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(diǎn)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(yīng)用范圍主要是外墻涂料和內(nèi)墻高檔裝飾涂料，這些特點(diǎn)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(yīng)用，DCS 對提高企業(yè)全廠自動(dòng)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(gè)乳液項(xiàng)目為參考，就目前的生產(chǎn)控制方式進(jìn)行闡述，希望能夠與行業(yè)里的專家進(jìn)行交流。同時(shí)期望能對同行有所參考，共同提高化工行業(yè)的自動(dòng)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(jìn)料，調(diào)制單體。
難點(diǎn)：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(yīng)階段：調(diào)制好的單體和預(yù)先調(diào)配的引發(fā)劑同時(shí)勻速滴加進(jìn)反應(yīng)釜，并通過蒸汽及冷卻水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜溫度。
難點(diǎn)：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(jì)，需要對稱重進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理轉(zhuǎn)換成流量；
3.成品調(diào)配階段：反應(yīng)釜物料進(jìn)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(diǎn)：氧化劑、還原劑的流量轉(zhuǎn)換及比值控制。
現(xiàn)場反應(yīng)釜
工藝流程圖
三．丙烯酸乳液生產(chǎn)工藝難點(diǎn)分析
重點(diǎn)及難點(diǎn)有三個(gè)方面：
1.反應(yīng)釜的控溫：反應(yīng)釜溫控精度靈敏度要求很高，溫度過低會導(dǎo)致反應(yīng)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(yīng)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(dǎo)致“飛溫”，容易發(fā)生事故。可反應(yīng)放熱、物料的比熱、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(yīng)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(fù)雜，且溫度變化滯后。反應(yīng)釜溫度又隨著反應(yīng)的發(fā)生呈現(xiàn)時(shí)變性，所以很難確定精確的數(shù)學(xué)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(fù)責(zé)具體的操作，中控室負(fù)責(zé)全局的把控和分工段操作的監(jiān)控，這要求控制設(shè)備具有靈活的人機(jī)交互功能及強(qiáng)大的擴(kuò)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(shè)備，保證實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制策略，且運(yùn)行和操作的自動(dòng)化程度高。
四.解決方案
1.對于反應(yīng)釜的溫控，通過過往優(yōu)穩(wěn)工程的控溫經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場的實(shí)際情況，聚合釜溫度采用模糊控制加PID控制即采用FUZZY-PID雙?？刂品桨福?dāng)溫度誤差在某個(gè)標(biāo)定值以外時(shí)，采用模糊控制，以獲得良好的瞬態(tài)性能；當(dāng)溫度誤差在標(biāo)定值以內(nèi)的范圍時(shí)，則采用PID控制，以獲得良好的穩(wěn)態(tài)性能。這種FUZZY-PID復(fù)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(yīng)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(jī)交互功能及強(qiáng)大的擴(kuò)展通訊功能，與現(xiàn)場幾十臺觸摸屏通過Modbus通訊，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場端負(fù)責(zé)具體的操作，中控室負(fù)責(zé)全局的把控和分工段操作的監(jiān)控，通過優(yōu)穩(wěn)DCS強(qiáng)大功能使現(xiàn)場權(quán)限明確，分工仔細(xì)，減少了人為失誤，確保了平穩(wěn)高效的生產(chǎn)。
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
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(tuán)隊(duì)的多次試驗(yàn)，必須處理現(xiàn)場稱重的實(shí)時(shí)擾動(dòng)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(shí)相結(jié)合的“切分”控制策略，很好的解決了這類純滯后的復(fù)雜控制問題，保證業(yè)主生產(chǎn)需要的同時(shí)，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(gè)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(shí)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(jī)，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(shí)現(xiàn)全廠信息的集中監(jiān)控。其中一臺監(jiān)控站和打印機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)日常的生產(chǎn)控制、監(jiān)測、報(bào)警及報(bào)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(diǎn)：
- 全冗余設(shè)計(jì)方式：電源模件、控制模件、I/O模件、控制網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)均支持硬件雙重化（三重化）冗余，零切換時(shí)間，保證控制的連續(xù)性；
- 高可靠I/O模塊：點(diǎn)點(diǎn)隔離、點(diǎn)點(diǎn)互隔、點(diǎn)點(diǎn)配電、在線點(diǎn)點(diǎn)更換，可滿足核電、緊急停車等高可靠性高安全性領(lǐng)域要求；
- 部件智能設(shè)計(jì)：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(dòng)補(bǔ)償；
- 低功耗設(shè)計(jì)：無需強(qiáng)制散熱，適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境；
- 運(yùn)行安全設(shè)計(jì)：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫掉電保持，冗余校驗(yàn)，快速恢復(fù)，保證系統(tǒng)信息安全；
- 開放式模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：取消機(jī)籠、底板、端子板等，雙面安裝，節(jié)省轉(zhuǎn)接電纜與機(jī)柜；
- 分布式全局實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)規(guī)模10萬點(diǎn)，高效壓縮算法，數(shù)據(jù)全局直接引用；
- IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量戳功能，保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠性與可信度；
- C/S或B/S模式，Web訪問，PC機(jī)、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(yùn)以來，運(yùn)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(dòng)強(qiáng)度，原料消耗等都有大幅度降低，同時(shí)也確保了裝置的平安全運(yùn)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(jì)效益。
