關鍵字：造紙；控制系統 隨著造紙生產工藝和設備的不斷進步，對造紙生產自動控制的要求越來越高，也使廠家對這方面越來越重視，如何更好地選擇和切合實際地配置性能價格比最高的自動控制系統，已突出地擺在各生產廠家面前。造紙生產的自動控制，過去只集中在電氣傳動方面，現在的范圍己擴大到打漿控制系統、配漿控制系統、上漿流送控制系統、紙機干燥部多段通氣控制系統（熱泵控制）和水分定量檢測等方面，即通常說的DCS過程控制系統和QCS質量檢測系統，正朝著整廠集中控制的方向發展。 一．電氣傳動傳動系統 近些年電氣傳動系統普遍采用國外控制裝置以來，傳動系統的穩速精度、動態響應和可靠性等方面得到了大大的提高，尤其是交流變頻控制裝置的推廣，使生產廠家得到了很大的益處，使長期困擾廠家的國產模擬控制裝置的諸多問題有了根本性的改變，提高了生產效益。目前傳動系統己由最初的模擬設定向全數字網絡通訊的方向過度，后者分辨率更高、控制更精確，同時，作為整廠集中控制系統的一部分，便于與其它有關部分通過數據網絡的聯接，正因如此，一些通訊功能弱的或通訊協議開放性差的控制器的市場份額逐步在下降，而一些著名品牌高檔次的控制器正越來越多地得到應用。本公司長期從事造紙行業的自動化工程項目，自1994年首臺1760/300文化紙機全數字電氣傳動系統在廣寧人民造紙廠投產成功以來，采用西門子公司先進技術，成功地開發出不同的控制系統，形成了較完整的產品系列。在板紙等較厚紙種的生產線上，如車速在150m／min以下，我們通常選用西門子公司MDV型變頻器、西門子公司S7-200型PLC，采用USS數據通訊協議。這種配置最大的特點是結構簡單、經濟實用。在車速150m／min以上的紙機或薄頁紙、特種紙生產線上，我們通常選用西門子公司6SE70工程型變頻器、西門子公司S7-200或S7-300型PLC，采用USS數據通訊協議。這種配置的特點是結構簡單、控制精度較高。在較大型紙機或用戶對電氣傳動系統的組網能力和配置水準要求較高時，我們選用代表目前先進水平的西門子公司6SE70程型變頻器、西門子57－400型PLC，采用PROFIBUS-DP現場數據總線網絡的方式進行通訊，這種配置的主要特點是通訊速率高，達12MB/s，系統的容量大，現場數據總線可接127個站。 二．整廠集成控制系統 隨著工業自動化過程控制理論和計算機技術的迅速發展，人們對工業自動化過程控制系統提出了更高的要求，面對的三大主要問題是系統各層次之間的數據交換量迅速增大、系統中現場總線技術的融合與提高、安全可靠的軟件。PCS就是在這種形勢下開發的新一代過程控制系統，它是在西門子公司TELEPER M系列集散系統及S5、S7系列PLC的基礎上，面向整個生產過程的過程控制系統。西門子公司推出的PCS7控制系統使用SIMATIC PCS7軟件及SIEMENS S7系列硬件組成完整的、統一的工廠自動化系統。是基于全全集成自動化思想的新一代過程控制系統。 1. 控制結構及通訊網絡：整廠集成控制系統一般分為過程控制級、自動化級和現場級�！ ∵^程控制級 過程控制級采用高性能的PC機，采用標準軟件和網絡可實現過程診斷、過程監視、控制及全廠信息管理。用標準的顯示和操作窗口，可顯示各生產環節的畫面及圖表。調用所有操作參數及設備參數進行修改和調整，所有數據隨時可以拷貝存檔該系統是完全開放的�！ ∽詣踊墶 ∽詣踊壘捎醚b有單處理器或多處理器的CPU，自動化級與過程控制級的通訊由SIMATIC NET INDUSTRIA ETHERNET工業以太網實現。