蔣志平 盧林德 方標(biāo)

摘 要：染料由能使被染物獲得鮮明牢固顏色的有機(jī)化合物組成，文章就多站點(diǎn)的MB+網(wǎng)絡(luò)集控裝置在染料化工控制系統(tǒng)中的應(yīng)用展開(kāi)研究，介紹染料產(chǎn)品的分類(lèi)和億得化工的染料生產(chǎn)工藝全自動(dòng)化系統(tǒng)，闡述了億得化工集控智能化系統(tǒng)優(yōu)化與改造，下位機(jī)采用施耐德高端M580系列PLC產(chǎn)品，上位機(jī)更改為以太網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)PLC的無(wú)縫連接，上位機(jī)選擇Cimplicity進(jìn)行控制，使全廠儲(chǔ)罐、染料配方控制計(jì)量站等設(shè)備的控制更加安全、穩(wěn)定、高效。

關(guān)鍵詞：MB+網(wǎng)絡(luò);集控裝置;染料;控制系統(tǒng)

一、 引言

浙江億得化工有限公司廠內(nèi)有幾十個(gè)分散的操作站點(diǎn)，生產(chǎn)染料過(guò)程由采購(gòu)過(guò)來(lái)的化工原料罐區(qū)控制站、染料配方控制計(jì)量站、反應(yīng)釜控制站、連接各反應(yīng)釜的控制站、報(bào)警匯總站構(gòu)成?；ぴ瞎迏^(qū)控制站主要監(jiān)測(cè)和控制儲(chǔ)罐的溫度、壓力、原料的入料量和出料量以及儲(chǔ)罐的閥門(mén)和泵體;染料配方控制計(jì)量站根據(jù)實(shí)際設(shè)定配方的不同，將不同的化學(xué)原材料，按照一定的重量按照不同的給料速度輸送到同一個(gè)反應(yīng)釜中進(jìn)行攪拌混合，染料配方控制計(jì)量站的配方自動(dòng)控制系統(tǒng)由主工作平臺(tái)、下料平臺(tái)、罐裝工作臺(tái)、底部出料平臺(tái)等構(gòu)成;反應(yīng)釜控制站主要控制反應(yīng)釜內(nèi)有物料的溫度、混合溶液的pH值以及反應(yīng)釜內(nèi)壓力和反應(yīng)釜的攪拌轉(zhuǎn)速，報(bào)警匯總站主要是用于監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐和反應(yīng)釜閥門(mén)的工作狀態(tài)，并匯總整個(gè)系統(tǒng)的報(bào)警信息，并對(duì)各反應(yīng)釜、儲(chǔ)罐進(jìn)行連鎖控制。整個(gè)電氣集控系龐大而復(fù)雜，浙江億得化工有限公司生產(chǎn)直接染料、活性染料、硫化染料、分散染料、酸性染料的工藝過(guò)程都需要基于MB+集控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)交換。

二、 染料分類(lèi)及介紹

染料按照應(yīng)用性能分為直接染料、活性染料、硫化染料、分散染料、酸性染料。直接染料不需要助劑就可以直接使棉、麻等物染色，但是固牢度比較差，容易掉色。

活性染料是染料的分子結(jié)構(gòu)中有一個(gè)或若干個(gè)活性基團(tuán)與染物以共價(jià)鍵的結(jié)合的形式發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使紡織品顏色，如浙江億得化工有限公司生產(chǎn)的YD型深色活性染料具有優(yōu)異的勻染性和配伍性，ED-P軋染染料系列適宜染中深色或特深色，中溫型活性染料色譜齊全、性能優(yōu)異，特別適宜染艷亮的淺粉色。

硫化染料能溶解在硫化堿溶液中，不溶于水和有機(jī)溶劑，當(dāng)硫化染料放于硫化堿溶液中，就可以直接使纖維染色，硫化染料生產(chǎn)成本低、價(jià)格低廉、色勞度高，但不適合含蛋白質(zhì)的纖維染色。

