DCS系統在長絲生產上的應用

摘 要：介紹了一套適用于化纖長絲生產線的DCS控制系統，該系統通過總線方式將生產線上相關的控制點集中到中央控制室進行集中監控，實現了生產工藝、設備控制、現場管理集中在一個控制系統完成，分級管理的目的。
關鍵詞：DCS控制系統 總線 化纖
1 前言
一般的化纖長絲生產線主要包括：聚合裝置熔體輸送系統（直接紡）或干燥螺桿擠壓熔融系統（間接紡）、紡絲系統、牽伸及卷繞系統幾大部分。在整個生產線上，有大量的工藝參數需要控制。如紡絲過程的溫度、壓力、流速和轉速；牽伸卷繞過程中的溫度、轉速和紡絲張力等。我們開發的DCS（DigitalControl System）系統就是針對紡絲生產流程，將整個生產線的工藝經過分級控制，最后達到集中監控的效果。
2 系統
該系統采用工業以太網和數據總線技術，進行系統集成，使得系統的可靠性、先進性、開放性、易維護性及可擴展性大大提高。整個自動化控制過程嚴格按照長絲熔體紡的工藝流程進行，并有多級報警記錄，完成不同的過程控制，實現了管控一體化，優化和提高了系統控制的性能和效率。
DCS系統主要用于長絲熔體紡全流程工藝參數的設定、修改和現場監控及生產數據統計。
3 系統結構
由主監控系統、通訊服務器系統、網絡集中接線控制系統、熔體輸送管路部分的溫度壓力測試反饋及報警顯示系統、紡絲部分的溫度壓力控制及報警顯示系統、牽伸部分的速度及溫度控制系統、卷繞部分的控制系統等七部分組成。總系統如圖1所示。

4 系統功能
4．1 主監控系統
系統上層主監控系統采用2臺SIEMENS工控機作為監控站，系統由位于主控室的1套WINCC6．0計算機操作員站和1套WINCC 6．0工程師站組成。操作員站和工程師站安裝Windows 2000操作系統作為WINCC 6．0運行平臺。監控系統通過工業以太網與康海NC602通訊服務器通信，實現實時監控（如圖2所示）。

4．1．1 工程師站
通過工程師站完成網絡組態，建立過程數據庫，建立流程圖畫面，編制各種報表，設計控制程序等功能；功能框圖如圖3所示。

4.1.2 操作員站
工藝管理人員通過操作員站完成對連續和非連續生產過程進行監視和控制，信號報警和報警打印，趨勢打印和顯示，Et志和報表打印，流程圖畫面顯示，系統狀態顯示等功能。功能圖如圖4。

該監控系統由系統主畫面和若干子畫面組成，全面直觀反映長絲熔體紡生產的全部過程。畫面之間的切換用鼠標簡單的擊點工藝畫面鍵或功能指示
鍵即可，操作十分簡便。部分監控畫面及主要功能如下：
卷繞速度變化曲線如圖5所示。

歷史紀錄歸檔如圖6所示。

紡絲部分參數設置畫面如圖7所示。

卷繞部分參數設置畫面如圖8所示。

卷繞部分實時參數顯示畫面如圖9所示。

4．1．3 系統的妥全策略
本系統的安全策略，利用Windows 2000和WINCC 6．0提供的雙重安全功能。Windows 2000在企業網絡系統層面負責管理操作人員或系統管理員登錄，而WINCC6．0通過設置不同的安全級別在應用層面對用戶的操作權限進行控制，從而保證系統和正常操作，防止越權操作。為保證系統的安全可靠運行，監控系統提供操作員和工程師2種權限，以保證系統的安全機制。
4．2 系統下層的控制系統
系統下層控制系統的控制器由英國歐陸公司的溫度壓力調節器以及動力單元日本安川的變頻器組成。康海NC602串口通訊服務器與現場818型歐陸表、現場安川T7V型變頻器、各字測溫測壓傳感器之間通過數據總線隔離放大器后連接，由此共同完成長絲熔體紡的過程控制及現場參數的測量和控制任務。
4．2．1 熔體輸送管路部分的熔體的溫度壓力監測該系統對熔體輸送管路部分的監控點主要有幾個部分：增壓泵前的溫度、壓力顯示，增壓泵后的溫度、壓力控制及顯示；熱交換器前的溫度、壓力顯示，熱交換器后的溫度、壓力控制及顯示；熱媒溫度的控制及顯示；管路部分的控制監測點如圖10所示。

該系統管路輸送部分的溫度、壓力控制采用英國EUROTHERM 公司的818型儀表。此儀表既可用于溫度控制也可以用于壓力控制，主要技術指標：單回路控制儀表；支持自整定，自適應功能；過程輸入為4～20 mA，0～10 VDC；測量精度為0．25％；支持數字通訊；支持程序給定及閥門控制功能。
該系統利用此表完成各測溫測壓點傳感器的數據采集和控制功能，利用它的數字通訊功能，選用Modbus RTU協議，通過數據總線經過隔離放大器與通訊服務器NC602相連進行數據交換。
4．2．2 紡絲部分的控制系統
該系統主要有以下幾部分，如圖11所示。

4．2．3 牽伸部分
該系統的牽伸部分的控制主要由冷輥（導盤）控制系統和熱輥控制系統2部分組成。導盤的控制采用日本安川T7V系列變頻器，采用單紡位，單輥獨立變頻驅動。為了實現與通訊服務器的數據交換，此變頻也專門配置了通訊模塊，通訊方式也采用（MODBUS）串行通訊方式。
熱輥的控制系統由熱輥供應商提供。接入DCS系統，雙方只需確認通訊方式、協議和接口。
4．2．4 卷繞部分的控制系統
卷繞部分的卷繞機是由PLC實現整機單位獨立控制的。每個位的數據來源于PLC，選用Modb—US協議，然后經過信號隔離器與工控機進行時實通訊。
卷繞控制部分通訊系統，如圖12所示。

5 總結
該系統已穩定運行半年多，目前產品的合格率達99％以上，其中優等品占95％以上．運行結果表明DCS控制系統的監測控制充分滿足化纖控制系統中高精度的同步控制要求，對化纖生產廠的安全運行、優化管理等方面起到了至關重要的作用。把熔體輸送、紡絲部分、牽伸部分、卷繞部分的監控系統集中在工程師站和操作員站，這樣具有管理集中、開放性、成本低等特點。它可將來自不同公司的不同類型產品無縫地組合成一體，并以一體化的網絡平臺技術為基礎，實現了安全、透明、經濟的需要。