多站点的MB+网络集控装置在染料化工控制系统中的应用

蒋志平 卢林德 方标

摘 要：染料由能使被染物获得鲜明牢固颜色的有机化合物组成，文章就多站点的MB+网络集控装置在染料化工控制系统中的应用展开研究，介绍染料产品的分类和亿得化工的染料生产工艺全自动化系统，阐述了亿得化工集控智能化系统优化与改造，下位机采用施耐德高端M580系列PLC产品，上位机更改为以太网通讯，实现与下位机PLC的无缝连接，上位机选择Cimplicity进行控制，使全厂储罐、染料配方控制计量站等设备的控制更加安全、稳定、高效。

关键词：MB+网络;集控装置;染料;控制系统

一、 引言

浙江亿得化工有限公司厂内有几十个分散的操作站点，生产染料过程由采购过来的化工原料罐区控制站、染料配方控制计量站、反应釜控制站、连接各反应釜的控制站、报警汇总站构成。化工原料罐区控制站主要监测和控制储罐的温度、压力、原料的入料量和出料量以及储罐的阀门和泵体;染料配方控制计量站根据实际设定配方的不同，将不同的化学原材料，按照一定的重量按照不同的给料速度输送到同一个反应釜中进行搅拌混合，染料配方控制计量站的配方自动控制系统由主工作平台、下料平台、罐装工作台、底部出料平台等构成;反应釜控制站主要控制反应釜内有物料的温度、混合溶液的pH值以及反应釜内压力和反应釜的搅拌转速，报警汇总站主要是用于监测储罐和反应釜阀门的工作状态，并汇总整个系统的报警信息，并对各反应釜、储罐进行连锁控制。整个电气集控系庞大而复杂，浙江亿得化工有限公司生产直接染料、活性染料、硫化染料、分散染料、酸性染料的工艺过程都需要基于MB+集控系统进行数据通信和数据交换。

二、 染料分类及介绍

染料按照应用性能分为直接染料、活性染料、硫化染料、分散染料、酸性染料。直接染料不需要助剂就可以直接使棉、麻等物染色，但是固牢度比较差，容易掉色。

活性染料是染料的分子结构中有一个或若干个活性基团与染物以共价键的结合的形式发生化学反应，从而使纺织品颜色，如浙江亿得化工有限公司生产的YD型深色活性染料具有优异的匀染性和配伍性，ED-P轧染染料系列适宜染中深色或特深色，中温型活性染料色谱齐全、性能优异，特别适宜染艳亮的浅粉色。

硫化染料能溶解在硫化碱溶液中，不溶于水和有机溶剂，当硫化染料放于硫化碱溶液中，就可以直接使纤维染色，硫化染料生产成本低、价格低廉、色劳度高，但不适合含蛋白质的纤维染色。

分散染料是一种结构简单，在染色过程中需要分散剂将分散染料以微小的颗粒状态存在的是疏水性染料，分散染料几乎不溶于水，他们悬浮于水溶液中染色，分散染料的品种众多，按照应用性能进行分类，分散染料可分为低温型分散染料、中温型分散染料、高温型分散染料。低温型分散染料固色温度在180～190°，在低温的时候固色率高，随着染色温度的升高及固色率降低，具有较好的匀染性、移染性;中温型分散染料分子量大，固色温度在190～205°，固色率较高，受温度影响较小，低温的时候有较高的固色率，随着温度的升高固色率也跟着升高，匀染性、移染性中等;高温型分散燃料分子量较大，固色温度在200～220°，低温的时候固色率差，随着温度的身高固色率升高，匀染性、移染性较差。按照分散燃料分子的化学结构可以将分散原料分为蒽醌型分散染料、偶氮型分散染料、非偶氮芳香杂环分散染料。

酸性染料含磺酸基、羧基等水溶性基因，结构多为蒽醌型酸性染料、偶氮型酸性染料在酸性和弱酸性的介质中，可以用于蛋白质纤维染色，不能用于纤维素纤维的染色，染色牢度随着酸性染料品种的不同差别很大。浙江亿得化工有限公司生产的YIDEACID中深色系、YIDEACID深色系、YIDELAN1：含金染料系列、YIDEACID YD（艳丽色）系列均属于酸性染料，具有优异的配伍性，良好的上染性，良好的相容性，常用于适用于锦纶、锦纶、超细纤维、混纺织物的染色。