該網絡系統可接入1024個站點，速率為10MB/S。與現場級的通訊由SIMATIC NET PROFIBUS-DP通訊網絡實現，速率可達12MB/S，系統可接127個站。 現場級 在現場級，主要有三類標準的系統產品連接在現場總線上�，F場操作面板OP27、OP25、TP27等。操作面板OP27、OP25、TP27等適合于分散的，與設備相關的控制和監視。不同的傳動和傳動組均可有標準的圖形顯示及相同的操作步驟。交流變頻器等控制裝置。6SE70、6RA70作為電機的驅動和控制單元，具有相同的性能、有清晰的硬件結構，清楚明了的運行和故障診斷方式。遠程智能化接口 SIMMIC S7 ET200 。ET200M I／O系列提供了各種電壓和保護等級的數字、模擬I／O單元，可以集中放置，也可以分散安裝在現場，其它的傳 感器和執行機構可以直接連接在此開放式的總線結構中�！ ROFIBUS現場總線 PROFIBUS用于現場控制及檢測采集單元的數據交換。PROFIBUS現場總線是基于國際標準EN50170的開放的現場總線，采用令牌調度原理進行數據通訊，主要包括最高波特率可達12M的高速總線PROFIBUS-DP（H2）和用于過程的本安型低速總線 PROFIBUS一PA（H1）。DP和PA的完美結合使得PROFIBUS現場總線在結構和性能上優越于其他現場總線。PROFIBUS既適合于自動化系統與現場信號單元的通訊，也可用于直接連接帶有接口的變送器、執行器、傳動裝置和其它現場儀表及設備，對現場信號進行采集和監控，并且用一對雙絞線替代了傳統的大量的傳輸電纜。大量節省了電纜的費用，也相應節省了施工調試以及系統投運后的維護時間和費用。值得注意的是，目前在紙機電氣傳動系統中，國外似乎己毫無例外的采用PROFIBUS-DP現場數據總線網絡的方式進行通訊，無疑，這將是今后應用得最廣泛的，因為它是可靠性和安全性都較完善的現場實時控制網絡，但受到價格等諸因素的影響，中、小型紙機應用較少。 2．操作系統及軟件 SIMATIC全集成自動化系統目前可以為所有的自動化應用提供統一的技術環境，主要是：統一的數據管理，統一的通訊協議，統一的組態和編程軟件。 SIMATIC PCS采用WinCC作為上位機的監控軟件，操作系統用Windows NT4.0，通訊網絡是采用工業以太網和PROFIBUS現場總線。工業以太網用于系統站之間的數據通訊，PROFIBUS網用于I/O站的通訊。SIMATIC PCS采用符合IEC-1131-3國際標準的編程軟件和現場設備庫，提供連續控制、順序控制及高級編程語言�，F場設備庫提供大量的常用的現場設備信息及功能塊，可大大簡化組態工作，縮短工程周期。SIMATIC PCS7具ODBC、OLE等標準接口，并且應用以太網、PROFIBUS現場總線等開放網絡，從而具有很強的開放性�？梢院苋菀椎剡B接上位機管理系統和其它廠商的控制系統。在服務器上，操作系統用Windows NT 4.0 控制軟件采用 SIMATIC WINCC控制系統。 SIMATIC WINCC是SIMATIC全集成自動化的一個重要組成部分，對于我們來說，可以將組態過程中的符號表連接到WINCC的變量中，也可以將有關控制器的控制信息在WINCC的系統中直接體現。SIMATIC WINCC控制系統的特點：SIMATIC WINCC在較短的時間內，發展成為世界范圍內最成功的HMI/SCADA系統之一。