涂布機(jī)新增涂料快速切換系統(tǒng)的原因及其控制研究

蔡 越

（金東紙業(yè)（江蘇）股份有限公司自動(dòng)化課，江蘇 鎮(zhèn)江212000）

0 引言

金東紙業(yè)的涂布機(jī)為芬蘭Mesto生產(chǎn)的世界領(lǐng)先的Offline涂布機(jī)之一。共有4個(gè)涂布頭，每個(gè)涂布頭有1套完整的供料系統(tǒng)。涂料在Color Kitchen制備好后，由前段供料泵經(jīng)過工作站、過濾器打入Working Tank中。在涂布過程中根據(jù)紙種的不同、底涂和面涂的差別，由后段供料泵控制作高位循環(huán)進(jìn)行涂布。每個(gè)紙種操作結(jié)束后要將多余的涂料回收并打循環(huán)清洗，目的是再利用和環(huán)保。在全世界的涂布機(jī)中都存在不同紙種改抄時(shí)的損失。

1 新增快速切換系統(tǒng)的原因

不同紙種的涂料所采用的配方存在一定的差異（尤其面涂涂料），因此在改抄過程中為保證涂料品質(zhì)穩(wěn)定必須將涂料回收后重新送料，這樣帶來2個(gè)方面的問題：（1）改抄一次執(zhí)行回收、排水、重送涂料大約耗時(shí)40～60min，影響生產(chǎn)效率；（2）換紙改抄過程中要用大量的水沖洗，對涂料造成一定的稀釋，可能會(huì)使涂料物性略有變化（如固含降低），影響涂料品質(zhì)。

2 控制方案選擇

2.1 基本控制原理

改抄新紙種前15min由CK操作員切換供應(yīng)新的涂料，新的涂料將管道中老的涂料推入Working Tank中，然后閥門自動(dòng)切換，此時(shí)將向新增2個(gè)Jolly Tank中供料，CK供料泵的功率自動(dòng)控制在100%，Jolly Tank的作用即貯存新的涂料。OMC供料泵處于E1控制狀態(tài)，功率由車速?zèng)Q定，連續(xù)將涂料由Working Tank經(jīng)工作站過濾到涂布頭上涂后再回Working Tank完成高位循環(huán)。在Jolly Tank液位到設(shè)定值后，CK供料泵會(huì)聯(lián)鎖停止供料。此時(shí)Working Tank中的涂料液位將逐漸下降，用Quick Reclaim可加速卸料，下降到設(shè)定值后切換涂料開始，新涂料從Jolly Tank落到 Working Tank中，Working Tank中的老涂料迅速排往Reclaim Tank中貯存，在切換結(jié)束后將通過變頻泵調(diào)速打到底涂中去或是回收回CK循環(huán)利用。

2.2 硬件和軟件結(jié)構(gòu)

涂料快速切換系統(tǒng)如圖1所示。

（1）本系統(tǒng)構(gòu)建在ABB DCS上，處理器為AC450。閥門、液位等控制點(diǎn)較多，4～20mA模擬量輸入4個(gè)，開關(guān)量輸入16個(gè)，開關(guān)量輸出8個(gè)，6個(gè) AIC，16個(gè) AOC，18個(gè) DIC，6個(gè)DOC，8個(gè)VALVECON做閥門控制，4個(gè)PIDCONA做液位控制，2個(gè)DRISTD通過增加新的Station站，用光纖下接TB810、NDBU85與變頻器通訊來控制變頻馬達(dá)。

（2）DCS現(xiàn)場總線架構(gòu)如圖2所示。

圖1 涂料快速切換系統(tǒng)圖（改造后）

圖2 DCS現(xiàn)場總線架構(gòu)

