國內(nèi)制漿造紙自控及儀表的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

1、國內(nèi)制漿造紙自控及儀表的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)（上）制漿造紙生產(chǎn)的自動(dòng)控制，過去應(yīng)用的范圍十分有限，主要集中在制漿過程的局部簡(jiǎn)單儀表控制和紙機(jī)的電氣傳動(dòng)控制方面，大量的控制內(nèi)容是通過現(xiàn)場(chǎng)人工調(diào)整實(shí)現(xiàn)的。改革開放以來，通過國外先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品的引進(jìn)，以及借鑒相關(guān)行業(yè)自動(dòng)控制方面的經(jīng)驗(yàn)，自動(dòng)控制在造紙生產(chǎn)中逐步得到了應(yīng)用 ,正朝著整廠集中控制的方向發(fā)展。近年來，許多廠家在生產(chǎn)過程的重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行了自控系統(tǒng)的技術(shù)改造，如蒸煮控制、 盤磨控制、 配漿控制、 上漿流送控制、紙機(jī)傳動(dòng)、 紙機(jī)干燥部多段通氣控制（熱泵控制） 和水分定量檢測(cè)等方面，取得了明顯的效果。1 現(xiàn)狀及特點(diǎn)1.1 制漿過程制漿過程的自動(dòng)化控制主要集中

2、在蒸煮、磨漿、配漿和打漿的控制，主要控制參數(shù)有：液位、溫度、 壓力、流量和濃度等。從過程控制的層面上來說，一方面對(duì)生產(chǎn)過程的電動(dòng)機(jī)和電磁閥進(jìn)行邏輯、順序的控制；另一方面對(duì)罐類和工藝管道上的各種閥門進(jìn)行工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)。制漿設(shè)備中，單體設(shè)備較多，由于種種原因，制漿設(shè)備本體的機(jī)電一體化產(chǎn)品不多，相當(dāng)部分企業(yè)在制漿過程中自動(dòng)化程度普遍不高。近些年盤磨、 擠漿機(jī)、 熱分散等設(shè)備在自動(dòng)化控制方面有了較大的進(jìn)步，設(shè)備性能有所改善；在配漿和上漿濃度調(diào)節(jié)部分的改造較多，對(duì)提高和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，取得了一定效果。制漿生產(chǎn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)最初可以認(rèn)為是儀表控制系統(tǒng)和繼電器邏輯控制系統(tǒng)的結(jié)合，主要由二次儀表作為控制器來進(jìn)行

3、單回路或多回路的自動(dòng)控制。許多廠家一直延用至今，基本上是一種獨(dú)立、分離的控制。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，從20世紀(jì) 80 年代開始，以 PLC 為主流產(chǎn)品的控制器得到了普遍的應(yīng)用。由于最初的PLC 控制器以邏輯、順序控制為主，形成了一方面采用 PLC 控制器進(jìn)行電動(dòng)機(jī)、電磁閥的聯(lián)鎖和控制；另一方面采用二次儀表作為控制器來進(jìn)行單回路或多回路的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。從 80年代末期開始， PLC 控制器的功能和技術(shù)概念發(fā)生了重大變化， 以一個(gè)過程控制系統(tǒng)的面貌出現(xiàn)；而且在組態(tài)方便性和靈活性上有1 / 6了很大改善，以其容量、速度、字長、周期等為指標(biāo)，形成了系列產(chǎn)品，從而具備了從事復(fù)雜控制的能力。PLC 控制器在

4、制漿造紙生產(chǎn)的局部自動(dòng)控制中得到了普遍的應(yīng)用。新型操作終端的出現(xiàn)和CRT 顯示技術(shù)的進(jìn)步，特別是 PLC 控制器通訊能力的加強(qiáng)，使智能的、動(dòng)態(tài)的人機(jī)界面越來越多地應(yīng)用在制漿生產(chǎn)的關(guān)鍵控制點(diǎn)，如蒸球、 磨漿、配漿等部分，在被控現(xiàn)場(chǎng)配置液晶或等離子顯示真彩操作終端，可方便的與PLC 聯(lián)接，融入控制器的操作系統(tǒng)中。 觸摸式界面在用戶規(guī)定的刷新時(shí)間內(nèi)提供各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，顯示相關(guān)狀態(tài)參數(shù)、設(shè)定值與實(shí)測(cè)值， 且以數(shù)字量形式或棒圖形式顯示組態(tài)相關(guān)參數(shù)圖形；同時(shí)，觸摸式界面還具有各種操作功能， 可進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定和邏輯控制。為了在控制室可清楚地反映生產(chǎn)過程的整體和局部信息， 利用上位計(jì)算機(jī)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)

