I/ASeries DCS系统在化纤中试线浸渍工艺控制上应用
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摘要：本文介绍了FOXBORO公司I/aseries控制系统的整体设计方案、硬件配置结构和软件设计方法及系统的特点。
关键词：浸渍；PID控制；硬件组成；控制原理；软件设计
中图分类号：TP27文献标识码：A
1.控制系统硬件组成及其系统特性
I/A series系统硬件包括应用处理机AP、操作站处理机WP、应用操作站处理机AW 通讯处理机COMP 、控制处理机CP 、现场总线组件FBM 。我厂采用的I/A Series小系统，采用应用操作站AW取代系统的AP 、WP、 COMMP 。应用操作站处理机AW具有AP和WP双重功能。应用操作站处理机AW具有应用处理机和操作站处理机的双重功能，即可作为一个应用处理机承担网络上的服务器功能,同时又可作为一个人机接口.它在中小型系统中充当主站的角色,而在大型系统中作为关键处理机. AW执行与显示、生产控制、用户应用程序、诊断和组态等有关的应用功能.并具有开发和执行需要扩展的数据处理和文件服务能力的应用功能.
CPU采用FCP270，FCP270采用具有存储程序功能的基于AMD ElanSC 520芯片组（运行100MHZ以上），每秒能执行10000个功能块，可组态多达4000个控制模块，并支持100Mbps控制网络。控制处理FCP是一个可选的容错站，和与它相连的现场总线组件FBM（Field Bus Module）一起可按组态好的控制方案对过程进行控制。它可实现连续控制、梯形逻辑控制和顺序控制等功能。完成数据采集、检测、报警和传送信息的功能。
现场总线上连CP，下接现场总线组件（FBM），FBM是现场传感器/执行器与控制处理机的接口。FBM对现场设备使用的电气输入/输出信号进行适当的转换使得通过现场总线能与这些装置通讯。现场总线组件FBM，分为模拟和数字二种信号类型，对模拟信号输入，可组态其分辨率，所有现场信号与控制电子线路隔离，对模拟量的输入输出信号采用变压器耦合，与光电双重隔离，且每路A/D 、D/A转换独立，保证故障对系统的影响最小。可用现场总线组件对现场变送器供电，省去了外接配电器的麻烦。
现场总线是一种单主站共用线串行数据总线，遵循EIA标准RS-485。使用同步通讯规范，现场总线完全防止了一位，二位和寄数位的出错，提供了高度的安全性。所有与现场总线组件之间的通讯是通过一个冗余的现场总线完成的，所有现场总线的数据交换由主站启动，相连的现场总线组件都是从站。现场总线按使用的CP不同，分为CP40 和 CP60 两种。我厂选用的是CP60。 CP60采用通讯规程符合IEEE802.3结构形式,总线结构信号传送方式为带冲突检测的多路送取争用总线数据。传输速率为10M/S。通讯传送介质为同轴电缆184m,光缆2km，总距离最大为 20k。现场组件可与控制处理机CP或运行I/A Series综合控制软件的个人计算机相连接。各种FBM与工厂中通常遇到的各种现场信号相匹配。而且，由于这些组件是由软件组态的，所以它们的品种要比以前的系统少得多。
2、软件实现
I/A series系统软硬件到位安装好后，要做的工作就是把控制方案组态到机器里。我们使用的是CIO组态器。了解 COMPOUNDBLOCK基本概念和一些重要的模块参数。下位机组态，选择：SYS---CHANGE_ENV---PROC_ENG_ENV---CONFIG---CONTROL_CFG进入CIO_CONFIG,余下的主要工作就是参数的连接和逻辑编程。
