關鍵字：造紙；控制系統(tǒng) 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(tǒng)，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(xiàn)在的范圍己擴大到打漿控制系統(tǒng)、配漿控制系統(tǒng)、上漿流送控制系統(tǒng)、紙機干燥部多段通氣控制系統(tǒng)（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(tǒng)和QCS質量檢測系統(tǒng)，正朝著整廠集中控制的方向發(fā)展。 一．電氣傳動傳動系統(tǒng) 近些年電氣傳動系統(tǒng)普遍采用國外控制裝置以來，傳動系統(tǒng)的穩(wěn)速精度、動態(tài)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(tǒng)己由最初的模擬設定向全數(shù)字網(wǎng)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(tǒng)的一部分，便于與其它有關部分通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的聯(lián)接，正因如此，一些通訊功能弱的或通訊協(xié)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(yè)的自動化工程項目，自1994年首臺1760/300文化紙機全數(shù)字電氣傳動系統(tǒng)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(fā)出不同的控制系統(tǒng)，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(shù)據(jù)通訊協(xié)議。這種配置最大的特點是結構簡單、經(jīng)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(shù)據(jù)通訊協(xié)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(tǒng)的組網(wǎng)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(xiàn)場數(shù)據(jù)總線網(wǎng)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(tǒng)的容量大，現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線可接127個站。 二．整廠集成控制系統(tǒng) 隨著工業(yè)自動化過程控制理論和計算機技術的迅速發(fā)展，人們對工業(yè)自動化過程控制系統(tǒng)提出了更高的要求，面對的三大主要問題是系統(tǒng)各層次之間的數(shù)據(jù)交換量迅速增大、系統(tǒng)中現(xiàn)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(fā)的新一代過程控制系統(tǒng)，它是在西門子公司TELEPER M系列集散系統(tǒng)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(tǒng)。西門子公司推出的PCS7控制系統(tǒng)使用SIMATIC PCS7軟件及SIEMENS S7系列硬件組成完整的、統(tǒng)一的工廠自動化系統(tǒng)。是基于全全集成自動化思想的新一代過程控制系統(tǒng)。 1. 控制結構及通訊網(wǎng)絡：整廠集成控制系統(tǒng)一般分為過程控制級、自動化級和現(xiàn)場級。 過程控制級 過程控制級采用高性能的PC機，采用標準軟件和網(wǎng)絡可實現(xiàn)過程診斷、過程監(jiān)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(huán)節(jié)的畫面及圖表。調用所有操作參數(shù)及設備參數(shù)進行修改和調整，所有數(shù)據(jù)隨時可以拷貝存檔該系統(tǒng)是完全開放的。 自動化級 自動化級均采用裝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(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)。該網(wǎng)絡系統(tǒng)可接入1024個站點，速率為10MB/S。與現(xiàn)場級的通訊由SIMATIC NET PROFIBUS-DP通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)，速率可達12MB/S，系統(tǒng)可接127個站。 現(xiàn)場級 在現(xiàn)場級，主要有三類標準的系統(tǒng)產品連接在現(xiàn)場總線上。現(xiàn)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(jiān)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(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，其它的傳 感器和執(zhí)行機構可以直接連接在此開放式的總線結構中。 PROFIBUS現(xiàn)場總線 PROFIBUS用于現(xiàn)場控制及檢測采集單元的數(shù)據(jù)交換。PROFIBUS現(xiàn)場總線是基于國際標準EN50170的開放的現(xiàn)場總線，采用令牌調度原理進行數(shù)據(jù)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(xiàn)場總線在結構和性能上優(yōu)越于其他現(xiàn)場總線。PROFIBUS既適合于自動化系統(tǒng)與現(xiàn)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(zhí)行器、傳動裝置和其它現(xiàn)場儀表及設備，對現(xiàn)場信號進行采集和監(jiān)控，并且用一對雙絞線替代了傳統(tǒng)的大量的傳輸電纜。大量節(jié)省了電纜的費用，也相應節(jié)省了施工調試以及系統(tǒng)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(tǒng)中，國外似乎己毫無例外的采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線網(wǎng)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(xiàn)場實時控制網(wǎng)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(tǒng)及軟件 SIMATIC全集成自動化系統(tǒng)目前可以為所有的自動化應用提供統(tǒng)一的技術環(huán)境，主要是：統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理，統(tǒng)一的通訊協(xié)議，統(tǒng)一的組態(tài)和編程軟件。 