玻纤装置控制系统信息化集成措施探讨Word文件下载.docx

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关键词：

DCS玻璃纤维信息化池窑MES

ADISCUSSIONONINFORMATIONINTEGRATIONSOLUTIONSOFLARGESCALEFIBERGLASSDEVICES

SunYonghua1zhaofeng2HuXunjian1Zhulian1

1．ZhejiangSUPCONCo.,Ltd,Hangzhou,China,310053。

2.ChongqingCPICCo.,Ltd,Chongqing,china,400086>

Abstract：

Basedonthenewrequirementsofcontrolandinformatizationoffiberglassprocesses,thisarticledescribesthedetailedsolutionsoninformationintegration,whichwasappliedtothenewconstructedfiberglassprocessofCHONGQINGPOLYCOMPINTERNATIONALCORPORATION.Theadaptionandcontroleffectofthesolutionsareconcludedinthisarticle,aswell.Thepracticalresultdatademonstratedthissolutioncanwellsatisfytheproductionrequirementsoflargescalefiberglassprocesses.

Keywords：

DCSFiberglassinformatizationTankfurnaceMES

1、概述

玻璃纤维简称玻纤，是一种性能优异的无机复合材料，广泛应用于各个领域。

近年来我国玻纤产业快速发展，年均产能增长率超过20%，单元窑产能超过6万吨/年大型池窑不断涌现，同时企业的并购和扩张步伐也不断加快，随着企业规模的扩大以及各种设备和管理的更新，在玻纤生产上控制系统的要求不再满足于传统的数据采集和控制，而对系统管理统计，数据的集成和挖掘，网络的异构扩展等信息化功能有了更多关注。

本文结合重庆国际复合材料有限公司新建装置探讨一下玻纤装置如何进行控制与信息化集成，并介绍一个可行方案，实际生产中该控制与信息化集成方案可为在企业在成本核算，数据管理和扩展维护等方面更为方便和完善的平台。

2、工程装置及工艺介绍

此次新建玻纤装置位于重庆国际复合材料有限公司的下属分厂，采用典型的单元窑池窑拉丝工艺，年产量7万吨/年，工程包含了前炉池窑，浸润剂车间，拉丝车间，烘干车间，公用工程，短纤车间及包装仓储车间。

池窑方面采用了最新的纯氧燃烧和电加热技术，通路部分也采用纯氧燃烧方案。

工艺主要分为配料，给料，池窑，通路，漏板拉丝，烘干，及后续短切，仓储包装装置等工段，如图1所示。

图1玻纤工艺装置结构图

工艺上配料部分采用独立控制，其主要将叶腊石，硼钙石，硼砂，石英砂等粉料按照工艺生产要求比例配成生产用的复合粉料，并通过气动装置输送至料仓，料仓通过气动和螺旋机构给池窑加料。

池窑部分采用矩形池窑结构，主要分为熔融段，鼓泡段和澄清段，上部两侧采用纯氧与天然气混合喷枪交替排列，窑内为微正压燃烧方式，烟道内设置换热器将余热用于后续的烘干工段。