（3）閥門為VALVECON控制。VALVECON功能塊設(shè)計(jì)用來在不同過程中控制雙向閥，它由3部分構(gòu)成：1）1個(gè)PC element（程序元件）和其他 ABB Advant Controller410／450中的程序元件處理方法一樣。2）1段給操作員用的包含描述和命令的功能。過程中的數(shù)據(jù)和參數(shù)顯示在Advant Station500系列的操作員電腦上。鍵盤用于輸入命令和其他一些功能。3）1個(gè)數(shù)據(jù)庫元件。包含組態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，用于操作員站和程序單元。

（4）液位為PIDCONA控制。PIDCONA功能塊是Advant OCS過程控制系統(tǒng)功能塊中的一種，帶有自動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)適應(yīng)的PID控制功能，包括操作界面和事件處理。

3 控制程序流程

（1）到飛接前第16min OMC升高3＃及4＃WT的設(shè)定液位至75%（由65%調(diào)升至75%，目的是讓CK供料泵連續(xù)供料，實(shí)際上直至涂料切換前 WT最高液位75%左右）。（2）飛接前第15min，OMC電話通知CK切換新紙種涂料。（3）CK接通知后，立即關(guān)閉甲涂料貯槽的Discharge，打開乙涂料貯槽的Discharge。切換涂料儲(chǔ)槽完成后CK立即電話通知OMC。（4）飛接前第14min（此時(shí) WT液位會(huì)在75%左右），OMC打開 Quick change，New Coat Come Time開始計(jì)時(shí)（150s）。（5）New Coat Come Time計(jì)時(shí)結(jié)束，進(jìn)Jolly Tank與進(jìn)WT的閥門自動(dòng)切換，CK供料泵以100%的速率向Jolly Tank供料。（6）3＃WT（或4＃WT）液位下降至 WT的第一低位（33%），自動(dòng)切換開始進(jìn)行。（7）若飛接前30s，Working Tank液位未到設(shè)定值33%，手動(dòng)按“Quick Reclaim”強(qiáng)制進(jìn)行卸料（選擇QUICK RECLAIM ON后必須立即退出，防止一直選中處于手動(dòng)狀態(tài)，RECLAIM TIME時(shí)間不受控制，系統(tǒng)不能正常切換），當(dāng)Working Tank液位下降至37%，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行“Quick Change”。（8）切換正常完成后，若 Working Tank仍偏高，繼續(xù)手動(dòng)按“Quick Reclaim”強(qiáng)制卸料，注意觀察Working Tank液位下降，到43%時(shí)，手動(dòng) OFF“Quick Change”信號(hào)。（9）切換正常完成，OMC關(guān)閉“Quick Change”，并恢復(fù) WT設(shè)定液位。（10）OMC關(guān)閉“Quick Change”，至現(xiàn)場清洗Jolly Tank和進(jìn)入Jolly Tank的管線。（11）現(xiàn)場派人至底涂 WT處觀察，OMC設(shè)置Reclaim Tank泵速，打開“R－Tank Discharge”向底涂 WT處打料排水，現(xiàn)場觀察料到后打開進(jìn)WT的閥門關(guān)閉排污閥，則Reclaim Tank供料泵以設(shè)定泵速向底涂WT打料，Reclaim Tank低位后泵會(huì)自動(dòng)停止。（12）Reclaim Tank用空后，OMC關(guān)閉“R－Tank Discharge”。OMC至現(xiàn)場清洗 Reclaim Tank，洗凈后桶槽注水至20%。派人至底涂WT處打開2排污閥，關(guān)閉進(jìn)WT的閥門后打開“R－Tank Discharge”，啟動(dòng)Reclaim Tank泵清洗管路。清洗結(jié)束務(wù)必關(guān)閉“R－Tank Discharge”。

4 結(jié)語

涂料快速切換系統(tǒng)在金東紙業(yè)1＃、2＃涂布機(jī)投入使用1年左右，不停車改抄較斷紙改抄每次可減少一大筆損失，可為其他紙廠提供借鑒。

［1］Advant OCS Functional Units Part6MOTCON VALVECON

［2］Advant OCS Functional Units Part7PIDCONA

［3］Advant OCS Functional Units Part9DRICONS

［4］Advant OCS PC Elements Advant Controller400Series