一．概況
乳膠漆的生產(chǎn)工藝從其1953年面世以來，經(jīng)過了50年的發(fā)展，今天它已經(jīng)成為全球流行的墻面涂料。丙烯酸酯乳液的特點有：涂膜光亮、柔韌，具有優(yōu)異的黏結(jié)性、耐水性、耐堿性和耐候性等性能。其應用范圍主要是外墻涂料和內(nèi)墻高檔裝飾涂料，這些特點讓丙烯酸乳膠漆成為建筑涂料的主流。UW500 集散控制系統(tǒng)（DCS）目前在工業(yè)乳液行業(yè)已取得了廣泛應用，DCS 對提高企業(yè)全廠自動控制、提高生產(chǎn)安全性及作業(yè)效率都有著重要作用。本文以山東的一個乳液項目為參考，就目前的生產(chǎn)控制方式進行闡述，希望能夠與行業(yè)里的專家進行交流。同時期望能對同行有所參考，共同提高化工行業(yè)的自動化生產(chǎn)水平。
二．丙烯酸乳液生產(chǎn)工藝
1.單體調(diào)配階段：由罐區(qū)按比例進料，調(diào)制單體。
難點：此過程配料的種類繁多，比例靈活多變，要求較高的定量調(diào)節(jié)精度，且對現(xiàn)場及控制室操作人員要求較高。
2.反應階段：調(diào)制好的單體和預先調(diào)配的引發(fā)劑同時勻速滴加進反應釜，并通過蒸汽及冷卻水調(diào)節(jié)反應釜溫度。
難點：由于物料及工藝特殊性，部分勻速滴加物料管道并沒有流量計，需要對稱重進行數(shù)據(jù)的處理轉(zhuǎn)換成流量；
3.成品調(diào)配階段：反應釜物料進入調(diào)配釜，勻速滴加氧化劑還原劑等添加劑，經(jīng)過冷卻控溫，得到成品乳液。
難點：氧化劑、還原劑的流量轉(zhuǎn)換及比值控制。
現(xiàn)場反應釜
工藝流程圖
三．丙烯酸乳液生產(chǎn)工藝難點分析
重點及難點有三個方面：
1.反應釜的控溫：反應釜溫控精度靈敏度要求很高，溫度過低會導致反應無法發(fā)生，造成“僵釜”現(xiàn)象，影響生產(chǎn)效率，溫度過高反應生成物中會含有較多雜質(zhì)，并且漲勢太快壓不住溫又會導致“飛溫”，容易發(fā)生事故?？煞磻艧帷⑽锪系谋葻?、加熱功率、保溫層保溫效果、釜體本身的散熱、環(huán)境溫度和不同物質(zhì)的吸、放熱的特性等不同因素都會對反應釜溫度產(chǎn)生不同的影響。各種因素之間相互耦合、影響，控制特性比較復雜，且溫度變化滯后。反應釜溫度又隨著反應的發(fā)生呈現(xiàn)時變性，所以很難確定精確的數(shù)學模型。
2.現(xiàn)場及中控人員配合減少誤操作：現(xiàn)場端配有就地操作觸摸屏，負責具體的操作，中控室負責全局的把控和分工段操作的監(jiān)控，這要求控制設備具有靈活的人機交互功能及強大的擴展通訊功能。
3.稱重轉(zhuǎn)流量后的比值滴加調(diào)節(jié)：稱重轉(zhuǎn)流量具有較大的滯后性，對現(xiàn)場儀表及閥門精度要求較高，且要求DCS控制設備，保證實現(xiàn)復雜的控制策略，且運行和操作的自動化程度高。
四.解決方案
1.對于反應釜的溫控，通過過往優(yōu)穩(wěn)工程的控溫經(jīng)驗及現(xiàn)場的實際情況，聚合釜溫度采用模糊控制加PID控制即采用FUZZY-PID雙?？刂品桨?，當溫度誤差在某個標定值以外時，采用模糊控制，以獲得良好的瞬態(tài)性能；當溫度誤差在標定值以內(nèi)的范圍時，則采用PID控制，以獲得良好的穩(wěn)態(tài)性能。這種FUZZY-PID復合控制方式比單純的模糊控制具有更高的穩(wěn)態(tài)精度，更大程度上保證了反應的溫度條件，獲得了明顯優(yōu)于PID控制的良好效果。
