信息化在氨纶纤维生产中的应用实践 氨纶纤维
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【摘要】本文叙述了当前信息化技术在氨纶纤维生产中的应用状况。 【关键词】信息化 氨纶生产 应用 实践 【中图分类号】TP2 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08(b)-0184-02
1 引言
从党的十六大召开以来,我国一直坚持“以信息化带动工业化,以工业化促进信息化”的新型工业化发展道路,而随着十七大的召开,“信息化与工业化相融合”已成为当前发展的一种必然趋势。氨纶行业也必将顺应这种发展趋势,积极融入信息工业化发展之中。九十年代我国从日本东洋纺引进氨纶纤维工业化生产技术以来,氨纶纤维生产经历了从工业自动化到工业信息化的发展。氨纶纤维生产从一开始的集中显示,PLC控制到现在远程集散式DCS控制。
2 信息化应用实践
2.1 传感器
氨纶纤维生产由于具有自动化程度高的特点,在其生产装置中使用了大量传感器,主要类型有温度、压力、质量流量和液位传感器,这些传感器均具有高精度、高稳定性和高可靠性的特点,并能直接安装使用和具有远程通讯功能。
温度传感器主要是Pt100温度传感器,Pt100温度传感器属于电阻式温度传感器,测量温度范围为-200℃至+850℃,具有远程通讯功能,可与集散控制系统相结合,实现对氨纶纤维生产过程的温度在线测量和监视,还可以与调节阀、控制系统的功能模块相结合实现温度的精确控制。
压力和液位传感器主要都是使用单晶硅谐振式数字传感器,主要是横河的EJA系列变送器,如氨纶纤维生产过程中用于粘度在线监测使用的EJA118W型隔膜密封式差压变送器,用于TDOS/MGS贮槽液位测量的EJA220A型法兰安装式差压变送器,EJA220A适用于测量含有固体、沉淀性液体的液位和密度。
质量流量传感器主要是用于氨纶纤维生产的物料添加计量控制,主要有Endress+ Hauser质量流量计和罗斯蒙特质量流量计,氨纶纤维生产中应用的这两种质量流量计都是基于科氏力原理来测量的,受介质温度、粘度和密度的影响较小,精确度在实际应用中均小于1.00%,对于其高精度规格质量流量计使用时可达0.5%以下。如扩链剂调和中使用的Endress+Hauser Promass 80E 科氏力质量流量测量系统,其标称测量精度为0.15%,但实际使用中,受各种外界因素的影响,其实际测量精度普遍在0.15%至0.50%之间。
2.2 变频技术
随着国家可持续发展的需要,节约能源已成为国家的重要发展战略,而氨纶生产行业又是耗能行业,因此节能必将是氨纶行业发展所需要重点考虑的问题。变频技术的使用,可有效的降低氨纶纤维生产过程中的能源消耗,提高能源的利用效率,同时还能降低生产成本。
在氨纶纤维生产中使用的变频技术主要是用于电机调速控制的低压变频器,主要有罗克韦尔自动化公司的AB变频器PowerFlex系列、艾默生变频器EV2000系列等。如用于风机控制的艾默生EV2000P系列变频器,用于搅拌器电机转速控制的PowerFlex 700系列变频器。
2.3 集散控制系统
集散控制系统英文简称为DCS,全称为 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM。DCS可以解释为在各个控制回路中尽量将控制所造成的危险分散,而将管理和显示功能集中的一种自动化产品。DCS一般由控制站、操作站、通讯网络和系统软件组成。
由于国内氨纶企业的生产技术大多数都是源自日本的氨纶生产技术,因此DCS系统主要是采用横河(YOKOGAWA)的CENTUM系统。横河最新的CENTUM 3000系统是以Windows XP为平台构筑的系统,可同时支持HART (Highway Addressable Remote Transducer)和基金会现场总线协议,兼容性很强,具有自动信息贮存、报警和自动输出打印报表的功能,且可通过国际互联网实现远程监视和操作。
对于年产3000吨规模的干法纺氨纶纤维生产来讲,其配置的I/O控制点(输入/输出控制点)约在2000点左右,其DCS系统的配置按横河的CENTUM 3000标准可分为硬件和软件配置,其典型系统构成图如下。
系统硬件配置为一个增强型FCS控制站(带远程NODE单元)或者两个标准型FCS控制站(不带远程NODE单元),其FCS控制站均采用双CPU、双电源、双存储和双总线通讯配置;5台或6台(工程师站独立配置)HIS操作站,HIS操作站可选用PC机或者控制台式操作站,推荐使用PC机,以便于控制投资成本和系统升级;总线使用双冗余配置的横河标准Vnet总线用于数据通讯,数据下装采用通用的8芯网线,数据下装接口设备可以使用路由器或者交换机。通讯卡件有CENTUM系统的标准V网通讯VF701卡,用于FCS控制站与HIS操作站间的数据通讯,一台操作站需配一块VF701卡;ER总线通讯卡EB401和EB501,用于近程NODE单元和远程NODE单元间的数据通讯,此总线仅在增强型控制站的扩展机柜中使用,ER总线采用双冗余配置,因此需要两块EB401卡,远程NODE单元自带有EB501卡;ESB总线通讯卡SB301和SB401,用于FCS控制站与近程NODE单元的数据通讯,FCS控制站自带SB301卡,近程NODE单元也自带有SB401卡。