即Windows Control Center（視窗控制中心）它是第一個使用32位技術的過程監控系統。它搶先式多任務的特點適合于對過程事件的快速反應。WINCC的開放性和可擴充性是其最顯著的特點，開放性主要體現在軟件方面： a.集成了標準的數據庫接口，ODBC/SQL。當廠家在全廠建立起信息數據管理系統時，生產現場的數據可以通過數據庫接口與全廠信息數據管理系統連接。b.提供了標準的OPC、工業ActiveX接口。通過接口，其它的應用程序可集成到過程畫面上，并與WINCC交換相關的數據，WINCC控制系統中集成了 OPC接口，用于連接其它符合OPC規范的控制器驅動程序，所以，WINCC理論上可以支持所有控制器。 c.提供了標準的API編程接日，程序工程師可以使用其它編程語言，通過API接口訪問WINCC以交換數據.WINCC的基本功能： 圖形系統：通過組態，可構成豐富多彩的動態參數控制畫面�！ ≮厔輾w檔：生產工藝過程中出現的事件和事故分析及趨勢均可記錄在WINCC中�！ ⌒畔缶篧INCC捕捉過程信息和本地事件，將這些內容歸在檔案庫中，并在需要時有選擇的提取它們，或直接轉移到相關的過程畫面上。 生產報表：WINCC提供了一套報表系統，可方便地產生黑白和彩色的生產報表； 三．本公司在造紙行業PCS系統的應用 本公司近年來在西門子公司PCS7系統基礎上開發的整廠集成控制系統，根據實際情況，采用多重CPU的控制結構，較好地解決了系統的快速性和安全性的問題，使整廠集成控制系統局域化，既作到了集中管理，又分散和加強了局域控制能力，在運行過程中取得了很好的效果�！ ∫陨綎|在平造紙廠干法紙機為例： 1．系統控制結構：本系統采用PCS7體系控制結構，從上至下，為三層網絡結構：過程控制級、自動化級、和現場控制級�，F場控制級帶9個現場操作站與7個顯示終端，分別顯示及控制局部區域的過程參數。按整機控制系統的要求，系統分九個部分的內容： 1）主傳動控制系統 2）溫度控制系統 3）壓力控制系統 4）張力控制系統 5）濕度控制 6）斷紙檢測 7）噴膠控制 8）輔傳動控制系統 9）氣路控制系統 2．系統的三個功能級 現場控制級： 1）本級由9個SIEMENS S7型PLC與7個顯示終端及若干變頻控制器、智能過程控制儀、張力傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、光電傳感器及變送器等組成�！ �2)功能強大、使用方便。PLC、智能過程控制器等根據設備現場的布局，采用分布式布局，就地實時響應生產過程事件，極大地減少了現場至控制室的電纜聯線，使生產過程控制局部化、模塊化，不僅提高了系統的性能，使風險系數降低，而且又有利于系統的擴展與維護。 3)現場操作與顯示終端(PWS）以動態圖形(X-Y圖形）實時顯示生產數據，現場操作人員可通過觸摸屏操作現場設備�！ �4)智能過程控制器等分別完成對諸如壓力、溫度等參數的自動控制。 5)PLC及智能過程控制儀、變送器通過現場控制網絡、聯接中心控制PLC、交換各種實時信息。 自動化控制級（中心控制級）: 1)本級由SIEMENS大型PLCS7－414組成�！ �2)運用PROFIBUS通訊協議構成先進的L2-DP現場總線網絡。 3)作為整機的中心控制單元，控制主傳動點的運行狀態�！ �4)根據工藝要求完成各現場PLC所組成的子系統之間的協調控制�！ �5)接收現場PLC及智能過程控制站傳送的實時信息。 6)通過生產管理網絡聯接生產管理級計算機傳輸各種生產數據。 