CN102393694B - 短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统 - Google Patents
短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统，通过改进和优化现有的自动控制系统，采用冗余过程控制软件搭建冗余过程控制系统建立起短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统，包括按顺序的控制单元：碱纤维进料控制单元、真空度控制单元、CS2进料控制单元、黄化反应控制单元、溶解碱进料控制单元、粘胶出料控制单元以及黄化机冲洗控制单元；该控制系统能够精确控制各物料加入量，保证最后黄化后粘胶的质量，减轻人工劳动，节约成本，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种DCS自动化控制系统，更具体地说，本发明涉及一种短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统。属于人造纤维领域。
背景技术
粘胶制备是整个粘胶纤维生产过程中最重要、最关键的工序之一，它是将固体的浆粕经过浸渍生成碱纤维素，然后经过压榨、粉碎和老成工序输送到黄化机中与CS2反应生成纤维素黄酸脂，再将纤维素黄酸酯溶解于碱液中得到液态的粘胶，粘胶通过过滤、脱泡工序消除其中的杂质和气泡，并通过熟成工艺，调整粘胶的粘度和熟成度，最终生产出符合后序工艺性能要求的原液粘胶。
自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的，指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。
自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。 自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。
黄化控制系统的主要作用是将定量的碱纤维与定量的CS2反应，生成易溶解的纤维素黄酸脂，以制备出质量合格的粘胶。在系统中需要控制的量有碱纤维素的质量、CS2的加入量和溶解碱液的加入量。针对CS2的易爆性和反应要求，现有的控制系统很难对其进行精确的监控，保证过程的安全可靠。
现有技术中虽然有对短纤维粘胶原液生产的整个工艺流程的自动控制系统，但是针对性不强，依然要进行复杂的调试和人为操作，特别是对黄化过程中的控制，现有技术不能保证其精度要求，无法精确控制各进料量和工艺参数。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中短纤维粘胶原液生产的整个工艺流程的自动控制的问题，提供一种短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统，保证黄化工艺参数的精度，减小故障和事故发生，最大程度地减少人为操作，方便对整个工艺的实时监控。
为了实现上述发明目的，本发明的具体技术方案为：
短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统，包括黄化机，其特征在于：还包括用于接收并分析信号的上位机操作站，所述的上位机操作站采用冗余过程控制软件搭建冗余过程控制系统建立起短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统，所述的短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统辅以多操作站的网络结构、消息报警记录和过程历史曲线，保证整个控制过程实时、有效、可追溯；
本发明所述的短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统采用顺序控制方式，包括以下顺序的控制单元：
A、碱纤维进料控制单元：在碱纤维进料皮带上设置有称量传感器和PID控制器，用于控制皮带的启停；
按照工艺设定的重量向黄化机输送碱纤维，当碱纤维加入量达到设定值后，系统自动停止碱纤维加入，调整各控制阀的状态，便于下一工序的操作。
B、真空度控制单元：包括用于对黄化机进行抽真空的抽真空机；所述的黄化机上设置有真空度传感器以及PID控制器，用于控制抽真空机的开关阀门；
由于CS2易爆，因此需要的真空度很高，尽量排除黄化机中的氧气；
所述的真空度控制单元还包括：在黄化机上设置压力传感器以及PID控制器，真空度达到800-900mbar时，控制氮气加入阀来控制氮气加入量，使真空度为650-800mbar；
C、CS2进料控制单元：包括CS2进料管；所述的CS2进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制CS2加入量；
在此过程中，按照加入的碱纤维中甲纤维重量的28-35%加入CS2。
D、黄化反应控制单元：包括黄化机夹套和搅拌器；在黄化机夹套上设置有温度传感器和PID控制器，用于控制夹套水的加入量，控制黄化机的机体温度；在搅拌器上设置有变频器和变频器运行频率PID控制器，用于控制搅拌转速为700-850转/分钟，保证CS2能与碱纤维充分接触，加快反应速度和提高均匀度；
E、溶解碱进料控制单元：包括溶解碱进料管；所述的溶解碱进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制溶解碱的加入量以及控制溶解碱分两次加入；