2.對于現(xiàn)場的分工配合，優(yōu)穩(wěn)DCS利用其靈活的人機交互功能及強大的擴展通訊功能，與現(xiàn)場幾十臺觸摸屏通過Modbus通訊，實現(xiàn)了現(xiàn)場端負責具體的操作，中控室負責全局的把控和分工段操作的監(jiān)控，通過優(yōu)穩(wěn)DCS強大功能使現(xiàn)場權(quán)限明確，分工仔細，減少了人為失誤，確保了平穩(wěn)高效的生產(chǎn)。
網(wǎng)絡拓撲圖
3.對于稱重轉(zhuǎn)流量后的比值滴加調(diào)節(jié)，經(jīng)過優(yōu)穩(wěn)工程團隊的多次試驗，必須處理現(xiàn)場稱重的實時擾動及轉(zhuǎn)換后流量調(diào)節(jié)的滯后問題，于是采用雙層濾波，定量、定速、定時相結(jié)合的“切分”控制策略，很好的解決了這類純滯后的復雜控制問題，保證業(yè)主生產(chǎn)需要的同時，節(jié)省了前期投資的成本。
稱重轉(zhuǎn)換算法（部分）
五．配置說明
1.系統(tǒng)配置：
- 本工程配置4個控制站，4臺操作員站（可兼作工程師站）。
- 各工段還配置了Modbus模塊與觸摸屏實現(xiàn)通訊。觸摸屏用于就地顯示數(shù)據(jù)和就地操作；
- 配置冗余光纖交換機，將各現(xiàn)場控制站的數(shù)據(jù)通訊到中央控制室，中央控制室配置兩臺監(jiān)控站，實現(xiàn)全廠信息的集中監(jiān)控。其中一臺監(jiān)控站和打印機相連，實現(xiàn)日常的生產(chǎn)控制、監(jiān)測、報警及報表輸出等操作，另外還配置了大屏顯示系統(tǒng)；
2.產(chǎn)品特點：
- 全冗余設計方式：電源模件、控制模件、I/O模件、控制網(wǎng)絡、系統(tǒng)網(wǎng)絡均支持硬件雙重化（三重化）冗余，零切換時間，保證控制的連續(xù)性；
- 高可靠I/O模塊：點點隔離、點點互隔、點點配電、在線點點更換，可滿足核電、緊急停車等高可靠性高安全性領域要求；
- 部件智能設計：模件、模塊均配置微處理器或多處理器，少類型多功能，軟件選擇信號類型，減少備品備件，在線校正，自動補償；
- 低功耗設計：無需強制散熱，適應惡劣的工業(yè)環(huán)境；
- 運行安全設計：實時數(shù)據(jù)庫掉電保持，冗余校驗，快速恢復，保證系統(tǒng)信息安全；
- 開放式模塊化結(jié)構(gòu)設計：取消機籠、底板、端子板等，雙面安裝，節(jié)省轉(zhuǎn)接電纜與機柜；
- 分布式全局實時數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)規(guī)模10萬點，高效壓縮算法，數(shù)據(jù)全局直接引用；
- IEC61131-3標準，F(xiàn)BD、LD、SFC、ST、IL多種語言混合編程環(huán)境，在線編程、模擬調(diào)試；
- 實時數(shù)據(jù)質(zhì)量戳功能，保證實時數(shù)據(jù)的可靠性與可信度；
- C/S或B/S模式，Web訪問，PC機、iPAD、iPhone、Android等智能終端可直接瀏覽；
六.小結(jié)
該工程自從用UW500集散控制系統(tǒng)投運以來，運行平穩(wěn)，效果顯著，操作平穩(wěn)率，產(chǎn)品質(zhì)量等都大大提高；特別是工人勞動強度，原料消耗等都有大幅度降低，同時也確保了裝置的平安全運行。直接提高了企業(yè)的市場競爭能力，為企業(yè)帶來了十分明顯的經(jīng)濟效益。