7)執行生產管理級計算機的指令。判斷并處理整機運行事件�！ ∵^程控制級： 1)本級由一臺工業控制計算機組成�！ �2)系統使用SIMATIC PCS7軟件，操作系統用 WindOWS NT 4．0，采用 WinCC作為上位機的監控軟件�！ �3)通過過程控制網絡，接受中心PLC的生產數據。 4)實時顯示工藝流程控制點的過程參數。 5)監控整機運行狀況，發現異常事件，作出提示、報警及處理命令。 6)調閱與修改控制參數�！ �7)遠程切換工作狀態�！ �8)故障診斷及報表打印�！ �9)保存生產報表及報警信息�！ �10)過程控制計算機可聯入廠級經營管理網絡，向經營管理網絡傳送各類生產數據及接受各類生產任務。 3．紙機主要控制點的控制方式： a．主傳動： 1)整機主傳動指B201＃一B211＃�！ �2)其中B205＃成型輥電機暫未考慮�！ �3)采用西門子6SE70型全數字矢量型變頻器作為驅動單元，旋轉式光電編碼器作為速度反饋單元，構成閉環控制。 4)現場操作臺上的三臺PWS和計算機界面均能顯示其線速度、負荷等參數，并可根據工藝要求進行速度的設定和微調。 5)各分部速度給定采用鏈式給定方式，在保證各分部速差的基礎上，實現同步控制。 6)B201#、B202＃兩臺送料電機與纖維分離傳動電機D101＃聯鎖，D101＃電機未達額定值送料電機不能啟動�！ �7)兩臺送料電機設手動一自動切換鈕，手動狀態獨立起、停，聯動狀態交替運行。 8)兩臺送料電機的速度由定量檢測儀輸出信號控制�！ ．熱輥表面溫度（TO1、T02、T22）： 1)采用紅外溫度傳感器進行表面溫度測量。通過智能溫度控制儀控制可控硅無級調溫裝置，進而調節加熱棒的電功率。 2)顯示：現場與計算機界面顯示�！ �3)設定：現場與計算機界面設定�！ �4)超限聲光報警�！ .烘箱的風溫控制(T03-06、T10一T17）： 1)采用溫度傳感器通過智能儀表控制電動調節閥V01-V03，進而控制進油量來調節溫度�！ �2)顯示：現場與計算機界面顯示�！ �3)設定：現場與計算機界面設定。 4)超限聲光報警�！ ．熱輥的壓力控制（P02、P04、P07）： 1)在熱輥兩端安裝壓力傳感器以檢測線壓。 2)通過控制儀表調節氣動調節閥，實現氣囊氣壓的恒定�！ �3)顯示：現場與計算機界面顯示�！ �4)設定：現場與計算機界面設定。 5)超限聲光報警�！ ．成型部真空壓力(Y01一Y04）： 1)成型部下部安裝真空壓力傳感器�！ �2)采用智能儀表調節電動閥門的開度，控制抽風量，來保持下部負壓恒定。 3)顯示：現場與計算機界面顯示�！ �4)設定：現場與計算機界面設定�！ �5)超限報警。 f．張力控制： 1)整機紙頁的張力控制設在卷取前。 2)通過張力變送器的信號，調節相關主傳動的速度，保證紙頁張力恒定�！ �3)顯示：現場與計算機界面顯示�！ �4)超限聲光報警。 g．濕度控制： 1)成型部的濕度控制采用濕度控制儀表分段控制四路電磁閥的方式�！ �2)濕度現場與計算機界面顯示�！ ．噴膠控制： 1)噴膠流量控制采用流量控制儀調節電動閥門的方式。 2)噴膠氣壓手動控制�！ �3)流量電動鬧與噴膠氣閥同時打開。 4)電動閥關閉十秒后，氣閥才關閉�！ �5)現場和計算機界面顯示與設定。 4．計算機監控畫面的設置：a．監控畫面根據DCS系統畫面的要求，在W．NT下編程制作。b．畫面通過縮略方式突出工藝流程全過程。動電氣系統元件的圖形符號按國家標準設置。