中控WebField 300XP实现立式连续结晶罐自动化控制

吴方星，闫现蕾，赵剑峰

(1浙江中控系统工程有限公司，浙江 杭州 310053；2德国普罗蒙泰克有限公司，德国)

中控WebField 300XP实现立式连续结晶罐自动化控制

吴方星1，闫现蕾1，赵剑峰2

(1浙江中控系统工程有限公司，浙江 杭州 310053；2德国普罗蒙泰克有限公司，德国)

通过WebField 300XP控制系统实现精制糖企业全流程自动化控制，企业劳动生产率得到了有效提高，与传统生产方式相比，生产操作人员减少了2/3以上。特别是解决了立式连续结晶罐这一复杂非线性系统控制的难题，其加热蒸汽使用汁汽，与传统间歇式结晶罐相比煮糖蒸汽可节约20%以上，为国内连续结晶罐进一步推广使用起到了良好示范作用。

立式连续结晶罐；非线性；自动控制

0 前言

大型精炼糖项目生产自动控制包括间歇结晶、连续结晶等复杂控制，以及公用工程系统和生产辅助系统的全流程自动化项目。针对精炼糖项目控制涉及范围广、工艺复杂的特点，我们全面深入了解生产工艺特点，量身制定控制方案，成功运用WebField 300XP实现精制糖主系统、自备电站等生产配套系统的全面自动化控制。本研究综合自动化解决方案以生产控制、管理系统为主，视频监控系统为辅，实现制糖生产过程实时感知、实时信息传输与监控、数据分析反馈，通过智能诊断、故障分析等的方式，优化生产运行过程，可方便与产品和原料交割系统的网络无缝连接，为实现物联网智慧工厂打下良好的基础。

1 自控系统整体方案设计

100 万t精炼糖项目工艺控制过程相对比较复杂，首先是联锁控制编程量大：主要包括整个生产流程各类设备，前后输送设备以及辅助生产设备的联锁，实现设备的顺序控制和联锁保护等功能。例如，蜜洗糖溶解槽液位检测与前级设备分离机进口的阀门连锁控制，假设溶解槽出现液位超高限，则需要关闭分离机进口阀门，与此同时系统还要逆向对分离机前级的蜜洗糖膏分配槽、蜜洗糖膏停留槽等设备的液位情况，对各槽和定量给料机相应做调节控制，确保连续稳定给料，各锅槽不会出现溢出现象并顺利输送到下一工段。其次顺序控制过程也比较复杂，顺序控制涉及到从原料仓备料系统开始的整个生产流程中各个设备物料进出的顺序控制。第三，上位机编程工作量较大，程序不但包括精制糖主设备以及锅炉汽机的控制程序，有些设备自带单机控制系统，需要主控制系统与其自带的第三方单机设备通讯，将单机设备纳入到精制糖自控主系统中[1]。

根据精制糖生产工艺自动控制的复杂性和特殊性，项目需要采用技术成熟稳定、扩展能力强、集中管理、分散控制的高性能WebField DCS系列控制系统。该系列控制系统吸收了近年来快速发展的通信技术、微电子技术，充分应用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术以及现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，是一套全数字化、结构灵活、功能完善的开放式集散控制系统[2]。

JX-300XP的基本组成包括工程师站、操作站、控制站和通信网络SCnet II。它不仅提供了功能块图、梯形图等直观的图形组态工具，又为用户提供复杂高级控制算法的C类语言编程环境。系统规模变换灵活，可以实现从一个单元的过程控制，到全厂范围的自动化集成。

通过多功能计算站和相应的应用软件Advantrol-PIMS或OPC接口可实现与企业管理计算机网的信息交换[3]，实现企业网络环境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录与查看、开关量变位记录与查看、报表数据存储、历史趋势存储与查看、生产过程报表生成与输出等功能，从而实现整个企业生产过程的管理，控制全集成综合自动化[4]。该系统适用于大型装置的自动化控制和联锁，适合精制糖生产项目复杂控制多、连锁要求高的使用。

2 系统硬件构成

北方糖业年产100万t精制糖项目是国内首套精炼糖全流程使用WebField JX-300XP DCS控制系统的项目，主系统控制是原料糖库输送到成品干燥与输送包装的全流程自动化控制，包括公用装置如石灰窑系统、水处理系统、冷却循环水系统的控制；公用工程自动控制包括：电站、循环床锅炉、汽轮机以及全厂低压配电系统电柜的整体设计；其中，压滤机、分离机自带西门子PLC控制器，与制糖DCS主控制系统通过PROFIBUS-DP通讯；料斗称、糖包装机自带专用控制器，与制糖DCS主控制系统通过Modbus-RTU通讯。本着先进性和可靠性相结合的原则，分散控制集中调度管理的思路，计算机控制系统采用上、下位机结构形式，如图1所示。

图1 控制系统整体结构图

3 VKT连续结晶流程及自控实现

该精制糖项目全厂自动化项目中最具有特色的是实现了连续结晶罐全自动控制。立式连续结晶罐VKT连续结晶的液面低，加热面积与糖膏体积之比恒定，每个室都有机械搅拌，提高了对流能力，热能使用率高[5]。立式连续结晶罐VKT总共由4个带搅拌的结晶室组成，一般以2份精洗蜜为原料与1份种子的比例配比进入顶层结晶室，上一室的料与精原蜜按照比例要求进入下一结晶室，糖膏中结晶量通过各室间逐渐上升，最下层结晶室内已经是结晶完成的糖膏，VKT糖浆泵均衡的卸料，将糖膏泵入助晶箱进行结晶砂糖助晶与后续的分离工序。