SIMATIC PCS采用WinCC作為上位機的監(jiān)控軟件，操作系統(tǒng)用Windows NT4.0，通訊網(wǎng)絡是采用工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS現(xiàn)場總線。工業(yè)以太網(wǎng)用于系統(tǒng)站之間的數(shù)據(jù)通訊，PROFIBUS網(wǎng)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(xiàn)場設備庫，提供連續(xù)控制、順序控制及高級編程語言。現(xiàn)場設備庫提供大量的常用的現(xiàn)場設備信息及功能塊，可大大簡化組態(tài)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(wǎng)、PROFIBUS現(xiàn)場總線等開放網(wǎng)絡，從而具有很強的開放性。可以很容易地連接上位機管理系統(tǒng)和其它廠商的控制系統(tǒng)。在服務器上，操作系統(tǒng)用Windows NT 4.0 控制軟件采用 SIMATIC WINCC控制系統(tǒng)。 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(tài)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(tǒng)中直接體現(xiàn)。SIMATIC WINCC控制系統(tǒng)的特點：SIMATIC WINCC在較短的時間內，發(fā)展成為世界范圍內最成功的HMI/SCADA系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)。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(xiàn)在軟件方面： a.集成了標準的數(shù)據(jù)庫接口，ODBC/SQL。當廠家在全廠建立起信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)時，生產現(xiàn)場的數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)庫接口與全廠信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)連接。b.提供了標準的OPC、工業(yè)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(shù)據(jù)，WINCC控制系統(tǒng)中集成了 OPC接口，用于連接其它符合OPC規(guī)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(shù)據(jù).WINCC的基本功能： 圖形系統(tǒng)：通過組態(tài)，可構成豐富多彩的動態(tài)參數(shù)控制畫面。 趨勢歸檔：生產工藝過程中出現(xiàn)的事件和事故分析及趨勢均可記錄在WINCC中。 信息報警：WINCC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(tǒng)，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(yè)PCS系統(tǒng)的應用 本公司近年來在西門子公司PCS7系統(tǒng)基礎上開發(fā)的整廠集成控制系統(tǒng)，根據(jù)實際情況，采用多重CPU的控制結構，較好地解決了系統(tǒng)的快速性和安全性的問題，使整廠集成控制系統(tǒng)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。 以山東在平造紙廠干法紙機為例： 1．系統(tǒng)控制結構：本系統(tǒng)采用PCS7體系控制結構，從上至下，為三層網(wǎng)絡結構：過程控制級、自動化級、和現(xiàn)場控制級。現(xiàn)場控制級帶9個現(xiàn)場操作站與7個顯示終端，分別顯示及控制局部區(qū)域的過程參數(shù)。按整機控制系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)分九個部分的內容： 1）主傳動控制系統(tǒng) 2）溫度控制系統(tǒng) 3）壓力控制系統(tǒng) 4）張力控制系統(tǒng) 5）濕度控制 6）斷紙檢測 7）噴膠控制 8）輔傳動控制系統(tǒng) 9）氣路控制系統(tǒng) 2．系統(tǒng)的三個功能級 現(xiàn)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(jù)設備現(xiàn)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(xiàn)場至控制室的電纜聯(lián)線，使生產過程控制局部化、模塊化，不僅提高了系統(tǒng)的性能，使風險系數(shù)降低，而且又有利于系統(tǒng)的擴展與維護。 3)現(xiàn)場操作與顯示終端(PWS）以動態(tài)圖形(X-Y圖形）實時顯示生產數(shù)據(jù)，現(xiàn)場操作人員可通過觸摸屏操作現(xiàn)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(shù)的自動控制。 5)PLC及智能過程控制儀、變送器通過現(xiàn)場控制網(wǎng)絡、聯(lián)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(xié)議構成先進的L2-DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。 3)作為整機的中心控制單元，控制主傳動點的運行狀態(tài)。 4)根據(jù)工藝要求完成各現(xiàn)場PLC所組成的子系統(tǒng)之間的協(xié)調控制。 5)接收現(xiàn)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(wǎng)絡聯(lián)接生產管理級計算機傳輸各種生產數(shù)據(jù)。 7)執(zhí)行生產管理級計算機的指令。判斷并處理整機運行事件。 過程控制級： 1)本級由一臺工業(yè)控制計算機組成。 2)系統(tǒng)使用SIMATIC PCS7軟件，操作系統(tǒng)用 WindOWS NT 4．0，采用 WinCC作為上位機的監(jiān)控軟件。 3)通過過程控制網(wǎng)絡，接受中心PLC的生產數(shù)據(jù)。 4)實時顯示工藝流程控制點的過程參數(shù)。 5)監(jiān)控整機運行狀況，發(fā)現(xiàn)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(shù)。 