涂布机新增涂料快速切换系统的原因及其控制研究

蔡 越

（金东纸业（江苏）股份有限公司自动化课，江苏 镇江212000）

0 引言

金东纸业的涂布机为芬兰Mesto生产的世界领先的Offline涂布机之一。共有4个涂布头，每个涂布头有1套完整的供料系统。涂料在Color Kitchen制备好后，由前段供料泵经过工作站、过滤器打入Working Tank中。在涂布过程中根据纸种的不同、底涂和面涂的差别，由后段供料泵控制作高位循环进行涂布。每个纸种操作结束后要将多余的涂料回收并打循环清洗，目的是再利用和环保。在全世界的涂布机中都存在不同纸种改抄时的损失。

1 新增快速切换系统的原因

不同纸种的涂料所采用的配方存在一定的差异（尤其面涂涂料），因此在改抄过程中为保证涂料品质稳定必须将涂料回收后重新送料，这样带来2个方面的问题：（1）改抄一次执行回收、排水、重送涂料大约耗时40～60min，影响生产效率；（2）换纸改抄过程中要用大量的水冲洗，对涂料造成一定的稀释，可能会使涂料物性略有变化（如固含降低），影响涂料品质。

2 控制方案选择

2.1 基本控制原理

改抄新纸种前15min由CK操作员切换供应新的涂料，新的涂料将管道中老的涂料推入Working Tank中，然后阀门自动切换，此时将向新增2个Jolly Tank中供料，CK供料泵的功率自动控制在100%，Jolly Tank的作用即贮存新的涂料。OMC供料泵处于E1控制状态，功率由车速决定，连续将涂料由Working Tank经工作站过滤到涂布头上涂后再回Working Tank完成高位循环。在Jolly Tank液位到设定值后，CK供料泵会联锁停止供料。此时Working Tank中的涂料液位将逐渐下降，用Quick Reclaim可加速卸料，下降到设定值后切换涂料开始，新涂料从Jolly Tank落到 Working Tank中，Working Tank中的老涂料迅速排往Reclaim Tank中贮存，在切换结束后将通过变频泵调速打到底涂中去或是回收回CK循环利用。

2.2 硬件和软件结构

涂料快速切换系统如图1所示。

（1）本系统构建在ABB DCS上，处理器为AC450。阀门、液位等控制点较多，4～20mA模拟量输入4个，开关量输入16个，开关量输出8个，6个 AIC，16个 AOC，18个 DIC，6个DOC，8个VALVECON做阀门控制，4个PIDCONA做液位控制，2个DRISTD通过增加新的Station站，用光纤下接TB810、NDBU85与变频器通讯来控制变频马达。

（2）DCS现场总线架构如图2所示。

图1 涂料快速切换系统图（改造后）

图2 DCS现场总线架构

（3）阀门为VALVECON控制。VALVECON功能块设计用来在不同过程中控制双向阀，它由3部分构成：1）1个PC element（程序元件）和其他 ABB Advant Controller410／450中的程序元件处理方法一样。2）1段给操作员用的包含描述和命令的功能。过程中的数据和参数显示在Advant Station500系列的操作员电脑上。键盘用于输入命令和其他一些功能。3）1个数据库元件。包含组态参数和动态数据，用于操作员站和程序单元。

（4）液位为PIDCONA控制。PIDCONA功能块是Advant OCS过程控制系统功能块中的一种，带有自动调整和自动适应的PID控制功能，包括操作界面和事件处理。

3 控制程序流程

（1）到飞接前第16min OMC升高3＃及4＃WT的设定液位至75%（由65%调升至75%，目的是让CK供料泵连续供料，实际上直至涂料切换前 WT最高液位75%左右）。（2）飞接前第15min，OMC电话通知CK切换新纸种涂料。（3）CK接通知后，立即关闭甲涂料贮槽的Discharge，打开乙涂料贮槽的Discharge。切换涂料储槽完成后CK立即电话通知OMC。（4）飞接前第14min（此时 WT液位会在75%左右），OMC打开 Quick change，New Coat Come Time开始计时（150s）。（5）New Coat Come Time计时结束，进Jolly Tank与进WT的阀门自动切换，CK供料泵以100%的速率向Jolly Tank供料。（6）3＃WT（或4＃WT）液位下降至 WT的第一低位（33%），自动切换开始进行。（7）若飞接前30s，Working Tank液位未到设定值33%，手动按“Quick Reclaim”强制进行卸料（选择QUICK RECLAIM ON后必须立即退出，防止一直选中处于手动状态，RECLAIM TIME时间不受控制，系统不能正常切换），当Working Tank液位下降至37%，会自动进行“Quick Change”。（8）切换正常完成后，若 Working Tank仍偏高，继续手动按“Quick Reclaim”强制卸料，注意观察Working Tank液位下降，到43%时，手动 OFF“Quick Change”信号。（9）切换正常完成，OMC关闭“Quick Change”，并恢复 WT设定液位。（10）OMC关闭“Quick Change”，至现场清洗Jolly Tank和进入Jolly Tank的管线。（11）现场派人至底涂 WT处观察，OMC设置Reclaim Tank泵速，打开“R－Tank Discharge”向底涂 WT处打料排水，现场观察料到后打开进WT的阀门关闭排污阀，则Reclaim Tank供料泵以设定泵速向底涂WT打料，Reclaim Tank低位后泵会自动停止。（12）Reclaim Tank用空后，OMC关闭“R－Tank Discharge”。OMC至现场清洗 Reclaim Tank，洗净后桶槽注水至20%。派人至底涂WT处打开2排污阀，关闭进WT的阀门后打开“R－Tank Discharge”，启动Reclaim Tank泵清洗管路。清洗结束务必关闭“R－Tank Discharge”。

4 结语

涂料快速切换系统在金东纸业1＃、2＃涂布机投入使用1年左右，不停车改抄较断纸改抄每次可减少一大笔损失，可为其他纸厂提供借鉴。

［1］Advant OCS Functional Units Part6MOTCON VALVECON

［2］Advant OCS Functional Units Part7PIDCONA

［3］Advant OCS Functional Units Part9DRICONS

［4］Advant OCS PC Elements Advant Controller400Series