分散染料是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在染色過(guò)程中需要分散劑將分散染料以微小的顆粒狀態(tài)存在的是疏水性染料，分散染料幾乎不溶于水，他們懸浮于水溶液中染色，分散染料的品種眾多，按照應(yīng)用性能進(jìn)行分類(lèi)，分散染料可分為低溫型分散染料、中溫型分散染料、高溫型分散染料。低溫型分散染料固色溫度在180～190°，在低溫的時(shí)候固色率高，隨著染色溫度的升高及固色率降低，具有較好的勻染性、移染性;中溫型分散染料分子量大，固色溫度在190～205°，固色率較高，受溫度影響較小，低溫的時(shí)候有較高的固色率，隨著溫度的升高固色率也跟著升高，勻染性、移染性中等;高溫型分散燃料分子量較大，固色溫度在200～220°，低溫的時(shí)候固色率差，隨著溫度的身高固色率升高，勻染性、移染性較差。按照分散燃料分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)可以將分散原料分為蒽醌型分散染料、偶氮型分散染料、非偶氮芳香雜環(huán)分散染料。

酸性染料含磺酸基、羧基等水溶性基因，結(jié)構(gòu)多為蒽醌型酸性染料、偶氮型酸性染料在酸性和弱酸性的介質(zhì)中，可以用于蛋白質(zhì)纖維染色，不能用于纖維素纖維的染色，染色牢度隨著酸性染料品種的不同差別很大。浙江億得化工有限公司生產(chǎn)的YIDEACID中深色系、YIDEACID深色系、YIDELAN1：含金染料系列、YIDEACID YD（艷麗色）系列均屬于酸性染料，具有優(yōu)異的配伍性，良好的上染性，良好的相容性，常用于適用于錦綸、錦綸、超細(xì)纖維、混紡織物的染色。

三、 億得化工的染料生產(chǎn)工藝全自動(dòng)化系統(tǒng)介紹

染料生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜、操作煩瑣、工人強(qiáng)度大，而且生產(chǎn)的原料具有毒性，間歇生產(chǎn)工藝處于非穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)反應(yīng)，釜內(nèi)的物料狀態(tài)、反應(yīng)溫度和壓力都隨著時(shí)間改變，大部分反應(yīng)的終點(diǎn)判斷需要依靠化學(xué)分析或者有下一道工序的完成來(lái)判斷，而不能在反應(yīng)結(jié)束后立即得到結(jié)果，無(wú)法在自控中實(shí)現(xiàn)。間歇生產(chǎn)工藝依靠人工操作控制設(shè)備反應(yīng)釜，操作人員的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和熟練程度，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。全自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)工藝自動(dòng)入料系統(tǒng)是固體物料使用機(jī)械設(shè)備或者是氣體管道自動(dòng)給料，氣體管道自動(dòng)給料模塊由流量計(jì)、自動(dòng)稱(chēng)重模塊、泵體、PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行定量計(jì)量，通過(guò)閥門(mén)對(duì)給料速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)給料系統(tǒng)運(yùn)行精度高、重復(fù)性好、操作方便、運(yùn)行可靠可降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。反應(yīng)釜中的偶合反應(yīng)、氮化反應(yīng)、羧酸化反應(yīng)對(duì)pH值有嚴(yán)格的要求，pH值自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)酸堿用量將pH值控制在允許波動(dòng)的范圍以內(nèi)。壓力控制系統(tǒng)主要是為硝化反應(yīng)、氯化反應(yīng)、磺化反應(yīng)中，氮化反應(yīng)、還原反應(yīng)的反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置壓力安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、超限報(bào)警、應(yīng)急控制。