通路采用H结构布置，燃烧枪分布于过渡通路和作业通路，拉丝车间采用直捻拉丝机和少部分无捻拉丝机，拉丝到烘干部分采用全自动烘干系统。

3、控制与信息化集成方案

玻纤装置具有很多鲜明的特点，第一是生产过程及控制的高稳定，高精确性，这体现在池窑建成到结束寿命内不停窑，漏板拉丝要快、准、稳等；

第二是生产较为柔性化，专业化成套设备和接口较多，操作和维护要求高；

第三是控制信息化需求迫切，拉丝及成品需要大量的数据采集和计算管理工作。

如何将以上这些要求在控制信息化集成设计中很好地解决，是一个很有意义的课题。

目前在玻纤装置中普遍采用DCS、PLC及其他智能控制系统，这些系统基本上独立完成各自生产过程的数据采集和控制，实际上形成了一个个信息的孤岛，数据的互联和处理相对较弱，不利于数据的信息化处理，为实现系统信息化和数据交互，分析各个系统能力及功能，不难发现在数据处理及通信处理能力上，DCS系统具有通信容量大，网络结构层级清晰的优势，在数据统计和查询发布上，DCS则存在较大的不足，而MES功能齐备，为此信息化集成设计可综合各系统特点，以MES为数据操作和发布中心，DCS控制系统为数据采集和控制主干，其他系统分层接入MES或者DCS方式进行组合，其总体结构关系图如图2所示。

图2玻纤装置控制与信息化集成结构关系图

下面结合重庆国际复合材料有限公司新建装置，分别从系统集成配置，网络结构集成，数据处理功能集成三个方面进行具体说明。

3.1、系统集成配置方案

系统集成配置上主要包含MES信息系统，DCS控制系统，PLC控制系统，独立成套控制系统，现场智能设备及检测控制仪表。

MES为全厂的生产管理系统，可采用浙江中控技术股份有限公司的MES系统，包含数据采集层、数据处理层、数据应用层，实时数据库、关系数据库。

具有实时流程查看，成本核算，质量跟踪，实时能效统计，数据趋势分析，库存管理等功能。

MES配置6个普通服务器兼操作终端，1个中心服务器，5个服务终端应用，1套实时和关系型数据库及1套千兆网络系统，在池窑工段，拉丝工段，包装/仓储工段，检测室和短切工段各配置一个数据服务器兼操作终端，网络交换机，中心服务器向各个管理办公室和岗位提供不同功能的终端服务。

具体的配置结构图如图3所示。

图3MES系统配置图

7万吨/年池窑拉丝装置DCS部分配置I/O测点数约为1120点，DP通信数据750点，Modbus通信数据400点，采用浙江中控技术股份有限公司的WebFieldECS-100控制系统，该系统融合各种标准化的软硬件接口，并支持AMS管理，具有趋势和报警数据高密度、高精度采集，允许组态在线下载等功能。

考虑到生产装置稳定可靠和风险分散的要求，将前炉、通路、拉丝和公用工程的控制站分开独立。

在冗余的设计上将重要测点，控制器，过程网络，总线网络，操作站全冗余，硬件设计采用由5个控制站，6个操作站、1个配料站，1个工程师站，5组DP通信网关，2组Modbus通信网关，一套冗余过程控制网络和一套操作网络方案，配置结构如图4所示。

图4玻纤装置DCS配置结构图

PLC及成套智能系统主要包含原料配料加工单元，池窑电加热单元，燃烧安全系统，拉丝机，短切单元，检测单元等。

这些单元较为专业，采用成套设备并附带控制系统的方式，具备独立的控制设计和操控界面，在集成设计时可要求厂家提供标准接口并将其作为独立设备节点分类接入网络，其中原料，池窑，燃烧，拉丝机与生产控制相关单元采用现场总线接入DCS系统，而短切，检测，包装等与生产管理相关的单元采用上位机的OPC接口或者ODBC接口接入MES。

以上的配置考虑了控制系统冗余机制，且做到在线可维护，快速恢复；

网络架构平台兼容性、在线扩展能力及备份扩展容量；

考虑了控制系统快速和复杂的运算能力，复杂多变的HMI要求和各种标准的数据通信接口。

3.2、网络结构集成方案

网络结构集成采用分层网络设计方案，主要分为ERP/办公层，MES生产管理层，DCS/成套设备过程控制层和现场总线控制层共四层网络结构。

其中ERP/办公层属于厂级信息网络，采用企业已有成熟网络，与MES通过数据库进行数据交换。

MES局域网为新建网络，以千兆光纤为主干网，覆盖各个生产装置，通过OPC协议，ODBC，DDE等接口与DCS控制网络，检测网络，短丝生产控制网络，包装数据采集网等进行数据交换。

