GE 智能平臺 PPS 在聚氨酯涂料生產(chǎn)線中的應(yīng)用

項目名稱
武漢卓寶科技有限公司1.5萬噸聚氨酯涂料控制系統(tǒng)

應(yīng)用背景
　　聚氨酯涂料屬于一種新材料領(lǐng)域建筑防水材料，技術(shù)含量高,由于其具有環(huán)保，無污染、防水效果好、涂層彈性好、粘結(jié)力強、抗老化等特點，使其在建筑防水領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。項目分為一、二期，長遠(yuǎn)規(guī)劃為10萬噸/年，目前是一期年產(chǎn)15,000噸環(huán)保型聚氨酯涂料生產(chǎn)線，全廠自動化系統(tǒng)采用了GE Fanuc的PPS系統(tǒng)。為國內(nèi)已投入運行的生產(chǎn)線中投資規(guī)模最大，控制最先進的項目。

客戶需求
　　項目工期緊，控制系統(tǒng)立項到完成現(xiàn)場實施只有近4個月的時間?？刂乒に噺?fù)雜，這就要求系統(tǒng)具有簡單、方便的特點。還要具有以下特點：
　　1、穩(wěn)定，要保持連續(xù)生產(chǎn)。
　　2、高開放性和先進性，希望選用具有最領(lǐng)先技術(shù)的產(chǎn)品，同時由于規(guī)劃的需要，要求產(chǎn)品有好的開放性和拓展能力，以便以后進行擴建。
　　3、價格和產(chǎn)品的性能也是用戶關(guān)注的兩點。

解決方案
　　GE Fanuc針對用戶的需求提供了新一代混合控制系統(tǒng)PPS來實施聚氨酯的生產(chǎn)控制。本項目的控制系統(tǒng)由三部分組成，分別為：人機界面、控制器和I/O卡件。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

　　人機界面部分：采用最新的 PPS（Proficy Process System） 軟件，共設(shè)兩臺站，一臺為工程師站（工程師站兼操作員站），另一臺為操作員站兼歷史數(shù)據(jù)站運行History 及iFix軟件。工程師站的主要功能在于實現(xiàn)過程系統(tǒng)控制策略的設(shè)計、開發(fā)和文檔生成以及可視化顯示畫面組態(tài)，工程師站還能夠兼操作員控制臺使用。操作員站兼歷史數(shù)據(jù)站負(fù)責(zé)提供可視化顯示畫面、趨勢圖、PID 面板和系統(tǒng)的報警列表以及歷史趨勢的記錄功能，操作員能夠?qū)^程控制器進行監(jiān)視控制并確認(rèn)報警，操作員站界面選用了代表當(dāng)今最新技術(shù)的HMI軟件iFix。
　　

控制器部分：采用一對冗余的 PAC Rx7i 控制器,通過以太網(wǎng)與上位機連接。GE 公司提供的 PAC Rx7i 控制器是一款領(lǐng)先行業(yè)的高性能控制器，主頻高達(dá)600MB，用戶內(nèi)存可達(dá)64MB，數(shù)據(jù)同步速率可達(dá)2.12G波特率，每一個掃描周期同步2次，主、從控制器可真正做到無擾切換?？刂七壿嫿M態(tài)符合 IEC 61131（LD、FBD、IL和 SFC）要求。采用 VME 背板，并能支持第三方智能模塊。支持高速冗余，備用控制器等待在熱備狀態(tài)、作為主控制器的鏡像。支持100Mbps EGD 以太網(wǎng) I/O協(xié)議，以實現(xiàn)在子系統(tǒng)控制器和系統(tǒng)可視化軟件中通訊。
　

I/O 卡件部分：采用GE公司性價比高的VersaMax IO模塊。VersaMax IO具有導(dǎo)軌式安裝，維護方便、支持熱插拔　、可自動配置（不需要硬件組態(tài)就能被系統(tǒng)自動識別）等特點。采用這種解決方案既滿足了用戶對連續(xù)運行穩(wěn)定、可靠的要求，又滿足了用戶節(jié)約投資成本的意愿。卡件種類包括 15 通道通用型 AI卡件， 12通道 AO 卡件，32通道 DI 卡件以及 32 通道 DO 卡件。

控制工藝
　　生產(chǎn)過程包括了原料儲罐、原料計量、原料配比、反應(yīng)釜加熱升溫、反應(yīng)釜真空、反應(yīng)釜降溫、出料計量等控制。需要控制的對象包括儲罐、原料計量槽，泵槽連鎖、反應(yīng)釜溫度壓力控制及連鎖以及變頻控制等，在整個過程中，溫度、壓力及原料配比控制尤為關(guān)鍵?？刂品桨干婕暗阶詣?、手動、配方管理、微控、滯后、連鎖等控制手段。其中，典型的工藝方案摘要如下：
　　1)甲組分生產(chǎn)工藝

　　將聚醚、蓖麻油　、二甲苯按配方量投入反應(yīng)釜，攪拌升溫，真空脫水至含水<0.15%后降溫，投入異氰酸及阻聚劑，聚合反應(yīng)后降溫，真空脫泡，出料包裝入庫。
　　2) 乙組分生產(chǎn)工藝
　　將煤焦油、含水多元醇廢液、氯油、填充料投入反應(yīng)釜中，升溫攪拌，經(jīng)真空脫水后，冷卻降溫，投入不含水多元胺及各類助劑，攪拌均勻后，出料包裝入庫。
整個控制系統(tǒng)具有：
1)方便美觀的操作員站界面。系統(tǒng)工藝圖例如下：

圖例1：真空系統(tǒng)圖

圖例2：原料儲罐系統(tǒng)圖

2）集中的歷史數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)記錄過程實時數(shù)據(jù)和報警事件信息。
3）系統(tǒng)采用冗余的高性能控制器，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
4）易擴展性和開放性。系統(tǒng)可以根據(jù)需要增加控制器和操作站，并且不影響原系統(tǒng)的運行。同時，系統(tǒng)具有很好的開放性，可方便的與第三方設(shè)備通信，支持Modbus、Profibus DP、OPC等通信接口。

實施結(jié)果
　　采用PPS方便了系統(tǒng)控制策略的生成，采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫變量名，簡化了系統(tǒng)開發(fā)和維護的時間。高性能的控制器提升了運行效率，提供的解決方案最大程度的保護了用戶的投資。同時，由于PPS 系統(tǒng)良好的拓展性，確保了用戶能夠順利實施二期項目。隨著用戶對 PPS 系統(tǒng)的不斷熟悉，可以預(yù)期，PPS 系統(tǒng)更多的優(yōu)點將不斷被用戶應(yīng)用于生產(chǎn)過程中，給用戶帶來更大的利益，同時也為 GE Fanuc 帶來更高的聲譽。

作者：劉繼軍、王清山、梁銘力