控制点卡一般配置为模拟量输入卡件AAI141,AAI141卡件采用4-20mA电流信号输入,拥有16个接入通道,与其配套的为16通道×2的AEA4D模拟端子板,连接电缆为40-40针的KS1信号电缆;模拟量输出卡件AAI543,AAI543卡件采用4-20mA电流信号输出,拥有16个接入通道,与其配套的为16通道×2的AEA4D模拟端子板,连接电缆为40-40针的KS1信号电缆;脉冲输入卡件AAP135,AAP135卡件采用0-10kHz脉冲信号输入,拥有16个接入通道,与其配套的为16通道×2的AEA4D模拟端子板,连接电缆为40-40针的KS1信号电缆;数字量输入ADV161,ADV161卡件拥有64个接入通道,与其配套的为32通道的AEA5D数字端子板,连接电缆为AKB337信号电缆;数字量输出ADV561,ADV561卡件拥有64个接入通道,与其配套的为32通道的AEA5D数字端子板或32通道的ARM55D数字端子板,连接电缆为AKB337信号电缆;RTD输入卡件AAR145,AAR145卡件拥有16个接入通道,与其配套的为32通道MRT端子板,连接电缆为50-50针的KS8信号电缆;对于重要的控制点建议使用双冗余配置,如纺丝甬道温度控制的模拟量输出点,变频输出控制点等。
系统软件配置为一套软件安装媒介和电子指导手册,若干系统ID许可证书,一台HIS操作站需要一套系统ID许可证书。必须配置的软件包有标准操作和监视功能包,一台HIS操作站需要一套标准操作和监视软件包;标准组态功能包,用于系统功能组态、控制回路组态以及子程序顺控表组态等,仅工程师站使用;流程图组态功能包,用于图象的组态、定义流程图的色变条件及指定图面功能键等,仅工程师站使用。推荐配置的软件包有长趋势数据获取功能包,用于保存数据的取用,一个项目一套;控制图状态显示功能包,用于显示控制回路的状态,仅工程师站使用;逻辑图状态显示功能包,用于显示逻辑图的控制状态,仅工程师站使用;OPC功能包,用于跨域或者跨项目的数据共享,仅工程师站使用;报表软件包具有自动获取数据并输出数据的功能,但必须安装EXCEL表格后才能正常使用。
3 应用体会
3.1 明显缩短工程调试时间
由于DCS拥有虚拟测试和目标测试功能(模拟生产运行功能),使得氨纶纤维生产装置的调试可以在DCS的虚拟测试和目标测试下进行试验,从而有效的避免了控制回路的组态出错和接线出错,使得工程调试时间缩短了10天左右,因而减少了投资建设周期,提高了企业的竞争力。
3.2 操作界面形象而直观
由于DCS系统采用了先进的计算机技术,使得DCS系统的人机对话界面可以直接以生产工艺流程图的简化形式来进行DCS流程图组态,并以流程图的声色变化来表现生产的状态,因而使得操作界面相对于以前的逻辑控制更加形象而又直观。
3.3 维护方便而又快捷,保证长期持续运行
凭借DCS系统的在线维护功能、硬件模块化设计以及热插拔技术,在DCS系统不断电的情况下,可以将故障硬件屏蔽和分离,再用备用硬件直接热替换故障硬件,即可排除故障恢复正常,从而使得维护方便快捷。同时,还可以依靠DCS的双冗余配置,实现在线热备份和自动识别工况良好的硬件用于工作并提示需要维修的故障硬件,体现了DCS系统的维护方便性,避免了原来需要停电停产才能维修的状况,从而保证了生产的长期持续运行。
3.4 节约资源,降低成本
由于干纺氨纶纤维生产的溶剂回收采用的是减压蒸馏技术,在整合了真空泵变频和DCS的PID和串级控制后,使得溶剂回收率提高了3%左右,从而有效的减少了溶剂的消耗,减轻了污水处理的负荷,降低了环境污染,进而降低了生产成本。
由于采用DCS集散式控制系统,操作员工的人数由原来的每1000吨生产线配3人缩减为1人,同时减少了员工的认为操作失误。公司年操作失误由原来的16批/次,目前控制在6批/次,直接减少损失30万。
3.5 便于共享和统一管理
由于DCS系统支持OPC协议和具有报表功能,使得DCS的数据可以通过网络实现共享,便于工程师进行远程数据分析。同时,还可以通过OPC协议将DCS系统纳入企业资源管理系统(ERP)中,实现DCS系统数据的资源共享,并通过企业资源管理系统来实现统一管理。
4 结语
由于信息化技术在氨纶纤维生产中的大量应用,特别是DCS的应用,使得氨纶纤维生产更加稳定而又高效,但也还存在一些不足,需要我们加以改进:
①推行标准化现场总线协议,避免选型时出现DCS与现场仪表接口标准不匹配的问题;
②推广数字技术在DCS通讯及现场仪表中的应用,保证数据的准确性,减少数据传输过程中干扰带来的影响;
③推广存贮媒介的双冗余和热插拔技术在DCS中的应用,避免存贮媒介故障时必须停电停产才能维修的问题;
④开发DCS远程组态功能,以利于工程师进行远程技术支持,随时解决问题;
以进一步促进氨纶纤维行业的持续发展。
参考文献
[1] YOKOGAWA,CS1000/CS3000 ENGINEERING.
[2] YOKOGAWA,CS3000安装指导书,2003年11月.
[3] DCS在我国化纤工业中应用情况.邱云华. 中国纺织工业设计院.