在黄化终点，需要及时加入溶解碱液溶解已生成的纤维素黄酸脂，为了达到较好的溶解效果，需要分批加入溶解碱；在一道溶解碱加入后，溶解5-20分钟，再加入二道溶解碱；
F、粘胶出料控制单元：包括粘胶出料管，所述的粘胶出料管设置有流量PID控制器和流量控制阀；
G、黄化机冲洗控制单元：包括冲洗碱进料管；所述的冲洗碱进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制冲洗碱加入量；
出料完毕后，黄化机加入冲洗碱，清洁黄化机，为下一批黄化做准备，清洗黄化机的冲洗碱也进入溶解桶。
加入黄化机的溶解碱和冲洗碱液总量是和加入的碱纤维重量成比例的，以保证形成的粘胶组成，所述的比例为：1吨碱纤维素加碱为2-2.5m3。
本发明所述的上位机操作站采用西门子S7-400H CPU为控制核心。
本发明所述的冗余过程控制软件为PCS7软件。
本发明到来的有益技术效果：
1、本发明的自动控制系统采用西门子S7-400H CPU为控制核心，使用PCS7软件搭建冗余过程控制系统建立起浸渍碱调配自动控制系统，所述的系统辅以多操作站的网络结构、消息报警记录和过程历史曲线，保证整个控制过程实时、有效、可追溯；
2、搭建冗余过程控制系统，节约了通讯时间，保证了数据交换完整同时也减少了通讯量，保证在出现故障的时候也不会影响整个控制系统的运行；
3、本发明的黄化控制系统采用顺序控制方式，将黄化自动控制系统分成按顺序进行的若干控制单元，减轻了人的劳动，节约时间，提高了效率，降低了生产成本；
4、对碱纤维的进料量进行控制，当碱纤加入量达到设定值后，系统自动停止碱纤维加入，调整各控制阀的状态，便于下一工序的操作，不会因为碱纤维的进料，影响后续工序的进行，也便于掌控碱纤维的加入量，保证最终产品的质量，得到合格的粘胶；
5、在抽真空后，加入了氮气调节装置，可以加入氮气来调节黄化机内的真空度，避免了以前真空度不精确的情况发生，保证真空度能达到一定高度，这样使用易爆的CS2时更加安全，避免安全事故的发生；
6、要得到质量合格的粘胶产品，必须保证碱纤维与CS2的重量比以及溶解碱和冲洗碱的总量与碱纤维的重量比，本发明在这些介质进料的时候就设置了流量控制器，确保比例符合工艺要求，得到质量合格的粘胶产品；
7、本发明在溶解碱进料管上设置有流量控制器，可以将溶解碱分成两批输送到黄化机中，能够更好、更充分地溶解已生成的纤维素黄酸脂，得到粘胶；
8、本发明通过调整黄化搅拌转速，避免粘胶的抱团，保证CS2能与碱纤维充分接触，加快反应速度和提高均匀度。
具体实施方式
实施例1
短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统，包括黄化机，其特征在于：还包括用于接收并分析信号的上位机操作站，所述的上位机操作站采用冗余过程控制软件搭建冗余过程控制系统建立起短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统；所述的短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统采用顺序控制方式，包括以下顺序的控制单元：
A、碱纤维进料控制单元：在碱纤维进料皮带上设置有称量传感器和PID控制器，用于控制皮带的启停；
B、真空度控制单元：包括用于对黄化机进行抽真空的抽真空机；所述的黄化机上设置有真空度传感器以及PID控制器，用于控制抽真空机的开关阀门；
C、CS2进料控制单元：包括CS2进料管；所述的CS2进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制CS2加入量；
D、黄化反应控制单元：包括黄化机夹套和搅拌器；在黄化机夹套上设置有温度传感器和PID控制器，用于控制夹套水的加入量，控制黄化机的机体温度；在搅拌器上设置有变频器和变频器运行频率PID控制器，用于控制搅拌转速为700转/分钟，保证CS2能与碱纤维充分接触，加快反应速度和提高均匀度；
E、溶解碱进料控制单元：包括溶解碱进料管；所述的溶解碱进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制溶解碱的加入量以及控制溶解碱分两次加入；
F、粘胶出料控制单元：包括粘胶出料管，所述的粘胶出料管设置有流量PID控制器和流量控制阀；
G、黄化机冲洗控制单元：包括冲洗碱进料管；所述的冲洗碱进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制冲洗碱加入量。
所述的上位机操作站采用西门子S7-400H CPU为控制核心。
所述的冗余过程控制软件为PCS7软件。
所述的短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统辅以多操作站的网络结构、消息报警记录和过程历史曲线。
在B中所述的真空度控制单元还包括：在黄化机上设置压力传感器以及PID控制器，真空度达到800mbar时，控制氮气加入阀来控制氮气加入量，使真空度为650mbar。
在C中所述的CS2加入量为碱纤维中甲纤维重量的28%。
在E中所述的溶解碱分两次加入具体为：在一道溶解碱加入后，溶解5分钟，再加入二道溶解碱。
所述的加入的溶解碱和冲洗碱液总量是和加入的碱纤维重量成比例的，其比例为1吨碱纤维素加碱为2m3。
最后得到的黄化粘胶产品的指标为：甲纤维含量重量百分比：8-9.5%，含硫量重量百分比：1.5-3%，含碱量重量百分比：5-6%。
实施例2
