＊魏 譽

（江西旭銳材料科技有限公司 江西 330321）

聚氨酯膠作為一種常用膠，由于其良好的耐高溫、耐久性，在建筑、汽車、航天、電子、家具等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。聚氨酯膠粘劑的性能主要包括：首先是黏性，聚氨酯（PU）膠體具有較高的黏性和抗剪能力，對各種物料都有很好的黏合作用。其次是耐久性，PU膠體的耐高溫、耐寒冷、耐水性和耐油性都很好，可以在嚴酷的環(huán)境中維持很長一段時間。聚氨酯膠以其出色的性能在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其高黏性和抗剪性能使其成為優(yōu)秀的黏合劑，耐久性使其適用于各種惡劣環(huán)境。因此，針對聚氨酯膠水生產(chǎn)裝置的技術(shù)研究尤為重要。

1.系統(tǒng)工作過程簡介

（1）生產(chǎn)過程概述。系統(tǒng)主要采用計算機程序，將去離子水、反應(yīng)單體、催化劑、助劑等化學(xué)原料按照預(yù)設(shè)比例進行精確計量和配料，隨后將配料輸入到反應(yīng)釜中[2]。此時，攪拌機自動啟動，開始對釜內(nèi)物質(zhì)進行攪拌。加熱裝置會逐漸將釜內(nèi)物質(zhì)加熱至預(yù)設(shè)溫度。一旦達到預(yù)定溫度，引發(fā)劑將自動加入，使得混合均勻的物質(zhì)在引發(fā)劑的作用下開始聚合反應(yīng)。在整個反應(yīng)過程中，系統(tǒng)及控溫設(shè)備會自動調(diào)節(jié)并控制釜內(nèi)溫度，確保其維持在預(yù)設(shè)的可管轄范圍內(nèi)，4～5小時后，會自動加入鏈端子。接下來，原料將被輸送到乳化池，并經(jīng)過壓縮空氣裝置進行處理，處理好的原料會送出乳化池，并被裝入儲罐中。最后，用物料對其進行包裝。生產(chǎn)工藝流程圖如圖1所示。聚氨酯膠水的生產(chǎn)技術(shù)特征在于反應(yīng)溫度的嚴格控制，工藝流程中各個工序的嚴格執(zhí)行，從而確保了聚氨酯膠水的質(zhì)量。

（2）控制系統(tǒng)的工作過程。將原料加到聚合槽中，在聚合槽中對混合物進行加熱，使其達到某一溫度，從而引發(fā)聚合反應(yīng)。溫度的控制對產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響[3]?？刂葡到y(tǒng)通過將爐膛溫度作為受控參數(shù)，并將主要干擾因素納入副調(diào)回路中，從而減弱干擾因素的影響。在系統(tǒng)工作的各個階段均采用比例積分微分控制器（PID）調(diào)整，用于調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的輸出信號，以監(jiān)測部件的溫度線為依據(jù)，對PID的參數(shù)進行在線統(tǒng)計分析，調(diào)整PID的參數(shù)直到合適，在正常反應(yīng)時，釜內(nèi)的溫度誤差控制在±0.2℃之內(nèi)，其控制方案見圖2。

圖2 釜溫控制方案

①將物料攪拌好，并移入到反應(yīng)釜之后，再經(jīng)過一定的攪拌，然后進入升溫階段。與此同時，將一定量的洗滌水注入到各個配料釜中，然后將其清洗后，再送入到反應(yīng)釜中。DCS系統(tǒng)可以在規(guī)定的時間內(nèi)將材料的溫度提升到規(guī)定的溫度，可設(shè)定多個溫度點，按不同溫度分幾個溫度段進行加熱，各溫度段的加熱速率可由系統(tǒng)自動計算。在溫度變化的時候，系統(tǒng)可以預(yù)先調(diào)節(jié)閥門的開啟，這樣就能確保升溫超調(diào)量在0.5℃以內(nèi)。

