基于WebField JX-300X DCS的硅酮密封胶自动控制实现方法

　　目前密封胶生产大多是采用间歇法，一般是先采用捏合机等混合设备把聚硅氧烷，填料及添加剂等进行初混合，然后移汝行星式混合器进一步混合，加入颜料、交联剂、偶联剂等，通过真空排泡得到产品。间歇法的优点是操作方便，生产控制简单。但存在不少缺点：物料转移时暴露在空气中容易产生结皮，物料转移时损耗较大，生产稳定性差，生产能力有限，劳动强度大等。
　　我公司提出一种新型密封胶连续生产方法，采用双螺杆挤出机作为连续化生产配胶工艺的主体设备、辅助计量系统、冷却系统、过滤系统、缓冲系统以及分装设备等，采用了浙江中控技术股份有限公司的WebField JX-300X 控制系统实现全流程自动化生产监控。该生产方法具有自动化程度高、生产效率高、劳动强度低、生产能力大、物料及能源损耗少，产品质量稳定等优点。
　　

　　图1：硅酮密封胶连续化生产工艺流程

　　主要工艺流程概述
　　密封胶连续生产线生产流程如图1所示，首先聚硅氧烷、填料分别由相应的计量装置连续准确进料至第一台双螺杆挤出机进行预混合，并脱气冷却后得到基料，然后进入第二台双螺杆挤出机内进一步混合分散并在此过程中加入助剂及催化剂得到成品，再进入包装工序，

得到最终的产品。该工艺中给料系统流量控制和螺杆压缩挤出机控制是工艺控制的重点，其控制的稳定性对产品的质量和产量有非常大的影响，因而需要提供一套先进的自动控制方案保证生产的正常进行，提高生产质量和效率，为此选择中控的JX-300X DCS来实现整个生产控制自动化。         
　　控制系统构成
　　DCS控制系统采用浙江中控技术股份有限公司的WebField JX-300X 控制系统。该系统由1台工程师站（兼作操作站）、1台操作站、1台控制站、1台网关通信站构成，工程师站内装有相应的组态平台和系统维护工具。控制站完成整个工业过程的实时控制功能，由主控制卡、数据转发卡、I/O卡件、供电单元等组成。控制站的各种卡件均可冗余配置，控制站具有故障自诊断功能，控制站核心卡件按1∶1的热备用冗余配置，故障时能自动无扰动切换；操作站负责提供人机操作界面，接收从控制站传来的工艺流程实时数据，将它们转化为相应的过程变量在显示器上显示出来，供操作员监视、操作。网关通信站主要完成与其他异构系统（PLC）的数据联结，以完成在DCS操作站上对整个生产过程的监控。
　　流量系统控制及实现
　　流量系统介绍
　　原料通过螺旋给料装置由原料贮罐输送到称重料仓，如图2所示，计量斗内的原料通过重量传感器称重,其重量用WI201表示，WI201达到上限时停止进料，WI201低于下限时启动进料。计量斗重量是连续在变化的，如图3所示，在0～t1时间内由出料泵从计量斗出料，此时不进料，计量斗内物料重量呈下降趋势，t1～t2时间内，因计量斗内物料已经达到下限需进料，进料时计量斗重量增加，t2以后因计量斗内物料已经达到上限停止进料。

　　图2：称重系统示意图　　图3：计量 示意图

　　流量系统的控制思想
　　聚硅氧烷是一种高粘度（3-7万CP）的液体，填料(碳酸钙，气相二氧化硅等)是粉料，采用一般的流量计是无法进行计量的。我们利用失重法原理实现了二类原料的流量计算，其方法是利用单位时间内物料减少速率来核算物料流量的。整个系统包括原料贮罐、原料输送料装置、称重料仓、卸料装置和流量计算系统等构成。控制器把实际的喂料流量跟设定值相比较来控制，采用PI调节方法，系统的精度能达到0.5～1％。（不同原料有差别），以下通过粉料系统说明流量自动控制实现方法。
　　流量系统实现方法
　　新采集的重量用W0表示，前1秒钟采集的重量为W1……前n秒钟采集的重量为Wn。当这一秒钟过去，W0重新采集，旧的n秒钟的重量W0～Wn-1自动全部推向新的n+1秒重量值，即替换为现在的W1～Wn，旧的前n秒钟的重量值Wn自动丢失，这样每一秒钟自动刷新当前n+1秒钟各秒的重量值。然后通过公式FI201= (Wn-W0)×3600/n再转化量程就等于流量计算值。
　　用以上的方法计算出的流量值波动还是较大，无法进行流量控制，需要滤波计算，方法是采集x秒内的各秒钟的流量值，下一秒钟这x各流量值自动刷新，将这x个流量值全部相加然后除以x得出一个平均值，即滤波后的流量。
　　在t1～t2时间段内，因计量斗内物料已经达到下限需进料，进料时计量斗重量增加，无法采用以上的计算机方法，我们是采用0～t1时间段内的计算流量值，去掉最大与最小的流量值，然后计算余下的流量值的平均值，作为t1～t2时间内流量。
　

　　图4：流量控制方框图

　　流量的控制实现
　　因粉胶比固定不变，故可采用两个流量单回路控制，正常控制时粉料流量控制方框图如图4所示。粉料流量控制：输入为滤波后

的粉料流量，通过控制粉料排料泵转速；基胶流量的控制与粉料流量控制是一样的。在称量斗内粉料及基胶达到低限值时，需要重新进料，这时称量斗的重量值上升，无法计算流量，只能用进料前自动控制的输出平均值来赋给排料电机。
　　非正常的流量控制（t1～t2时间）当系统采用DCS控制时，回路0(粉料流量控制)开机以后，可以计算出0～t1段的时间，用n1表示，以及t1～t2时间段，用n2表示，计算t1前x秒（x大于n2小于n1，不同料不同），在x秒内将回路0的输出值进行每秒累积，同时计算累积的秒数(x)，将回路0的输出每秒累积值除以累积的秒数(x)得到回路0在自动控制以后t1～t2时间段的输出平均值；同样的方法计算出回路1(胶流量控制)自动控制以后时的输出平均值。用以上的方法计算出的流量值波动还是较大，无法进行流量控制，需滤波计算，具体滤波方法是采集若干数据(如9个)为一组,去掉一个最大值和一个最小值,其余数据取均值，作为一个有效测量数，即滤波后的流量。
　　本系统在硅酮密封胶装置上投运以来，运行良好，控制功能完全满足工艺的要求，主要具有以下几个特点：
　　1）提高了产品的质量和产量：主要通过计算机操作界面方便地进行生产管理，可以在线优化生产工艺参数，提高设备利用率，大大降低了操作人员的劳动强度；
　　2）系统运行稳定可靠，给料流量控制均匀，缩小产品批次的差别，稳定产品质量。
　　3）通过网关通信站将PLC的数据联入JX-300X系统中，实现统一监控。大大提高企业的仪控维护人员与生产管理人员的技术水平。