短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统，包括黄化机，其特征在于：还包括用于接收并分析信号的上位机操作站，所述的上位机操作站采用冗余过程控制软件搭建冗余过程控制系统建立起短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统；所述的短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统采用顺序控制方式，包括以下顺序的控制单元：
A、碱纤维进料控制单元：在碱纤维进料皮带上设置有称量传感器和PID控制器，用于控制皮带的启停；
B、真空度控制单元：包括用于对黄化机进行抽真空的抽真空机；所述的黄化机上设置有真空度传感器以及PID控制器，用于控制抽真空机的开关阀门；
C、CS2进料控制单元：包括CS2进料管；所述的CS2进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制CS2加入量；
D、黄化反应控制单元：包括黄化机夹套和搅拌器；在黄化机夹套上设置有温度传感器和PID控制器，用于控制夹套水的加入量，控制黄化机的机体温度；在搅拌器上设置有变频器和变频器运行频率PID控制器，用于控制搅拌转速为850转/分钟，保证CS2能与碱纤维充分接触，加快反应速度和提高均匀度；
E、溶解碱进料控制单元：包括溶解碱进料管；所述的溶解碱进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制溶解碱的加入量以及控制溶解碱分两次加入；
F、粘胶出料控制单元：包括粘胶出料管，所述的粘胶出料管设置有流量PID控制器和流量控制阀；
G、黄化机冲洗控制单元：包括冲洗碱进料管；所述的冲洗碱进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制冲洗碱加入量。
所述的上位机操作站采用西门子S7-400H CPU为控制核心。
所述的冗余过程控制软件为PCS7软件。
所述的短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统辅以多操作站的网络结构、消息报警记录和过程历史曲线。
在B中所述的真空度控制单元还包括：在黄化机上设置压力传感器以及PID控制器，真空度达到900mbar时，控制氮气加入阀来控制氮气加入量，使真空度为800mbar。
在C中所述的CS2加入量为碱纤维中甲纤维重量的35%。
在E中所述的溶解碱分两次加入具体为：在一道溶解碱加入后，溶解20分钟，再加入二道溶解碱。
所述的加入的溶解碱和冲洗碱液总量是和加入的碱纤维重量成比例的，其比例为1吨碱纤维素加碱为2.5m3。
最后得到的黄化粘胶产品的指标为：甲纤维含量重量百分比：8-9.5%，含硫量重量百分比：1.5-3%，含碱量重量百分比：5-6%。
实施例3
短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统，包括黄化机，其特征在于：还包括用于接收并分析信号的上位机操作站，所述的上位机操作站采用冗余过程控制软件搭建冗余过程控制系统建立起短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统；所述的短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统采用顺序控制方式，包括以下顺序的控制单元：
A、碱纤维进料控制单元：在碱纤维进料皮带上设置有称量传感器和PID控制器，用于控制皮带的启停；
B、真空度控制单元：包括用于对黄化机进行抽真空的抽真空机；所述的黄化机上设置有真空度传感器以及PID控制器，用于控制抽真空机的开关阀门；
C、CS2进料控制单元：包括CS2进料管；所述的CS2进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制CS2加入量；
D、黄化反应控制单元：包括黄化机夹套和搅拌器；在黄化机夹套上设置有温度传感器和PID控制器，用于控制夹套水的加入量，控制黄化机的机体温度；在搅拌器上设置有变频器和变频器运行频率PID控制器，用于控制搅拌转速为775转/分钟，保证CS2能与碱纤维充分接触，加快反应速度和提高均匀度；
E、溶解碱进料控制单元：包括溶解碱进料管；所述的溶解碱进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制溶解碱的加入量以及控制溶解碱分两次加入；
F、粘胶出料控制单元：包括粘胶出料管，所述的粘胶出料管设置有流量PID控制器和流量控制阀；
G、黄化机冲洗控制单元：包括冲洗碱进料管；所述的冲洗碱进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制冲洗碱加入量。
所述的上位机操作站采用西门子S7-400H CPU为控制核心。
所述的冗余过程控制软件为PCS7软件。
所述的短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统辅以多操作站的网络结构、消息报警记录和过程历史曲线。
在B中所述的真空度控制单元还包括：在黄化机上设置压力传感器以及PID控制器，真空度达到850mbar时，控制氮气加入阀来控制氮气加入量，使真空度为725mbar。
在C中所述的CS2加入量为碱纤维中甲纤维重量的31.5%。
在E中所述的溶解碱分两次加入具体为：在一道溶解碱加入后，溶解12.5分钟，再加入二道溶解碱。
所述的加入的溶解碱和冲洗碱液总量是和加入的碱纤维重量成比例的，其比例为1吨碱纤维素加碱为2.25m3。
最后得到的黄化粘胶产品的指标为：甲纤维含量重量百分比：8-9.5%，含硫量重量百分比：1.5-3%，含碱量重量百分比：5-6%。