三、 亿得化工的染料生产工艺全自动化系统介绍

染料生产工艺流程复杂、操作烦琐、工人强度大，而且生产的原料具有毒性，间歇生产工艺处于非稳态生产反应，釜内的物料状态、反应温度和压力都随着时间改变，大部分反应的终点判断需要依靠化学分析或者有下一道工序的完成来判断，而不能在反应结束后立即得到结果，无法在自控中实现。间歇生产工艺依靠人工操作控制设备反应釜，操作人员的生产经验和熟练程度，决定着产品的质量稳定性。全自动化连续生产工艺自动入料系统是固体物料使用机械设备或者是气体管道自动给料，气体管道自动给料模块由流量计、自动称重模块、泵体、PLC控制系统进行定量计量，通过阀门对给料速度进行自动调节，自动给料系统运行精度高、重复性好、操作方便、运行可靠可降低工人劳动强度。反应釜中的偶合反应、氮化反应、羧酸化反应对pH值有严格的要求，pH值自动控制系统通过酸碱用量将pH值控制在允许波动的范围以内。压力控制系统主要是为硝化反应、氯化反应、磺化反应中，氮化反应、还原反应的反应釜内设置压力安全监控系统，实现压力的自动监测、超限报警、应急控制。

浙江亿得化工有限公司采用全自动化连续生产工艺取代传统间歇式生产工艺，通过应用先进设备，实现染料生产过程的全自动控制，避免人为因素干扰分散染料的生产过程导致的产品质量问题，从生产源头上对染料废水进行适当控制，降低染料供给工厂对周围环境的污染，实现清洁绿色生产。实现染料生产过程中重氮化反应和偶合反应的自动连续进行，精准控制分散染料进料速度、反应釜的生产温度，提高染料产品的品质和生产效率，促进企业的安全高效连续生产，浙江亿得化工有限公司的复配增效技术、活性染料增溶加工技术、绿色染料加工工艺—膜分离技术、液体活性染料的分子结构设计技术在行业处于领头羊位置。

四、 亿得化工集控智能化系统优化与改造

目前浙江亿得化工有限公司廠内使用的控制系统MB+网双绞线电缆通讯主要构成部件为下位机为Schneider Modicon Quantum 140系列PLC产品、上位机为GE公司的Cimplicity5.5（现在主流版本为9.5）、工控机为Pentium Ⅲ时代产品，通信速率慢而影响控制信号，同时由于厂里机电设备较多，通讯控制信号会产生较大的延时，给安全生产带来较大的安全隐患。

为了解决这些问题，对浙江亿得化工有限公司全厂生产控制系统进行一次全面的技术升级改造。浙江亿得化工有限公司内部的工程师对自动控制已经有了一定的探索经验，对该项目所述内容较为熟悉，对行业领域达到了较高专业技术水平，在管理上灵活，可调节性好，能耗降低，能降低职工劳动强度，实现效益最大化，升级新系统要提前制订好方案，提前采购相关硬件设施，特别是对主要升级硬件要详细研究其参数指标以及工作方式，确保能与原Quantum 140系统PLC IO模块兼容，并安排好专人对设备的控制做好配套设备的配置和前期工作的规划与布置，经过精心准备和实地勘察，现场各方面具备系统升级改造的条件，在人力、物力、时间、环境等方面均已经准备就绪，可以对改造方案实施和应用。

项目实施由浙江亿得化工有限公司机电科对设备提出相关技术要求，并进行有关方面的协调和沟通，专业技术人员完成技术协议的拟定，并由项目参与人员及厂领导和采购部门对项目协议进行技术确认，形成统一共识，最终待设备到货后进行设备的后期安装与调试，并形成调试报告，完成项目。

随着全球科技的快速发展，工业控制产品更新换代也更加迅速，产品也更加快速、精准、高效。在过去的20年里施耐德产品已由原来的Quantum、Premium等PLC产品升级更新为新一代的Modicon这种深度集成以太网的控制器，使控制更加安全、稳定、快速、高效。上位机软件已由原本的Cimplicity5.5更新至Cimplicity9.5，经过多次技术优化升级，实现了多重任务处理、协同作业、分布式体系结构的重大技术升级，使与下位机通讯控制更加稳定、快捷，人机界面更加简洁、友好，同时可实时采集现场设备运行信号和存储各岗位的控制命令，使出现的问题可查可究和进行快速处理。