DCS是现场池窑拉丝生产控制核心，除了监控主要控制单元的数据，DCS过程控制网络还与现场总线控制层通信，即通过4组Profibus-DP接口与拉丝机通信，1组Profibus-DP接口与配料系统和电加热系统通信，1组Modbus网关与燃烧系统通信，此外为增加DCS网络安全性，向上采用1套防火墙与MES连接。

其拓扑图如图5所示。

图5网络结构集成拓扑图

3.3、数据处理功能集成方案

数据处理方案分为MES数据管理和DCS数据处理，MES数据管理主要面向厂区各套生产装置的整体统计管理，由成本核算，质量跟踪系统，实时能效统计，实时数据记录与调度，库存管理系统组成。

这些应用功能主要基于实时数据库和关系数据库实现，通过两个数据库和表格化的操作方式可以实现各种数据的存储、查询、编辑、发布等管理，此外利用MES的数据面广的优势，进行数据的组合分析和挖掘，如将能耗，质量，班次，仓储，原料进行组合查询并生成报表功能，为管理层发现问题和解决问题提供有效的手段。

图6为MES管理界面图，图7为质量跟踪统计表操作界面。

图6MES管理界面图

图7质量跟踪统计表操作界面

DCS数据处理主要面向生产单元，由实时数据库，历史数据库，二次计算软件，报表软件构成，用以实现单窑拉丝生产中的总体实时信息采集，工作状态作统计，记录并计算生产中的运转率，断丝率，不同区段的满筒率等，此外还对生产中各种燃料的消耗进行数据记录和统计，部分拉丝机统计如图8所示。

图8DCS拉丝数据统计界面

4、方案适用性及控制效果

该控制与信息化集成方案在重庆国际复合材料有限公司多套7万吨/年装置，8万吨/年装置进行了成功应用，后建装置可顺利引入先前MES网络，其安全稳定性，系统扩展性，专业功能性，应用可靠性均获得认可。

无论采用空气燃烧还是纯氧燃烧，生产细纱还是粗纱，控制系统均做了预留设置，实际工程中通过调整DCS卡件配置和燃烧控制策略变可以实现不同需求。

此外该方案充分考虑了后续玻纤加工的生产数据管理要求，数据的表格编辑及发布非常便于操作人员管理，大容量的数据库接口方便企业各种生产核算数据的无缝接入。

当然该方案还有一些需要改进的地方，如其与ERP系统的功能衔接不够清晰，质量跟踪的数据采集还不能做到全自动化，MES系统与企业管理流程的配合度还需进一步交流改进，这些不足可在实施中通过与企业管理层沟通交流后改进落实。

DCS控制效果基本达到预期目标，回路自动投运率达到98%，各项控制指标均能达到设定的要求，玻璃液位控制精度在±

0.2mm，通路玻璃液温度控制精度达到±

0.5℃，漏板温度控制精度在±

0.3℃。

拉丝机正常运转率达到了98%以上，漏板温度控制效果如图9所示。

图9现场漏板温度控制效果图

5、总结

该玻纤装置控制与信息化集成方案是总结多年行业应用经验而提出的可行方案，通过多年现场运行证明其安全可靠，各项功能可满足工艺要求；

系统的信息化给企业的管理和维护提供了很好的手段，实际应用过程中，不仅在技术上保证了玻纤装置稳定高质量运行，而且在经济上和管理上可以给企业节省投资和维护成本，提高维护设备的能力。

参考文献：

[1]危良才．中国大陆玻璃纤维生产最新发展动态．黑龙江哈尔滨．纤维复合材料．2008年3月第1期．

[2]倪连成．用池窑拉丝技术推动玻璃纤维工业发展．江苏南京．玻璃纤维．1996年第1期．

[3]周长汶1，温广勇1，刘敏2，程涛1，赵俊1，类维