5、、操作和管理。 操作人員可以從控制室的顯示器上所顯示的不同畫面中，觀察到生產(chǎn)過程的狀態(tài)，并在專用的操作終端上或直接在控制顯示器上對(duì)生產(chǎn)過程的各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行控制。制漿造紙的生產(chǎn)過程，從控制上來說， 是一個(gè)多設(shè)備協(xié)調(diào)的聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，尤其是企業(yè)向著大規(guī)?；姆较虬l(fā)展， 原有落后的控制方式越來越不能滿足生產(chǎn)的要求。這樣 DCS 就應(yīng)運(yùn)而生。DCS ，即集散控制系統(tǒng)，又名分布式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術(shù)。它是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CRT 顯示技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)相互滲透發(fā)展起來的。DCS集散型控制系統(tǒng)， 從結(jié)

6、構(gòu)上講就是將采集和控制分散在多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，而將操作和監(jiān)視功能集中在一個(gè)或多個(gè)操作站。它從硬件上采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化產(chǎn)品，系統(tǒng)上各工作站是通過網(wǎng)絡(luò)接口相聯(lián)接的，各工作站能完全獨(dú)立地運(yùn)行。系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)使系統(tǒng)資源共享， 對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組態(tài)進(jìn)行在線修正、在線維修。 它的突出優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的硬件和軟件都具有靈活的組態(tài)和配置能力。軟件的開放性尤為突出。制漿造紙生產(chǎn)過程的DCS 控制系統(tǒng)包括若干個(gè)子工段控制系統(tǒng)：如濕法備料及連蒸、白水回收、洗選漂、抄紙、烘缸三段通汽、上漿濃度和QCS 等等。每個(gè)控制子系統(tǒng)既有著相對(duì)的獨(dú)立性， 又彼此互相聯(lián)系。因此整個(gè)系統(tǒng)采用控制環(huán)節(jié)分散、數(shù)據(jù)處理集中的方式，即多操作站

7、的 DCS 系統(tǒng)。 DCS 通過系統(tǒng)總線把車間和各工段的DCS 聯(lián)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。各DCS2 / 6子系統(tǒng)主要由基本I/O 單元、過程主站、操作站、報(bào)警站、操作終端、顯示器、報(bào)警打印機(jī)和報(bào)告打印機(jī)組成， 再加上生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)儀表和執(zhí)行機(jī)以及控制中心組成一個(gè)完整的造紙生產(chǎn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。DCS 控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般分為過程控制級(jí)、自動(dòng)化級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。系統(tǒng)硬件配置一般為：工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為操作員站組成上位機(jī)管理系統(tǒng)。大型控制器組成自動(dòng)化中心控制系統(tǒng)。操作顯示終端作為現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面。分布式遠(yuǎn)程控制站作為控制單元。過程控制級(jí)的操作界面采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，使用標(biāo)準(zhǔn)軟件和網(wǎng)絡(luò)， 以實(shí)現(xiàn)過程診斷、 過程監(jiān)視、控制

8、及信息管理。標(biāo)準(zhǔn)的顯示和操作窗口,實(shí)時(shí)顯示工藝流程控制點(diǎn)的過程參數(shù)，操作員可以很方便地通過動(dòng)態(tài)畫面，實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)， 如液位高低， 閥門開度、 電機(jī)啟停等；同時(shí)，根據(jù)該工段的工藝流程需要，及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。對(duì)于調(diào)節(jié)回路有兩種控制方式，即自動(dòng)調(diào)節(jié)和手動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)點(diǎn)擊畫面上的自動(dòng)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)，可以切換自動(dòng)手動(dòng)方式。 在自動(dòng)狀態(tài)下，調(diào)節(jié)回路由PLC 進(jìn)行控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開度。此時(shí)，若點(diǎn)擊閥門，將出現(xiàn)提示窗口， 提示此時(shí)是處于自動(dòng)狀態(tài)下，不能手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。若處于手動(dòng)狀態(tài)下， 操作工可以自行調(diào)節(jié)閥門開度。發(fā)現(xiàn)異常事件，作出提示、報(bào)警及處理命令；并可調(diào)閱與修改控制參數(shù)，遠(yuǎn)程切換工作狀態(tài)，故障診斷及報(bào)

9、表打印；也可保存生產(chǎn)報(bào)表及報(bào)警信息。過程控制級(jí)的 PC 機(jī)，通過生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，接受中心PLC 的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，向經(jīng)營管理網(wǎng)絡(luò)傳送各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)及接受各類生產(chǎn)任務(wù)。 過程控制站的控制能力至關(guān)重要， 主要以控制功能塊的能力、 數(shù)量、組態(tài)方便性和靈活性來衡量； 過程控制站的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性同樣重要， 可通過冗余配置使其可靠性更高， 但目前在造紙生產(chǎn)線的應(yīng)用還很少見， 其主要考慮的是其性能價(jià)格比的原因。自動(dòng)化級(jí)均采用裝有單處理器或多處理器的高性能大型PLC 控制器。自動(dòng)化級(jí)與過程控制級(jí)的通訊由工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的通訊由PROFIBUS-DP通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，作為一部3 / 6分的中心控制單元，根據(jù)工藝要

10、求控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。完成各現(xiàn)場(chǎng)PLC 所組成的子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制。目前較為普遍的配置是采用大型控制器組成自動(dòng)化中心控制系統(tǒng)，即過程控制級(jí)。 系統(tǒng)容易擴(kuò)展和具備網(wǎng)絡(luò)通訊能力；采用分布式結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程智能化接口提供了各種電壓和保護(hù)等級(jí)的數(shù)字、模擬I/O 單元，可以集中放置，也可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)。為使人員方便操作， 并考慮到工藝工程師和控制工程師的需要，每一工段配置一臺(tái)上位監(jiān)控微機(jī)，作為普通級(jí)操作員站，操作員可通過上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行操作和控制?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)，主要由標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)產(chǎn)品連接在現(xiàn)場(chǎng)總線上。（ 1 ）現(xiàn)場(chǎng)操作面板。操作面板適合于分散的、與設(shè)備相關(guān)的控制和監(jiān)視。不同的傳動(dòng)和傳動(dòng)組均可有標(biāo)準(zhǔn)的圖形顯

11、示及相同的操作步驟。 現(xiàn)場(chǎng)操作與顯示終端以動(dòng)態(tài)圖形實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員可通過觸摸屏操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。（2) 遠(yuǎn)程 I/O 站。遠(yuǎn)程I/O 站通過現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)接中心控制PLC 、交換各種實(shí)時(shí)信息；通過 I/O 口，聯(lián)接智能過程控制儀、變送器等實(shí)施調(diào)節(jié)控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的布局，采用分布式布局 ,就地實(shí)時(shí)響應(yīng)生產(chǎn)過程事件，極大地減少了現(xiàn)場(chǎng)至控制室的電纜聯(lián)線，使生產(chǎn)過程控制局部化、 模塊化， 不僅提高了系統(tǒng)的性能，使風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)降低，而且又有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展與維護(hù)。（3) 驅(qū)動(dòng)單元，如變頻控制器，調(diào)節(jié)閥等。監(jiān)控系統(tǒng)是DCS 系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，采用的過程監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)適合于對(duì)過程事件的快速反應(yīng)

12、。過程監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能：圖形系統(tǒng)：通過組態(tài)，可構(gòu)成豐富多彩的動(dòng)態(tài)參數(shù)控制畫面。信息報(bào)警： 捕捉過程信息和本地事件， 將這些內(nèi)容歸在檔案庫中， 并在需要時(shí)有選擇地提取它們，或直接轉(zhuǎn)移到相關(guān)的過程畫面上產(chǎn)生報(bào)警信息。生產(chǎn)報(bào)表： 提供一套報(bào)表系統(tǒng)， 可方便地對(duì)歷史數(shù)據(jù)或即時(shí)數(shù)據(jù)組合生成用戶所需的生產(chǎn)報(bào)表。4 / 6工藝流程圖： 動(dòng)態(tài)顯示全廠工藝流程，使操作人員能了解全廠各工藝段的運(yùn)行狀況，便于調(diào)度管理。設(shè)備工況運(yùn)行圖：動(dòng)態(tài)顯示各廠內(nèi)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，隨時(shí)了解廠內(nèi)的設(shè)備及生產(chǎn)情況。瀏覽系統(tǒng)：在自動(dòng)化系統(tǒng)的服務(wù)器中，應(yīng)支持310 個(gè)客戶的網(wǎng)上瀏覽，這樣，業(yè)主在一些管理或技術(shù)部門的辦公室里，可以對(duì)整個(gè)

