DCS系統(tǒng)在紙機上的應(yīng)用分析

朱君誠（福建南平星光機械制造安裝有限公司，　福建　南平　353000）

DCS系統(tǒng)在紙機上的應(yīng)用分析

朱君誠
（福建南平星光機械制造安裝有限公司，福建南平353000）

傳統(tǒng)的紙機生產(chǎn)設(shè)備運行速度慢、工作效率低下、污染程度高，需要人為操作與運轉(zhuǎn)。然而，隨著自動化技術(shù)的推廣和應(yīng)用，造紙企業(yè)為了發(fā)展需要，提升自身競爭力，也開始引入自動化控制系統(tǒng)。在自動化控制系統(tǒng)的有效支持下，紙機的產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量得到了發(fā)展，生產(chǎn)數(shù)量與效率都獲得極大提升，造紙企業(yè)才能更好地適應(yīng)市場競爭。針對DCS系統(tǒng)展開討論，分析了這一系統(tǒng)的設(shè)計方法以及在紙機上的應(yīng)用。

DCS控制系統(tǒng)紙機設(shè)計應(yīng)用

0　前　言

DCS控制系統(tǒng)是一項先進(jìn)的造紙控制系統(tǒng)，依托于計算機技術(shù)的發(fā)展，能夠?qū)垯C生產(chǎn)進(jìn)行實時監(jiān)控，客觀精準(zhǔn)地記錄數(shù)據(jù)。這一系統(tǒng)能夠?qū)垯C設(shè)備加以控制，確保其優(yōu)勢功能與作用的正常發(fā)揮，從而加強生產(chǎn)管理，提升生產(chǎn)質(zhì)量，控制生產(chǎn)成本，達(dá)到節(jié)能減排的環(huán)保功效。同時，能夠通過對生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的記錄與分析來解決生產(chǎn)設(shè)備的故障問題，維持生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，提高生產(chǎn)效率。

1　DCS控制系統(tǒng)的介紹

DCS控制系統(tǒng)主要由下面幾個部件構(gòu)成。分別是:過程站、I/O單元、操作站、通信網(wǎng)絡(luò)、操作控制軟件等。

（1）過程站就是控制器。在整個系統(tǒng)中發(fā)揮著核心功能，實際功能體現(xiàn)在對多種信息數(shù)據(jù)的處理與計算，并實現(xiàn)多類控制算法，發(fā)揮邏輯運算與處理功能，網(wǎng)絡(luò)搜素、應(yīng)對緊急信息和歷史數(shù)據(jù)等。這些功能需要在平臺組態(tài)軟件的配合下來實現(xiàn)。過程站的具體功能包括:邏輯聯(lián)鎖，報警監(jiān)控，數(shù)據(jù)統(tǒng)計、預(yù)測與分析，開關(guān)量值計算等。

（2）I/O單元需要一定的牢固度與穩(wěn)定性。同時，能夠用在一切環(huán)境條件下，能夠被機動靈活地裝配，能夠參照生產(chǎn)需要配置到任何方位。

2　 高速紙機的DCS系統(tǒng)設(shè)計

2.1DCS系統(tǒng)的軟件設(shè)計

DCS系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要涵蓋兩方面，分別是:組態(tài)軟件包與實時監(jiān)控軟件包。

組態(tài)軟件包主要是用來實現(xiàn)系統(tǒng)單元登錄、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、控制方案組態(tài)、操作組態(tài)等工作。不同組態(tài)具體的功能:

（1）系統(tǒng)單元登錄。紙機系統(tǒng)的操作站與控制站登錄，關(guān)聯(lián)性參數(shù)設(shè)置。

（2）數(shù)據(jù)庫組態(tài)。信號點的位號、描述、種類、方位、采樣周期以及報警值等的設(shè)置。

（3）控制方案組態(tài)。輸出方式、備用位號、控制算法的設(shè)置。

（4）操作組態(tài)。紙機流程圖、報表類型、語音警報等的設(shè)置。

這一軟件包能夠被設(shè)計為兩種形式，分別為:填表式生成方式、圖形生成式。為了方便人與機器之間的良好互動和交流，選擇圖形化生成方式。

實時監(jiān)控軟件參照這一軟件所發(fā)出的組態(tài)信息，來負(fù)責(zé)實施并控制DCS系統(tǒng)。實時監(jiān)控軟件屏被劃分成幾大區(qū)域，分別是:標(biāo)題欄、報警信息欄等。