②當(dāng)鍋里的溫度升高到一定程度后，就會進入一個反應(yīng)誘導(dǎo)期，也就是過渡期。此時，反應(yīng)器中的原料才開始進行聚合反應(yīng)，所產(chǎn)生的熱量很小，而且不穩(wěn)定，在這個階段，對釜中的溫度進行控制很重要。單純依靠爐溫和爐溫的不斷調(diào)整已經(jīng)不能滿足工藝反應(yīng)的需要，為此，需要采用工藝反應(yīng)條件仿真控制方法，利用順序控制程序逐漸關(guān)閉熱水調(diào)節(jié)閥和回水閥，并按照反應(yīng)釜的溫度開啟冷卻循環(huán)水的入口調(diào)節(jié)閥，從而將反應(yīng)釜的溫度調(diào)整到規(guī)定的反應(yīng)溫度。

③當(dāng)鍋中的溫度上升到過程所需的溫度時，反應(yīng)就會進入恒溫狀態(tài)。在該階段，鍋中的溫度已經(jīng)達到了反應(yīng)所需的理想溫度，并且保持穩(wěn)定。該系統(tǒng)主要通過調(diào)整夾套水的循環(huán)冷卻水來控制反應(yīng)溫度。當(dāng)程序在接近過程所需的溫度時，閥門可隨著鍋內(nèi)溫度的變化而自動調(diào)整，使鍋內(nèi)的溫度處于工藝所需的溫度范圍之內(nèi)。

④在聚合反應(yīng)中，反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力的異常變化，導(dǎo)致了反應(yīng)釜內(nèi)冷卻水的失效和攪拌裝置的失效。在發(fā)生異?，F(xiàn)象時，控制系統(tǒng)會發(fā)出警告信號，提示操作者存在異常處理，在短時間內(nèi)制止不正當(dāng)行為，從而保證系統(tǒng)的整體安全。

2.控制系統(tǒng)的實現(xiàn)設(shè)計

(1)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能

本系統(tǒng)采用了浙江大學(xué)自主研發(fā)的JX-300X分布式控制系統(tǒng)，采用了三層網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)。信息管理網(wǎng)位于網(wǎng)絡(luò)的最上層，使用TCP/IP協(xié)議，通過以太網(wǎng)絡(luò)將各種管理計算機與網(wǎng)橋相互連接，從而實現(xiàn)設(shè)備級別信息的傳輸和管理[4]。中層的工藝控制網(wǎng)則采用雙高速冗余的工業(yè)以太網(wǎng)SCnetⅡ，連接操作員站、工程師站、控制站等，以實現(xiàn)對設(shè)備級的實時傳輸。至于下層網(wǎng)絡(luò)控制站的局域網(wǎng)（SBUS），它使用主控卡命令型令牌網(wǎng)作為控制站各個卡片部件間進行信息交流的通道。

(2)控制系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)由1個工控站，1個操作站，2個控制站組成，采用流控網(wǎng)SCnet連接，并利用網(wǎng)絡(luò)集線器（HUB）構(gòu)造了一個雙冗余的工業(yè)以太網(wǎng)來完成兩個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。選擇了Dell作為工控臺和操作臺。該系統(tǒng)主要包括互備的主控卡，冗余的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送卡，輸入輸出模塊，以及標準的機籠組件。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

①工程師站是中控JX-300X的工程師站，用于系統(tǒng)的維護、安裝和擴展。斷路器、控制器的配置及位編號的定義，開發(fā)控制策略的功能框圖，配置系統(tǒng)軟件，并完成對系統(tǒng)操作的監(jiān)視。

②利用人機界面的友好性，操作臺可對現(xiàn)場聚氨酯設(shè)備系統(tǒng)的運行進行監(jiān)測。其中，控制站的功能是控制、邏輯控制和數(shù)據(jù)采集等。

③采用數(shù)據(jù)采集器，對模擬及切換信號進行初步監(jiān)測：采用數(shù)據(jù)采集模塊（AI-DI）執(zhí)行全方位的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，在全控制系統(tǒng)內(nèi)，AI-DI能夠接收和采集模擬信號和數(shù)字信號，模擬輸入通道采集連續(xù)變化的物理量信號，如溫度、壓力、流量等。數(shù)字輸入通道采集離散的開關(guān)狀態(tài)信號，如開關(guān)狀態(tài)、傳感器觸發(fā)信號等，以滿足對各控制點的要求[5]。邏輯控制站使用的是電機控制和繼電器型的分離邏輯功能，以實現(xiàn)互鎖邏輯功能為重點，并利用圖形程序進行順序控制，聯(lián)鎖/解鎖控制，以及輸出和累積量的計算。過程控制臺主要針對溫度、壓力、流量等參數(shù)進行監(jiān)測和控制，以實現(xiàn)對真空度、黏度等參數(shù)的精準掌控。