7)遠程切換工作狀態(tài)。 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(lián)入廠級經(jīng)營管理網(wǎng)絡，向經(jīng)營管理網(wǎng)絡傳送各類生產數(shù)據(jù)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(shù)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(huán)控制。 4)現(xiàn)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(shù)，并可根據(jù)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(xiàn)同步控制。 6)B201#、B202＃兩臺送料電機與纖維分離傳動電機D101＃聯(lián)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(tài)獨立起、停，聯(lián)動狀態(tài)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。 b．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(jié)加熱棒的電功率。 2)顯示：現(xiàn)場與計算機界面顯示。 3)設定：現(xiàn)場與計算機界面設定。 4)超限聲光報警。 c.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(jié)閥V01-V03，進而控制進油量來調節(jié)溫度。 2)顯示：現(xiàn)場與計算機界面顯示。 3)設定：現(xiàn)場與計算機界面設定。 4)超限聲光報警。 d．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(jié)氣動調節(jié)閥，實現(xiàn)氣囊氣壓的恒定。 3)顯示：現(xiàn)場與計算機界面顯示。 4)設定：現(xiàn)場與計算機界面設定。 5)超限聲光報警。 e．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(jié)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(xiàn)場與計算機界面顯示。 4)設定：現(xiàn)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(jié)相關主傳動的速度，保證紙頁張力恒定。 3)顯示：現(xiàn)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(xiàn)場與計算機界面顯示。 h．噴膠控制： 1)噴膠流量控制采用流量控制儀調節(jié)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(xiàn)場和計算機界面顯示與設定。 4．計算機監(jiān)控畫面的設置：a．監(jiān)控畫面根據(jù)DCS系統(tǒng)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(tǒng)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(tài)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(tài)切換。e.用鼠標單擊各主傳動點，可激活相應的控制參數(shù)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(shù)棒圖和數(shù)值顯示。g．重要的電磁閥動態(tài)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(shù)字顯示。控制點顯示設定值、實際值，并可修改設定。j．張力控制點在線數(shù)字顯示。k．斷紙、斷料檢測點在線動態(tài)顯示。斷紙、斷料時紅塊閃爍。l．膠液流量在線數(shù)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(shù)棒圖和數(shù)字顯示。o.電動機及電磁閥列方陣表格顯示狀態(tài)。P．環(huán)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(tài)鎖定，以分析各參數(shù)瞬時狀況。制漿造紙過程是一個復雜的工業(yè)過程，具有高度不確定性，非線性，關連性， 大滯后和狀態(tài)不完全性。目前，國內造紙行業(yè)的自動化水平普遍不高，各廠家應從 生產過程的優(yōu)化控制等底層自動化方面開始做起，在系統(tǒng)配置時，應充分考慮管理 信息系統(tǒng)的要求，注意系統(tǒng)的標準化和開放性，為企業(yè)的發(fā)展服務。
紙張對電控系統(tǒng)的要求
1） 紙機工作速度要有較大的調節(jié)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(jié)速度，調節(jié)范圍為1:8；（2） 車速要有較高的穩(wěn)定裕度，總車速提升、下降要平穩(wěn)。為了穩(wěn)定紙頁的定量和和質量、減少紙幅斷頭，要求紙機穩(wěn)速精度為±0.05～0.01%；（3） 速差控制，速比可調、穩(wěn)定。紙幅在網(wǎng)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?shù)乃俨顏硇纬闪己玫募堩摗＜垯C各分部的速度必須是可以調節(jié)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(wěn)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(lián)結或軟聯(lián)結的傳動分部，如網(wǎng)部、壓榨部、施膠部，能進行負荷動態(tài)調節(jié)。防止某點的速度發(fā)生變化而引起負荷在分部內動態(tài)轉移，如不及時進行自動的調節(jié)（因為現(xiàn)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(fā)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(lián)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(wǎng)、壓榨毛毯、干網(wǎng)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(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的可靠、協(xié)調的控制，以滿足紙機控制系通正常工作的需要。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號