实施例4
短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统，包括黄化机，其特征在于：还包括用于接收并分析信号的上位机操作站，所述的上位机操作站采用冗余过程控制软件搭建冗余过程控制系统建立起短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统；所述的短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统采用顺序控制方式，包括以下顺序的控制单元：
A、碱纤维进料控制单元：在碱纤维进料皮带上设置有称量传感器和PID控制器，用于控制皮带的启停；
B、真空度控制单元：包括用于对黄化机进行抽真空的抽真空机；所述的黄化机上设置有真空度传感器以及PID控制器，用于控制抽真空机的开关阀门；
C、CS2进料控制单元：包括CS2进料管；所述的CS2进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制CS2加入量；
D、黄化反应控制单元：包括黄化机夹套和搅拌器；在黄化机夹套上设置有温度传感器和PID控制器，用于控制夹套水的加入量，控制黄化机的机体温度；在搅拌器上设置有变频器和变频器运行频率PID控制器，用于控制搅拌转速为715转/分钟，保证CS2能与碱纤维充分接触，加快反应速度和提高均匀度；
E、溶解碱进料控制单元：包括溶解碱进料管；所述的溶解碱进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制溶解碱的加入量以及控制溶解碱分两次加入；
F、粘胶出料控制单元：包括粘胶出料管，所述的粘胶出料管设置有流量PID控制器和流量控制阀；
G、黄化机冲洗控制单元：包括冲洗碱进料管；所述的冲洗碱进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制冲洗碱加入量。
所述的上位机操作站采用西门子S7-400H CPU为控制核心。
所述的冗余过程控制软件为PCS7软件。
所述的短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统辅以多操作站的网络结构、消息报警记录和过程历史曲线。
在B中所述的真空度控制单元还包括：在黄化机上设置压力传感器以及PID控制器，真空度达到865mbar时，控制氮气加入阀来控制氮气加入量，使真空度为750mbar。
在C中所述的CS2加入量为碱纤维中甲纤维重量的33.5%。
在E中所述的溶解碱分两次加入具体为：在一道溶解碱加入后，溶解10分钟，再加入二道溶解碱。
所述的加入的溶解碱和冲洗碱液总量是和加入的碱纤维重量成比例的，其比例为1吨碱纤维素加碱为2.45m3。
最后得到的黄化粘胶产品的指标为：甲纤维含量重量百分比：8-9.5%，含硫量重量百分比：1.5-3%，含碱量重量百分比：5-6%。
Claims (1)
1.短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统，包括黄化机，其特征在于：还包括用于接收并分析信号的采用西门子S7-400H CPU为控制核心的上位机操作站，所述的上位机操作站采用PCS7冗余过程控制软件搭建冗余过程控制系统建立起短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统；所述的短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统辅以多操作站的网络结构、消息报警记录和过程历史曲线；所述的短纤维原液粘胶生产中的黄化自动控制系统采用顺序控制方式，包括以下顺序的控制单元：
A、碱纤维进料控制单元：在碱纤维进料皮带上设置有称量传感器和PID控制器，用于控制皮带的启停；
B、真空度控制单元：包括用于对黄化机进行抽真空的抽真空机；所述的黄化机上设置有真空度传感器以及PID控制器，用于控制抽真空机的开关阀门；还包括在黄化机上设置压力传感器以及PID控制器，真空度达到800-900mbar时，控制氮气加入阀来控制氮气加入量，使真空度为650-800mbar；
C、CS2进料控制单元：包括CS2进料管；所述的CS2进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制CS2加入量；所述的CS2加入量为碱纤维中甲纤维重量的28-35%；
D、黄化反应控制单元：包括黄化机夹套和搅拌器；在黄化机夹套上设置有温度传感器和PID控制器，用于控制夹套水的加入量，控制黄化机的机体温度；在搅拌器上设置有变频器和变频器运行频率PID控制器，用于控制搅拌转速；所述的搅拌转速为700-850转/分钟；
E、溶解碱进料控制单元：包括溶解碱进料管；所述的溶解碱进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制溶解碱的加入量以及控制溶解碱分两次加入；所述的溶解碱分两次加入具体为：在一道溶解碱加入后，溶解5-20分钟，再加入二道溶解碱；
F、粘胶出料控制单元：包括粘胶出料管，所述的粘胶出料管设置有流量PID控制器和流量控制阀；
G、黄化机冲洗控制单元：包括冲洗碱进料管；所述的冲洗碱进料管设置有流量PID控制器和流量控制阀用于控制冲洗碱加入量；所述的加入的溶解碱和冲洗碱液总量是和加入的碱纤维重量成比例的，其比例为1吨碱纤维素加碱为2-2.5m3。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |