| 自動配料系統在（PVA）生產中的應用 | 2020-03-09 |
| 1.引言 （PVA）外觀為白色粉末，是一種用途相當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具有的強力粘接性、皮膜柔韌性、平滑性、耐油性、耐溶劑性、保護膠體性、氣體阻絕性、耐磨性以及經特殊處理具有的耐水性，因此除了作纖維原料外，還被大量用于生產涂料、粘合劑、紙品加工劑、乳化劑、分散劑、薄膜等產品，應用范圍遍及紡織、食品、醫藥、建筑、木材加工、造紙、印刷、農業、鋼鐵、高分子化工等行業。 近年來，我國PVA消費一直保持6～10％增長勢頭，市場前景看好。為了增加產品品種，豐富產品結構，提高市場競爭力，我公司于今年新上一套設計能力15000t/a的電石乙炔高堿法PVA生產裝置，主要由聚合、醇解和回收三個工段組成。自動配料系統選用了自公司研發生產的CAS800小型自動配料系統。 2.自動配料系統概述 基于自長期的科技攻關與技術創新實力，自動配料系統并結合其豐富的自動配料集成與工程應用經驗，經過不斷分析總結、開發創新、測試改進與考核*，成功推出小型自動配料。 自動配料系統采用的電子技術、儀表控制技術、現代控制理論，吸取迄今為止的各種自動配料的長處，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時組態工具，實現工業過程的實時監視、記錄、操作、管理及其連續控制、邏輯控制、順序控制的綜合，是一種實現各行業復雜多樣工業自動化構想的新型計算機自動配料系統，特別適合于企業組建自動配料系統和對控制設備的技術改造。 3.自動配料系統配置 3.1.硬件配置 3.1.1.操作站/工程師站 CAS800自動配料系統的操作站和工程師站在硬件和軟件上沒有本質區別，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實現無擾切換，以提高自動配料系統的穩定性和可靠性，保證生產的連續性。 根據我公司PVA生產線的I/O設計數量，生成如下表所示的控制站硬件配置。由于CAS800自動配料具有調理模板可混插各種I/O模塊的特點，這給工程設計帶來了極大的靈活性，用戶可以根據I/O點的重要性合理安排I/O模塊的分布。 3.1.3.自動配料系統結構 除上述軟硬件外，本自動配料系統還配置了不間斷電源(220V/5KVA、30min）和用于打印報表的黑白激光打印機（HPLJ1010）。 4.軟件組態 CAS800自動配料系統的軟件組態主要包括實時數據庫（RDB）、算法編輯（IEC）和人機界面（Maker）三個部分。 4.1.實時數據庫 實時數據庫是整個自動配料系統的核心，所有的控制算法、界面等都是圍繞這個核心進行工作的。RDB的功能主要包括控制模板設置、I/O采集設置和實時數據庫建立。 實時數據庫主要分為物理I/O和邏輯I/O，所謂物理I/O是由自動配料系統經硬件采集而得到的數據，如所有I/O模板與現場設備之間傳送的信息。而邏輯I/O則是自動配料系統經一定運算獲自動生成的數據，如流量累積值。 4.2.算法 IEC是Tech工業控制應用軟件平臺的重要組成部分，用于對控制方案進行編程。IEC提供了功能塊圖、梯形圖、順序功能圖、結構化文本和指令表五種符合IEC61131-3標準的控制語言，并具有多種段，可大大提高工程進度。 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配料之一，該控制回路的應用效果直接影響裝置生產的穩定性和產品的質量。以樹脂流量為主參數，通過比值運算，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系。用FBD控制語言可非常方便地實現該方案。如圖所示： 4.2.2.進混合機樹脂溫度分程調節 稱重配料系統通過樹脂預熱器的調溫作用使進混合機樹脂的溫度保持在一定的范圍內。向樹脂預熱器引入溫水和冷水兩條管線，當樹脂溫度高于給定值時通冷水，當樹脂溫度低于給定值時則通溫水。為此，我們構建了下圖所示的分程調節回路。 在組態中我們將PID功能塊的輸出連接到兩個TPROC功能塊上并將兩個TPROC功能塊的上下限分別設為0/50和50/100，然后經限幅功能塊輸出到兩個調節閥。這樣做的好處是兩個調節閥定位器的輸入均為4～20mA，而不必分別調整為4～12mA和12～20mA。 4.3.人機界面 自動配料系統通過Maker完成人機界面的設計，包括流程顯示、報警、報表以及歷史趨勢等功能。該軟件內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，任意設置顏色，使用戶能夠根據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象，類似Excel的報表設計，五類十四種內置控件和一百七十余個通用控件，給編程者以極大的想象空間，使原本枯燥的工程組態成為一種愉快的享受。 5.改進 裝置試車期間，我們發現進混合機樹脂溫度分程調節回路在自動時調節品質不夠理想。經過分析，造成這種現象的原因是換熱器熱傳遞速率慢從而產生較大的滯后所致。考慮到長期運行后，換熱器內部可能會因結垢帶來更大的滯后，單回路調節的品質勢必更加差強人意。為此，我們確定了下圖所示的串級分程調節方案：增加進水流量作為中間變量，以溫度調節為主回路、流量調節為副回路。 稱重配料系統IEC提供了一個非常方便的串級調節功能塊CASPID，該功能塊具備串級-單回路無擾切換功能，用戶只需將主、副回路的有關參數連接正確即可。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。采用串級調節方案后，回路調節品質明顯提高。下圖為調節回路變更后的給定值與測量值實時曲線（15分鐘）。 6.小結 CAS800小型配料的硬件為的模塊化結構，安裝、維護簡單易行，而輸入功能一方面減少了備件庫存，另一方面使我們在現場儀表改造換型時不必另外購買I/O卡件（只需通過CFG軟件進行修改并更改接線）。所有I/O模塊均具有光電隔離功能，這對于存在大量干擾的工業現場顯得尤為重要。 Tech工業控制應用軟件平臺為全中文界面，符合IEC61131-3標準，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表。其內置的OPC功能使我們可以很方便的將稱重配料系統與第三方設備相連，為上層生產管理的實現提供了必要條件。 裝置于今年國慶前順利地一次開車成功。經過短時間的優化運行，目前，裝置已能夠生產400～3000多種不同聚合度與86～99、97不同醇解度的產品。 | |
