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1、1玻纤装置控制与信息化集成方案探讨孙永华 1 赵峰 2 胡迅建 1 朱练 1 （1.浙江中控技术有限公司，浙江，杭州 310053；2.重庆国际复合材料有限公司，重庆 400086）摘 要：本文针对玻纤装置控制及信息化设计新需求，结合重庆国际新建玻纤装置项目情况，详细叙述了玻璃纤维生产装置的控制与信息化集成方案 ,并对方案适用性和控制效果做了总结，现场应用结果表明该集成方案可较好地满足目前玻 纤生产要求。关键词：DCS 玻璃纤维 信息化 池窑 MESA DISCUSSION ON INFORMATION INTEGRATION SOLUTIONS OF LARGE SCALE FIBER GL
2、ASS DEVICESSun Yonghua1 zhaofeng2 Hu Xunjian1 Zhulian 1 （1Zhejiang SUPCON Co.,Ltd,Hangzhou,China,310053;2. Chongqing CPIC Co.,Ltd, Chongqing,china, 400086)Abstract：Based on the new requirements of control and informatization of fiber glass processes, this article describes the detailed solutions on
3、information integration, which was applied to the new constructed fiber glass process of CHONGQING POLYCOMP INTERNATIONAL CORPORATION. The adaption and control effect of the solutions are concluded in this article, as well. The practical result data demonstrated this solution can well satisfy the pr
4、oduction requirements of large scale fiber glass processes.Keywords：DCS Fiber glass informatization Tank furnace MES1、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2统计，数据的集成和挖掘，网络的异构扩展等信息
5、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、项目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，项目包含了前炉池窑，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
6、。配料 给料池窑 通路漏板拉丝浸润剂烘干短切包装仓储图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
7、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3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
8、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。池窑拉丝D C S包装 / 仓储系统调度系统M E S系统短丝成套自控系统检测系统原料 P L C拉丝机成套设备电加热自控系统池窑燃烧安全系统干燥系统空分装置自控系统图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.
9、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
10、不同功能的终端服务。具体的配置结构图如图3所示。41 0 0 0 M 光纤图3 MES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WebField ECS-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
11、，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。防火墙F C S 0 11 #控制柜F C S 0 22 #控制柜F C S 0 33 #控制柜F C S 0 44 #控制柜F C S 0 55 #控制柜F C S 0 66 #控制柜给料仪表柜燃烧安全连锁柜温度变送柜. . .1 组 D P 网关M o d b u s网关4 组 D P 网关M E SS c n e t - I I现场仪表漏板控制1 # 柜漏板控制n # 柜通路燃烧控制柜烘干现场控制柜池窑电加热控制柜硬接线原料配制控制柜 1原料配制控制柜 2P L C /
12、 智能设备拉丝机 1拉丝机 n. . .配料站操作站 1 操作站 2 操作站 3 操作站 4 操作站 5 操作站 6工程师站 /数据服务站O s n e tS c n e t - I I操作站7 #控制柜冗余光缆操作站F C S 0 7冷冻机组控制箱M o d b u s网关水处理控制柜光缆图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
13、，拉丝机与生产控制相关单元采用现场总5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
14、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。D C S控制柜M E S 局域网D C S 冗余控制网现场总线原料配制控制柜拉丝机电加热控制柜P L C /
15、 智能设备数据打印服务器质量跟踪服务器数据趋势及报表记录检测服务器防火墙D C S 数据服务器D C S 操作站防火墙分析仪表检测室局域网检测操作终端E R P / 办公局域网O P C接口O D B C接口数据库查询接口M E S 数据服务器P r o f i b u s - D P燃烧安全联锁柜M o d b u s燃烧安全联锁柜短丝数据服务器短丝成套自控设备数据现场总线包装 / 仓储数据服务器O P C接口防火墙仓储成套自控设备 1O P C / D D E接口防火墙包装称重设备 n控制网图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，
16、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，6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6 MES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。7图 8 DCS 拉丝数据统计界面4、方案适用性及控制效果该控制