d．主傳動點及重要的輔助傳動點電機運行在線動態顯示，紅色為靜止，綠色為運行（轉動），單擊可顯示窗日，進行狀態切換。e.用鼠標單擊各主傳動點，可激活相應的控制參數顯示窗口，如速度、負荷等，顯示設定值、實際值，并可修改設定。f．主傳動點的參數棒圖和數值顯示。g．重要的電磁閥動態顯示，紅色為關閉，綠色為開啟。h．電動閥門指示開度，單擊可顯示開度百分比。i．溫度與壓力檢測點全部在線數字顯示�？刂泣c顯示設定值、實際值，并可修改設定。j．張力控制點在線數字顯示。k．斷紙、斷料檢測點在線動態顯示。斷紙、斷料時紅塊閃爍。l．膠液流量在線數字顯示。m.膠料料罐低料位閃爍報警。n．溫度和壓力測量點的參數棒圖和數字顯示。o.電動機及電磁閥列方陣表格顯示狀態。P．環境溫度、濕度和紙機運行速度在畫面左下角列框顯示。q．設尋查鍵，令畫面動態鎖定，以分析各參數瞬時狀況。制漿造紙過程是一個復雜的工業過程，具有高度不確定性，非線性，關連性， 大滯后和狀態不完全性。目前，國內造紙行業的自動化水平普遍不高，各廠家應從 生產過程的優化控制等底層自動化方面開始做起，在系統配置時，應充分考慮管理 信息系統的要求，注意系統的標準化和開放性，為企業的發展服務。
紙張對電控系統的要求
1） 紙機工作速度要有較大的調節范圍，為了使造紙機具有較強的產品、原料的適應性（如打漿度、漿料配比與種類、定量、紙種等），紙機傳動可在較大的范圍內均勻的調節速度，調節范圍為1:8；（2） 車速要有較高的穩定裕度，總車速提升、下降要平穩。為了穩定紙頁的定量和和質量、減少紙幅斷頭，要求紙機穩速精度為±0.05～0.01%；（3） 速差控制，速比可調、穩定。紙幅在網部和壓榨部時，其縱向伸長橫向收縮，而在烘干部時，兩向都收縮，因此紙機各分部的線速度稍有差異，即速差。速差在一定范圍內變化不引起紙頁質量的突變。此時的速差對成紙來說，主要影響紙頁的克重。誤差應控制在0.1%以內保持紙張不被拉斷。紙機各分部的速比的最大波動值與漿料配比、定量、車速、生產工藝、紙頁收縮率及分部之間的紙幅無承托引段的張力等因素有關。因此，造紙機各相鄰分部間應有適當的速差來形成良好的紙頁。紙機各分部的速度必須是可以調節的，為±10~15%。利于工作時調整。為了生產較高質量的紙幅和減少斷頭率，還要保持各分部間速比的穩定；（4） 各分部點具有速度微升、微降功能，引紙操作時的緊紙、松紙功能。具有剛性聯結或軟聯結的傳動分部，如網部、壓榨部、施膠部，能進行負荷動態調節。防止某點的速度發生變化而引起負荷在分部內動態轉移，如不及時進行自動的調節（因為現在使用的變頻器基本上都不具備長期四象限運行能力），有的傳動點負載可能超過它自身的功率范圍引起過流發生，有的傳動點被拖動而引起過高的泵升電壓，導致變頻器過壓而保護跳閘，甚至損壞變頻器和損壞毛布。同時在這些分部中，應具有單動、聯動功能，并可以同時起動、停止。必要的顯示功能，如線速度、電流或轉矩、運行信號、故障信號等；（5） 爬行速度。 為了檢修和清洗聚酯網、壓榨毛毯、干網以及各分部的運行工況，各分部應有15～50m/min可調的爬行速度，但不宜在此速度下長時間運行；（6） 紙機為恒轉矩負載性質，要選擇具有恒轉矩控制性能的變頻器，并具有較高的分辨率，良好的通訊能力，并采用plc作為控制單元，實現對整個控制系統的可靠、協調的控制，以滿足紙機控制系通正常工作的需要。
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