13、工廠的運(yùn)行情況進(jìn)行瀏覽。系統(tǒng)自診斷： 集成控制系統(tǒng)應(yīng)有一套完整的自診斷功能，可以在運(yùn)行中自動(dòng)地診斷出系統(tǒng)的任何一個(gè)部件是否出現(xiàn)故障，并且在監(jiān)控軟件中及時(shí)、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)及相關(guān)信息。在系統(tǒng)或工藝設(shè)備發(fā)生故障后，I/O 狀態(tài)應(yīng)返回到工藝要求預(yù)設(shè)置的狀態(tài)上。系統(tǒng)操作權(quán)限： 整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有多個(gè)操作級(jí)別，每個(gè)級(jí)別均應(yīng)有各自的用戶和口令，它能防止用戶越權(quán)存取顯示數(shù)據(jù)和系統(tǒng)功能，具有相當(dāng)高的安全可靠性。1.2 造紙過程造紙過程的自動(dòng)化控制突出地表現(xiàn)在紙機(jī)的傳動(dòng)控制方面。因紙種變化， 紙機(jī)的速比變化較大，漿料配比、不同紙張?zhí)匦缘?，使紙機(jī)車速需要有較大范圍的調(diào)整；同時(shí)電網(wǎng)電壓、頻率和

14、負(fù)荷的波動(dòng)， 也會(huì)引起紙機(jī)車速的變化，烘干部各段不同的加熱溫度，都會(huì)使紙頁產(chǎn)生縱向的收縮，因此，要求紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)穩(wěn)定、精確、同步、協(xié)調(diào)的變速傳動(dòng)系統(tǒng)。造紙生產(chǎn)過程的電氣傳動(dòng)，分為定速傳動(dòng)和變速傳動(dòng)。定速傳動(dòng)主要有泵類、攪拌類電機(jī)，現(xiàn)在對(duì)于大功率定速電機(jī)的控制，已逐步推廣采用具備良好起動(dòng)功能的軟起動(dòng)控制器。由于紙機(jī)傳動(dòng)控制目前幾乎毫無例外地采用多點(diǎn)分部傳動(dòng)的形式，客觀上對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)提出了快速、 精確、穩(wěn)定和可靠等較高的要求；又因紙機(jī)傳動(dòng)在生產(chǎn)中的特殊重要地位，紙機(jī)電氣傳動(dòng)控制的一般配置由較大型PLC 控制單元、矢量型變頻單元和生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)組成。運(yùn)用 PROFIBUS 通訊協(xié)議構(gòu)成先

15、進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，傳輸各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，執(zhí)行生產(chǎn)指令；控制各傳動(dòng)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。5 / 6近些年電氣傳動(dòng)系統(tǒng)普遍采用國外進(jìn)口控制裝置，傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)速精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和可靠性等方面得到了大大提高。其通訊功能強(qiáng)，具有多種通訊協(xié)議；參數(shù)范圍廣， 可適用于各種應(yīng)用場(chǎng)合；能自動(dòng)測(cè)試負(fù)載特性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化；能通過磁通電流控制自動(dòng)進(jìn)行負(fù)載補(bǔ)償，完善的保護(hù)功能如：過溫、過壓、欠壓、失步、接地錯(cuò)誤等等；如力矩控制、張力控制、卷徑計(jì)算等， 能滿足造紙工業(yè)的各種特殊工藝要求，使長期困擾廠家的國產(chǎn)模擬控制裝置的諸多問題有了根本性的改變， 提高了生產(chǎn)效益。 目前傳動(dòng)系統(tǒng)已由最初的模擬控制向全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通訊方向過渡， 后者分辨率更高、控制更精確，同時(shí)，作為整廠集中控制系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)， 便于與其它有關(guān)部分通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，因此，一些著名品牌高檔次的控制器正越來越多地得到應(yīng)用。與制漿過程所不同的是，紙機(jī)本體設(shè)備如：流漿箱、壓光機(jī)、卷紙機(jī)、切紙機(jī)、復(fù)卷機(jī)等，設(shè)備本體配備的自動(dòng)化技術(shù)水平是較高的。實(shí)踐證明， 紙機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)自普遍采用數(shù)字式驅(qū)動(dòng)裝置以來，控制精度和系統(tǒng)的安全可靠性得到了極大提高，已