(3)系統(tǒng)軟件

①此系統(tǒng)是采用AdvanTrol-Pro軟件包開發(fā)的，主要的程序操作復(fù)刻了Windows 2000操作系統(tǒng)，是一個自動控制應(yīng)用軟件平臺。在SUPCON WebField系列散散控制系統(tǒng)中，它可實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)服務(wù)和實時監(jiān)控等功能。其開放性能很好，組態(tài)結(jié)構(gòu)清晰，界面操作方便，流程圖功能強大，控制算法組態(tài)采用國際標準。此外，它實現(xiàn)了圖形組態(tài)與語言組態(tài)的結(jié)合，功能強大，操作站數(shù)據(jù)更新周期為1s，動態(tài)參數(shù)刷新周期為1s，流程圖完整顯示時間≤2s，其余屏幕≤1s。

②輸入的控制系統(tǒng)是全英文接口，需要操作者的英文熟練程度良好，從而增加了操作的難度；本產(chǎn)品采用的是全中文接口，操作者只要經(jīng)過一段時間的訓(xùn)練就可以熟練使用。在操作上，輸入控制系統(tǒng)的控制屏幕的操作過程比較麻煩，在點擊所需要的控制屏幕之后，再點擊中間的方框，將數(shù)據(jù)輸入進去；而國產(chǎn)的控制系統(tǒng)則是在流程圖上一次可以同時開啟四個控制界面，并且可以直接輸入需要的數(shù)據(jù)，操作簡單。就回路控制而言，輸入端的PID回路是比較穩(wěn)定的。國產(chǎn)傳統(tǒng)控制方式下的PID環(huán)路具有良好的穩(wěn)定性，在一些復(fù)雜的電路中，其性能甚至優(yōu)于進口產(chǎn)品。然而，在應(yīng)用國產(chǎn)產(chǎn)品時，仍需要進一步探索與改進，以提高其性能表現(xiàn)。

(4)工藝參數(shù)的檢測和控制

①過程參數(shù)的檢查。該系統(tǒng)采用電纜作為傳感裝置，能夠?qū)崟r監(jiān)測反應(yīng)釜的溫度、循環(huán)油溫度、流量以及液面高度，同時還能接收電機的反饋信號。微型計算機可以連續(xù)記錄溫度和壓力的變化，并以可視的方式展示在屏幕上。根據(jù)工藝要求，上下限報警和開關(guān)量點故障信號報警被設(shè)置，操作站提供聲屏警報，及時提醒操作人員采取必要的措施。此外，系統(tǒng)還能提供可視化圖形界面，方便操作人員進行參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)查詢、報警確認等功能。同時，它也能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控，操作人員可以在任何時間、任何地點通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程監(jiān)控，提高了生產(chǎn)效率和管理效率。

②釜閥門的控制。為保證穩(wěn)定性和設(shè)備保護，在閥門控制中設(shè)置多重互鎖控制。圖形程序設(shè)計允許用戶根據(jù)需求啟動、停止和報警水泵和閥門。起/?；ユi按鈕便于在非正常狀態(tài)下啟動設(shè)備。

③系統(tǒng)調(diào)整。以積分時間、微分時間和控制周期作為參數(shù)，此外，采用串級回路，將兩個控制器連接在一起，稱為串級聯(lián)接。兩個控制器均具備獨立測量輸入的能力，主控制器具有自身獨立性，能夠?qū)⒏笨刂破鞯妮敵鲂畔鬟f給受控對象。經(jīng)過上述流程，實現(xiàn)對泥漿泵轉(zhuǎn)速的控制，并可調(diào)節(jié)反應(yīng)釜溫度。

3.結(jié)束語

本文提出了一種新型的聚氨酯聚合工藝，并采用了自動控制技術(shù)，使生產(chǎn)質(zhì)量有了大幅提升。經(jīng)過一年多的使用，聚氨酯生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率得到了很大的提高，產(chǎn)品的各項指標均符合或超過了用戶的要求標準。其技術(shù)指標已達到或接近于國際先進水平，并取得了較為成功的應(yīng)用。生產(chǎn)力的顯著增長，使公司的經(jīng)濟利益得到了提高。