浙江億得化工有限公司采用全自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)工藝取代傳統(tǒng)間歇式生產(chǎn)工藝，通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)染料生產(chǎn)過(guò)程的全自動(dòng)控制，避免人為因素干擾分散染料的生產(chǎn)過(guò)程導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，從生產(chǎn)源頭上對(duì)染料廢水進(jìn)行適當(dāng)控制，降低染料供給工廠對(duì)周?chē)h(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)清潔綠色生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)染料生產(chǎn)過(guò)程中重氮化反應(yīng)和偶合反應(yīng)的自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，精準(zhǔn)控制分散染料進(jìn)料速度、反應(yīng)釜的生產(chǎn)溫度，提高染料產(chǎn)品的品質(zhì)和生產(chǎn)效率，促進(jìn)企業(yè)的安全高效連續(xù)生產(chǎn)，浙江億得化工有限公司的復(fù)配增效技術(shù)、活性染料增溶加工技術(shù)、綠色染料加工工藝—膜分離技術(shù)、液體活性染料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)在行業(yè)處于領(lǐng)頭羊位置。

四、 億得化工集控智能化系統(tǒng)優(yōu)化與改造

目前浙江億得化工有限公司廠內(nèi)使用的控制系統(tǒng)MB+網(wǎng)雙絞線電纜通訊主要構(gòu)成部件為下位機(jī)為Schneider Modicon Quantum 140系列PLC產(chǎn)品、上位機(jī)為GE公司的Cimplicity5.5（現(xiàn)在主流版本為9.5）、工控機(jī)為Pentium Ⅲ時(shí)代產(chǎn)品，通信速率慢而影響控制信號(hào)，同時(shí)由于廠里機(jī)電設(shè)備較多，通訊控制信號(hào)會(huì)產(chǎn)生較大的延時(shí)，給安全生產(chǎn)帶來(lái)較大的安全隱患。

為了解決這些問(wèn)題，對(duì)浙江億得化工有限公司全廠生產(chǎn)控制系統(tǒng)進(jìn)行一次全面的技術(shù)升級(jí)改造。浙江億得化工有限公司內(nèi)部的工程師對(duì)自動(dòng)控制已經(jīng)有了一定的探索經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該項(xiàng)目所述內(nèi)容較為熟悉，對(duì)行業(yè)領(lǐng)域達(dá)到了較高專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平，在管理上靈活，可調(diào)節(jié)性好，能耗降低，能降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)效益最大化，升級(jí)新系統(tǒng)要提前制訂好方案，提前采購(gòu)相關(guān)硬件設(shè)施，特別是對(duì)主要升級(jí)硬件要詳細(xì)研究其參數(shù)指標(biāo)以及工作方式，確保能與原Quantum 140系統(tǒng)PLC IO模塊兼容，并安排好專(zhuān)人對(duì)設(shè)備的控制做好配套設(shè)備的配置和前期工作的規(guī)劃與布置，經(jīng)過(guò)精心準(zhǔn)備和實(shí)地勘察，現(xiàn)場(chǎng)各方面具備系統(tǒng)升級(jí)改造的條件，在人力、物力、時(shí)間、環(huán)境等方面均已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，可以對(duì)改造方案實(shí)施和應(yīng)用。

項(xiàng)目實(shí)施由浙江億得化工有限公司機(jī)電科對(duì)設(shè)備提出相關(guān)技術(shù)要求，并進(jìn)行有關(guān)方面的協(xié)調(diào)和溝通，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員完成技術(shù)協(xié)議的擬定，并由項(xiàng)目參與人員及廠領(lǐng)導(dǎo)和采購(gòu)部門(mén)對(duì)項(xiàng)目協(xié)議進(jìn)行技術(shù)確認(rèn)，形成統(tǒng)一共識(shí)，最終待設(shè)備到貨后進(jìn)行設(shè)備的后期安裝與調(diào)試，并形成調(diào)試報(bào)告，完成項(xiàng)目。