根据集控系统智能化改造计划，新的PLC支持分布式IO控制方式，只需更换原PLC的CPU，其他IO采集模块以站点形式存在，因此不要更改整体的电气连接，只需更改局部电气接入方式，达到目的同时，最大限度地减少了人力和物力的使用。同时采用分步进行的方案，稳中求进，进中有序，既不影响生产任务，同时能高效完成集控系统智能化改造任务，可编程控制器（PLC）是计算机家族中的一员，它主要用来代替继电器来实现逻辑控制，现在PLC的功能强大，质量优良，品牌很多，特点各异。其中有西门子、三菱、欧姆龙、施耐德等PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器由CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等功能单元组成。早期的可编程逻辑控制器只有逻辑控制的功能，所以被命名为可编程逻辑控制器，后来随着不断地发展，这些当初功能简单的计算机模块已经有了包括逻辑控制、时序控制、模拟控制、多机通信等各类功能，名称也改为可编程控制器（Programmable Controller），但是由于它的简写PC与个人电脑（Personal Computer）的简写相冲突，加上习惯的原因，人们还是经常使用可编程逻辑控制器这一称呼，并仍使用PLC这一缩写。现在工业上使用的可编程逻辑控制器已经相当或接近于一台紧凑型电脑的主机，其在扩展性和可靠性方面的优势使其被广泛应用于目前的各类工业控制领域。不管是在计算机直接控制系统还是集中分散式控制系统DCS，或者现场总线控制系统FCS中，总是有各类PLC控制器的大量使用。

PLC的生产厂商很多，如西门子、施耐德、三菱、台达等，几乎涉及工业自动化领域的厂商都会有其PLC产品提供。施耐德PLC主要有Modicon旗下的Quantum、Compact（已停产）、Momentum等系列，编程软件是Concept;而TE旗下的Premium、Micro系列则使用PL7 Pro。施耐德在整合Modicon和TE品牌的自动化产品后，将Unity Pro软件作为未来中高端PLC的统一平台。支持Quantum、Premium和M340三个系列。Momentum和Micro作为成熟产品未来不会再有多大的改进，所以会继续沿用原来的软件平台。旗下最新生产全新的Modicon M580是业界第一款真正做到“E网到底”的PAC，被命名为ePAC。Modicon M580是施耐德电气协同自动化系统——PlantStruxure的核心组成部分。Modicon M580完全基于工业以太网实现连接和通讯，能够使工厂的设计、实施以及运行达到前所未有的灵活性、透明化和安全性。Modicon M580的发布引领了下一代PAC技术的发展方向，开创了自动化控制的全新时代，实现真正意义的开放网络。

GE数字化集团的CIMPLICITY可对客户端服务器进行真实可视化并进行控制。CIMPLICITY在GE数字化集团数十年的研究和开发的基础上创建，是可供全球大型制造商选择的HMI和SCADA。对于所有规模的应用，CIMPLICITY都有助于加快响应速度、降低成本并提高盈利能力。

亿得化工将最近国内外下位机PLC、上位机Cimplicity与工控电脑的技术进行各项指标对比，先确定技术要求，以支持以太网通讯、支持IO分布式控制、多站点、环形网络连接为技术要求目标，再对设备进行选型和确定控制系统，结合现有的电气化、构筑物、空间、检修条件等客观因素进行合理配置、补充和改造。下位机采用施耐德高端M580系列PLC产品，M580 ePAC它是全球首款真正将以工业太网嵌入其核心的ePAC，采用连接分布式I/O设备结构，网络环网架构，一段通信故障，可反向通讯，使各站保持实时在线，保证设备正常运转。上位机更改为以太网通讯，上位机选择Cimplicity进行控制，实现与下位机PLC的无缝连接，同时可实时采集现场设备运行信息与存储各岗位的控制命令，使出现的问题可查可究，同时生产数据也可更好的辅助指导生产，使其更加高效、稳定、快捷。

通过以上内容改进，经过现场实际运行测试，实现采用当前最新的控制技术保证设备的控制更加安全、稳定、高效。采用环形工业以太网网络结构保证设备永不掉线、永不脱离监控，中控室操作界面更加稳定、简单、高效、界面更加丰富友好。实现“设备可控、现象可查、原因可究”的目标。

五、 结语

亿得化工致力于开发高品质环保节能型活性染料新品种和染色新工艺来满足客户需求，亿得化工MB+网络集控装置使全厂大部分设备通过工业自动化PLC系统远程遥控管理，并将所有这些设备按照区域进行分模块集中控制，形成現场轮流循环巡视，多个集中控制基点，一个总指挥中心联合运行的区域自动化管理模式，亿得化工染料控制系统在实际生产中更加运行可靠、稳定。

参考文献：

[1]刘自华，车向北，刘卫波，等.基于MMS/SNMP协议的智能变电站远程运维系统设计[J].自动化与仪器仪表，2019（5）：48-51.

作者简介：

蒋志平，卢林德，方标，浙江亿得化工有限公司。