yīng)用軟件平臺(tái)的重要組成部分，用于對(duì)控制方案進(jìn)行編程。IEC提供了功能塊圖、梯形圖、順序功能圖、結(jié)構(gòu)化文本和指令表五種符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的控制語言，并具有多種段，可大大提高工程進(jìn)度。 4.2.1.醇解加料比值控制 醇解加料比值控制是醇解工段最重要的自動(dòng)配料之一，該控制回路的應(yīng)用效果直接影響裝置生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的質(zhì)量。以樹脂流量為主參數(shù)，通過比值運(yùn)算，分別使樹脂流量和堿流量控制在一定范圍并呈固定的比例關(guān)系。用FBD控制語言可非常方便地實(shí)現(xiàn)該方案。如圖所示： 4.2.2.進(jìn)混合機(jī)樹脂溫度分程調(diào)節(jié) 稱重配料系統(tǒng)通過樹脂預(yù)熱器的調(diào)溫作用使進(jìn)混合機(jī)樹脂的溫度保持在一定的范圍內(nèi)。向樹脂預(yù)熱器引入溫水和冷水兩條管線，當(dāng)樹脂溫度高于給定值時(shí)通冷水，當(dāng)樹脂溫度低于給定值時(shí)則通溫水。為此，我們構(gòu)建了下圖所示的分程調(diào)節(jié)回路。 在組態(tài)中我們將PID功能塊的輸出連接到兩個(gè)TPROC功能塊上并將兩個(gè)TPROC功能塊的上下限分別設(shè)為0/50和50/100，然后經(jīng)限幅功能塊輸出到兩個(gè)調(diào)節(jié)閥。這樣做的好處是兩個(gè)調(diào)節(jié)閥定位器的輸入均為4～20mA，而不必分別調(diào)整為4～12mA和12～20mA。 4.3.人機(jī)界面 自動(dòng)配料系統(tǒng)通過Maker完成人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，包括流程顯示、報(bào)警、報(bào)表以及歷史趨勢(shì)等功能。該軟件內(nèi)置圖庫包含上百種圖元。六種填充模式，二十四種過渡色方式，任意設(shè)置顏色，使用戶能夠根據(jù)自己的喜好制作流程畫面。任何圖元均可以作為顯示或操作對(duì)象，類似Excel的報(bào)表設(shè)計(jì)，五類十四種內(nèi)置控件和一百七十余個(gè)通用控件，給編程者以極大的想象空間，使原本枯燥的工程組態(tài)成為一種愉快的享受。 5.改進(jìn) 裝置試車期間，我們發(fā)現(xiàn)進(jìn)混合機(jī)樹脂溫度分程調(diào)節(jié)回路在自動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)品質(zhì)不夠理想。經(jīng)過分析，造成這種現(xiàn)象的原因是換熱器熱傳遞速率慢從而產(chǎn)生較大的滯后所致。考慮到長期運(yùn)行后，換熱器內(nèi)部可能會(huì)因結(jié)垢帶來更大的滯后，單回路調(diào)節(jié)的品質(zhì)勢(shì)必更加差強(qiáng)人意。為此，我們確定了下圖所示的串級(jí)分程調(diào)節(jié)方案：增加進(jìn)水流量作為中間變量，以溫度調(diào)節(jié)為主回路、流量調(diào)節(jié)為副回路。 稱重配料系統(tǒng)IEC提供了一個(gè)非常方便的串級(jí)調(diào)節(jié)功能塊CASPID，該功能塊具備串級(jí)-單回路無擾切換功能，用戶只需將主、副回路的有關(guān)參數(shù)連接正確即可。在線下裝功能使得控制方案的變更不需要裝置停車即可完成。采用串級(jí)調(diào)節(jié)方案后，回路調(diào)節(jié)品質(zhì)明顯提高。下圖為調(diào)節(jié)回路變更后的給定值與測(cè)量值實(shí)時(shí)曲線（15分鐘）。 6.小結(jié) CAS800小型配料的硬件為的模塊化結(jié)構(gòu)，安裝、維護(hù)簡單易行，而輸入功能一方面減少了備件庫存，另一方面使我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)儀表改造換型時(shí)不必另外購買I/O卡件（只需通過CFG軟件進(jìn)行修改并更改接線）。所有I/O模塊均具有光電隔離功能，這對(duì)于存在大量干擾的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)顯得尤為重要。 Tech工業(yè)控制應(yīng)用軟件平臺(tái)為全中文界面，符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，豐富的圖庫可讓用戶制作漂亮的流程畫面和符合中國國情的報(bào)表。其內(nèi)置的OPC功能使我們可以很方便的將稱重配料系統(tǒng)與第三方設(shè)備相連，為上層生產(chǎn)管理的實(shí)現(xiàn)提供了必要條件。 裝置于今年國慶前順利地一次開車成功。經(jīng)過短時(shí)間的優(yōu)化運(yùn)行，目前，裝置已能夠生產(chǎn)400～3000多種不同聚合度與86～99、97不同醇解度的產(chǎn)品。 | |
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