隨著全球科技的快速發(fā)展，工業(yè)控制產(chǎn)品更新?lián)Q代也更加迅速，產(chǎn)品也更加快速、精準(zhǔn)、高效。在過(guò)去的20年里施耐德產(chǎn)品已由原來(lái)的Quantum、Premium等PLC產(chǎn)品升級(jí)更新為新一代的Modicon這種深度集成以太網(wǎng)的控制器，使控制更加安全、穩(wěn)定、快速、高效。上位機(jī)軟件已由原本的Cimplicity5.5更新至Cimplicity9.5，經(jīng)過(guò)多次技術(shù)優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了多重任務(wù)處理、協(xié)同作業(yè)、分布式體系結(jié)構(gòu)的重大技術(shù)升級(jí)，使與下位機(jī)通訊控制更加穩(wěn)定、快捷，人機(jī)界面更加簡(jiǎn)潔、友好，同時(shí)可實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行信號(hào)和存儲(chǔ)各崗位的控制命令，使出現(xiàn)的問(wèn)題可查可究和進(jìn)行快速處理。

根據(jù)集控系統(tǒng)智能化改造計(jì)劃，新的PLC支持分布式IO控制方式，只需更換原PLC的CPU，其他IO采集模塊以站點(diǎn)形式存在，因此不要更改整體的電氣連接，只需更改局部電氣接入方式，達(dá)到目的同時(shí)，最大限度地減少了人力和物力的使用。同時(shí)采用分步進(jìn)行的方案，穩(wěn)中求進(jìn)，進(jìn)中有序，既不影響生產(chǎn)任務(wù)，同時(shí)能高效完成集控系統(tǒng)智能化改造任務(wù)，可編程控制器（PLC）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，它主要用來(lái)代替繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制，現(xiàn)在PLC的功能強(qiáng)大，質(zhì)量?jī)?yōu)良，品牌很多，特點(diǎn)各異。其中有西門(mén)子、三菱、歐姆龍、施耐德等PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破饔蒀PU、指令及數(shù)據(jù)內(nèi)存、輸入/輸出接口、電源、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換等功能單元組成。早期的可編程邏輯控制器只有邏輯控制的功能，所以被命名為可編程邏輯控制器，后來(lái)隨著不斷地發(fā)展，這些當(dāng)初功能簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)模塊已經(jīng)有了包括邏輯控制、時(shí)序控制、模擬控制、多機(jī)通信等各類(lèi)功能，名稱(chēng)也改為可編程控制器（Programmable Controller），但是由于它的簡(jiǎn)寫(xiě)PC與個(gè)人電腦（Personal Computer）的簡(jiǎn)寫(xiě)相沖突，加上習(xí)慣的原因，人們還是經(jīng)常使用可編程邏輯控制器這一稱(chēng)呼，并仍使用PLC這一縮寫(xiě)?，F(xiàn)在工業(yè)上使用的可編程邏輯控制器已經(jīng)相當(dāng)或接近于一臺(tái)緊湊型電腦的主機(jī)，其在擴(kuò)展性和可靠性方面的優(yōu)勢(shì)使其被廣泛應(yīng)用于目前的各類(lèi)工業(yè)控制領(lǐng)域。不管是在計(jì)算機(jī)直接控制系統(tǒng)還是集中分散式控制系統(tǒng)DCS，或者現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS中，總是有各類(lèi)PLC控制器的大量使用。