上位机组态 ：采用FOXDRAW软件可进行流程图的建立与组态，它的随意放大缩小功能可以让流程图更为精确。I/A series系统具有先进的系统框架，包括完整的基础框架，报警、事件管理子系统，便于组态的报表系统，扩展的历史数据库采集以及多种类型的系统标准趋势等。报警及趋势由其集成软件AIM*Historian组态。过程报警记录CP运行过程由控制组态方案定义的报警，典型的有超量程报警，如模拟量的绝对值报警和偏差报警，或数字量模块的状态报警等，无论是否组态报警设备，报警信息都会显示在模块面板图上以及模块详细显示画面上。通过对历史组态器的组态，我们定义那些过程数据需要采集、记录，采集来到的数据要做哪些处理，以及对处理后的数据如何归档保存等问题。
一次浸渍调配设备主要包括，送粕与喂粕，一浸桶。在一浸桶液位控制中，其中液位控制模块与两个速度控制模块，形成一个串级控制回路，平稳地控制着浆粕的投入量。浆粕浸渍碱比例计算模块又有效地控制住浸渍碱的加入，从而使一浸桶液位趋于平衡。
我厂一期喂粕机整体分为送粕与喂粕，喂粕的作用是为一浸桶连续提供一定重量的浆粕。送粕与喂粕为两台变频拖动。送粕、喂粕各有测链条断装置，测过转矩装置，为了精确测量喂粕转速，送粕与喂粕现场各装一增量传感器，整台喂粕机装有称重装置。一浸桶采用下搅拌方式，电机拖动为160KW，采用软起动方式。一浸桶的主要作用是浸渍与搅拌。浸渍就是将浆粕浸与碱液中，使之发生碱化作用，使不溶于水且不能直接与CS2作用的纤维素变成为可与CS2作用生成可溶于水的纤维素黄酸酯的碱纤维素。搅拌作用主要是是桶中混合物充分反应。
以送粕、喂粕，一浸桶、浆粥桶为一个工作流程，一浸桶是整个控制的关键点。一浸桶喂粕重量加入公式为：（喂粕机速度*60）*（喂粕机上重量/258）=单位时间浆粕重量。密度计算公式为：单位时间浆粕重量/单位时间浆粕重量+单位时间碱加入量
整个流程采用顺控方式,其中用5个PID作为分级与串级控制。第一个串级控制：在一浸桶中有一密度计,检测一浸桶中浆粥密度(干浆粕重量所占浆粥重量的百分比)通过检测密度大小（根据工艺要求）通过组态做一个系数，作为一浸碱加入量的W值(流量)，根据实际X(流量)输出Y做为阀门开度用来控制碱的加入量。
第二个串级控制：设定一浸桶液位W(%)根据实际液位X(%)调整Y(转速)做为喂粕机、送粕机设定速度W。喂粕、送粕Y(4-20MA)做为变频器给定速度，变频器反馈作为喂粕机、送粕机实际转速X。再一期工程中外方采用增量传感器的方式作为X，在此次设计中考虑变频器反馈能够满足送粕、喂粕精度，而且能够减少成本，于是采用了变频反馈控制方式，应用后效过良好。
整个工序开车分手动自动两种，当刚开车时为手动开车控制喂粕速度，控制碱的加入量，当一浸桶中液位达到设定液位后，几个电机与PID设为自动。
在生产过程中，送粕与喂粕电机依据PID调整电机转速，（喂入量）送粕、喂粕测链条断装置为2个NAMUR接近开关，当链条断时隔离卡接收不到设定的脉冲数目，卡输出继电器动作NAMUR信号通过隔离卡转换为干点进入dcs，喂粕自动停车并显示MIN。为了保护机械设备在减速箱旁装过转矩开关，开关点直接串入电器控制回路。当现场出现问题时，转矩开关动作并直接停掉驱动单元。为了保护一浸桶的机械密封，现场装有一台密封水流量计。密封水流量信号直接引入DCS，设备运转流量低于设定值停止一浸搅拌。为了更好的保护设备，一浸桶液位参与了一浸桶驱动控制，当一浸桶液位低于设定液位时停止一浸桶搅拌。在一浸桶电气控制中，应用了西门子3RW22软启动器作为160KW电机的驱动单元。为了延长软起的使用寿命与软起在下一次启动前能够很快冷却下来，采用了并联接触器的控制方式，当3RW22启动正常后，3RW22运行信号开始接通旁路接触器，进而保护了软起。
参考文献
[1]I/ASeries系统及应用[Z].