立式连续结晶罐VKT煮糖的自动控制关键不但要对结晶前段的有效控制，保证稳定的进料和物料锤度[6]，更需对连续结晶过程压力、温度、流量、电流、锤度等信号进行在线检测[7]，锤度检测选用了德国proMtec μ-icc2.45系列在线锤度仪，确保了锤度检测数据的准确性。根据罐内压力检测的信号，按照真空度要求值设定初始值PID调节各室上部的真空阀，对各室真空度进行恒定控制；根据种子进料流量检测，连锁精原蜜、精洗蜜进料管道上的进料阀，PID调节进料阀开度，实现入种与精原蜜、精洗蜜进料配比控制[8]；根据液位检测信号，连锁精原蜜、精洗蜜进料管道上的进料阀门的开启与关闭，将液位控制维持每个室在60%左右；当液位达到搅拌启动液位时，连锁启动电搅拌控制保持每个室的糖膏对流结晶，与此同时按照蒸汽压力要求设定初始值，蒸汽调节阀进行全自动PID调节，对各室蒸汽压力恒定控制。通过以上控制参量的控制，各室锤度控制保持物料锤度稳定在75oBx左右。

我们针对煮糖结晶过程干扰众多的特点，综合考虑连续结晶罐VKT前后工艺影响因素，以信号补偿、信号前馈、连锁控制等方式自适应控制物料阀、蒸汽阀等执行机构，保证了罐内液位、真空度、锤度平稳，实现对煮糖过程的最佳自动调整控制，是国内已知的首个成功实现全自动连续结晶系统的案例。

图2所示，系统监控软件形象地显示了整个生产流程现场各个测点的情况和状态，同时连续结晶罐的每罐罐体上加装了视频监控设备。操作人员在控制室就能了解连续结晶罐的生产工况，实现可视化控制[4]，一线操作人员数量明显减少。该立式连续结晶罐产量为每班1000 t白砂糖，与间歇结晶罐相比生产能力明显提高。

图2 立式连续结晶罐监控画面

4 结语

WebField JX-300XP DCS控制系统实现了对制糖生产过程的智能化、自动化的连续检测与集中控制，在中控室可以对整个制糖工艺流程进行全程可视化监控。一线操作人员数量明显减少，与手动生产车间每日每班需30个人工相比，自动化控制后只需要9名熟练的员工就可以操作整个制糖部分的生产。特别是该项目连续结晶罐VKT全自动控制的实现，在很大程度上降低了生产能耗，与传统间歇式结晶罐相比煮糖蒸汽可节约20%以上[5]，提高了生产效率，不仅降低了劳动成本，提高产品质量，提高糖厂经济效益作用明显，而且为我国制糖企业自主创新方面起到良好的示范作用。

[1] 周东生. 制糖工艺生产过程自动化[J]. 中国科技博览，2013(31)：20-20.

[2] 张恒，陈芳芳，张黎海. 计算机煮糖DCS系统的实现[J]. 技术与应用，2011(2)：58-60.

[3] 李运飞，韦飞燕. WebField GCS-2在制糖结晶罐的应用[J]. 企业科技与发展，2010，272(2)：18-20.

[4] 黄爽，陈骏佳，叶权圣，等. 组态软件WinCC 在糖厂监控系统中的应用[J]. 甘蔗糖业，2013(3)：56-60.

[5] 周锡文，梁裕，孙小鹏. 连续结晶技术在甘蔗糖厂的应用[J]. 甘蔗糖业，2014(5)：44-47.

[6] 刘红艳. 煮糖关键工艺参数软测量[D]．南宁：广西大学，2006.

[7] 蒙艳玫，何海平，卢福宁，等. 煮糖过程糖液过饱和度在线软测量系统的研究[J]. 广西大学学报(自然科学版)，2013，38(2)：241-249.

[8] 兰红星，易捷. 甘蔗糖生产自动化与信息化[M]. 北京：电子工业出版社，2013.

(本篇责任编校：邓丹丹)

The Automation Control of VKT Realized by Use of SUPCON Webfield 300XP

WU Fang-xing1, YAN Xian-lei1, ZHAO Jian-feng2
(1Zhejiang SUPCON Co. Ltd., Hangzhou, Zhejiang 310053;2Promtec Theisen Gmbh. Deutschland)

The whole process automation control of sugar refinery was realized by use of SUPCON WebField 300XP control system. The labor productivity had been effectively improved, and the operators decreased by more than two-thirds compared with the traditional mode of production. In particular, We had solved the problem of complex nonlinear system for the VKT, it can save more than 20% of steam by use of the juice vapor compared with the traditional batch crystallizer, which played a good role model for further promoting use of VKT in the domestic.

VKT; Nonlinear; Automatic control

TS243+.8

A

1005-9695(2016)06-0029-04

2016-09-22；

2016-12-20

吴方星(1963-)，浙江杭州人，高级工程师，本科，主要从事食品饮料及自动化控制；E-mail：wufangxing@supcon.com

吴方星，闫现蕾，赵剑峰. 中控WebField 300XP实现立式连续结晶罐自动化控制[J]. 甘蔗糖业，2016(6)：29-32.