PLC的生產(chǎn)廠商很多，如西門(mén)子、施耐德、三菱、臺(tái)達(dá)等，幾乎涉及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的廠商都會(huì)有其PLC產(chǎn)品提供。施耐德PLC主要有Modicon旗下的Quantum、Compact（已停產(chǎn)）、Momentum等系列，編程軟件是Concept;而TE旗下的Premium、Micro系列則使用PL7 Pro。施耐德在整合Modicon和TE品牌的自動(dòng)化產(chǎn)品后，將Unity Pro軟件作為未來(lái)中高端PLC的統(tǒng)一平臺(tái)。支持Quantum、Premium和M340三個(gè)系列。Momentum和Micro作為成熟產(chǎn)品未來(lái)不會(huì)再有多大的改進(jìn)，所以會(huì)繼續(xù)沿用原來(lái)的軟件平臺(tái)。旗下最新生產(chǎn)全新的Modicon M580是業(yè)界第一款真正做到“E網(wǎng)到底”的PAC，被命名為ePAC。Modicon M580是施耐德電氣協(xié)同自動(dòng)化系統(tǒng)——PlantStruxure的核心組成部分。Modicon M580完全基于工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接和通訊，能夠使工廠的設(shè)計(jì)、實(shí)施以及運(yùn)行達(dá)到前所未有的靈活性、透明化和安全性。Modicon M580的發(fā)布引領(lǐng)了下一代PAC技術(shù)的發(fā)展方向，開(kāi)創(chuàng)了自動(dòng)化控制的全新時(shí)代，實(shí)現(xiàn)真正意義的開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)。

GE數(shù)字化集團(tuán)的CIMPLICITY可對(duì)客戶端服務(wù)器進(jìn)行真實(shí)可視化并進(jìn)行控制。CIMPLICITY在GE數(shù)字化集團(tuán)數(shù)十年的研究和開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建，是可供全球大型制造商選擇的HMI和SCADA。對(duì)于所有規(guī)模的應(yīng)用，CIMPLICITY都有助于加快響應(yīng)速度、降低成本并提高盈利能力。

億得化工將最近國(guó)內(nèi)外下位機(jī)PLC、上位機(jī)Cimplicity與工控電腦的技術(shù)進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比，先確定技術(shù)要求，以支持以太網(wǎng)通訊、支持IO分布式控制、多站點(diǎn)、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)連接為技術(shù)要求目標(biāo)，再對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型和確定控制系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)有的電氣化、構(gòu)筑物、空間、檢修條件等客觀因素進(jìn)行合理配置、補(bǔ)充和改造。下位機(jī)采用施耐德高端M580系列PLC產(chǎn)品，M580 ePAC它是全球首款真正將以工業(yè)太網(wǎng)嵌入其核心的ePAC，采用連接分布式I/O設(shè)備結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)架構(gòu)，一段通信故障，可反向通訊，使各站保持實(shí)時(shí)在線，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。上位機(jī)更改為以太網(wǎng)通訊，上位機(jī)選擇Cimplicity進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)PLC的無(wú)縫連接，同時(shí)可實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行信息與存儲(chǔ)各崗位的控制命令，使出現(xiàn)的問(wèn)題可查可究，同時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)也可更好的輔助指導(dǎo)生產(chǎn)，使其更加高效、穩(wěn)定、快捷。

通過(guò)以上內(nèi)容改進(jìn)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)采用當(dāng)前最新的控制技術(shù)保證設(shè)備的控制更加安全、穩(wěn)定、高效。采用環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)保證設(shè)備永不掉線、永不脫離監(jiān)控，中控室操作界面更加穩(wěn)定、簡(jiǎn)單、高效、界面更加豐富友好。實(shí)現(xiàn)“設(shè)備可控、現(xiàn)象可查、原因可究”的目標(biāo)。

五、 結(jié)語(yǔ)

億得化工致力于開(kāi)發(fā)高品質(zhì)環(huán)保節(jié)能型活性染料新品種和染色新工藝來(lái)滿足客戶需求，億得化工MB+網(wǎng)絡(luò)集控裝置使全廠大部分設(shè)備通過(guò)工業(yè)自動(dòng)化PLC系統(tǒng)遠(yuǎn)程遙控管理，并將所有這些設(shè)備按照區(qū)域進(jìn)行分模塊集中控制，形成現(xiàn)場(chǎng)輪流循環(huán)巡視，多個(gè)集中控制基點(diǎn)，一個(gè)總指揮中心聯(lián)合運(yùn)行的區(qū)域自動(dòng)化管理模式，億得化工染料控制系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中更加運(yùn)行可靠、穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

蔣志平，盧林德，方標(biāo)，浙江億得化工有限公司。