2.2DCS主要回路控制設(shè)計

（1）定量水分控制回路。紙的定量水分與多種因素密切相關(guān)，主要因素為:紙漿濃度、流量、蒸汽壓力。所以，要對這三大因素重點加以預(yù)測、計算與控制，確保定量與水分維持平衡。同時以在線的方式來測算紙張的定量水分，參照定量變化、水分變化等來改變紙漿流量的給定值。通過紙漿流量來決定控制定量，通過蒸汽壓力去控制水分。

以此來確保紙張在定量與水分兩方面的實際數(shù)值與所測量數(shù)值之間的差距更小。

因為高速紙機體現(xiàn)出耦合大、干擾因素多等特征，所以可以引入模型預(yù)測控制算法來設(shè)計定量水分的控制回路。其中:

紙漿流量，蒸汽壓力——控制變量

紙漿濃度——前饋變量

定量水分——被控變量

在這一過程中也要重點顧及到紙機容易發(fā)生時變的情況，可以選擇控制與優(yōu)化一體化的計算方法?，F(xiàn)實中的試驗結(jié)果顯示，因為引入了相對高端的控制技術(shù)，紙張定量的平均方差≤1.0%，紙張的水分平均方差也≤1.5%，這樣就能夠充分達(dá)到先進(jìn)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）流漿箱壓力液位控制回路。這一設(shè)備的控制目標(biāo)就是確保紙漿外噴的速度而箱中液面高度穩(wěn)定不變。其可以調(diào)節(jié)的變量分別為:紙漿流入量、空氣流出量。因為紙漿噴速/網(wǎng)速無法直接得出，所以可以依靠調(diào)控箱中的整體壓力實現(xiàn)間接控制，此處，需要解除耦合關(guān)系。

針對以上情況，引入不變性原理解耦，同時運用PID控制策略來加強對液位控制回路的設(shè)計，得到了良好的效果。實際的運用狀態(tài)顯示:這一設(shè)計方法發(fā)揮了積極的功能優(yōu)勢，總壓波動方差≤0.5%。

3　DCS控制系統(tǒng)在紙機運行中的應(yīng)用

DCS控制系統(tǒng)在項目實施進(jìn)行中對整個系統(tǒng)的每個模塊、每個階段都做出了詳盡的分析，最終目標(biāo)就是全面精簡系統(tǒng)，在確保系統(tǒng)能夠正常工作運行的情況下來減少資源浪費，達(dá)到節(jié)省成本、創(chuàng)造良好經(jīng)濟(jì)效益的目的。

3.1供配電環(huán)節(jié)DCS系統(tǒng)的應(yīng)用

起初的設(shè)計是將DCS系統(tǒng)設(shè)計成徹底被隔開的模式，也就是只有兩線制變送器以及控制閥對外輸送電能。這樣工程場地中開關(guān)閥在獲得干接點信號以后需要依靠一個額外的DC24 V電源來提供電能，無疑擴(kuò)大了系統(tǒng)建設(shè)范圍，增加了用電量，也會帶來電能、數(shù)據(jù)信息等流向繁瑣不清。

為了減少由于信號隔離所增加的成本，因此就需要對DCS系統(tǒng)配置充足的DC24 V供電功率。經(jīng)過研究顯示，選擇DCS集中供應(yīng)DC24 V到現(xiàn)場的各個開關(guān)閥，能夠為造紙企業(yè)節(jié)省一整套DC24 V供電系統(tǒng)，也控制了故障問題的發(fā)生概率，維護(hù)了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性與可靠性。

3.2中間繼電器

依托DCS系統(tǒng)來直接運行DC24 V設(shè)施的過程中，DCS系統(tǒng)也不再調(diào)動DC24 V的繼電器與干觸點，能夠減少大概500個繼電器的使用，無需安裝繼電器，也就是騰出了更多的工作空間。假設(shè)一個繼電器能夠節(jié)省1 W電能，每年所節(jié)省的電能是巨大的。

3.3網(wǎng)絡(luò)與通信方面

在尚未引入DCS控制系統(tǒng)之前，質(zhì)量控制系統(tǒng)與紙機分布傳動控制系統(tǒng)各自為政，獨立發(fā)揮自身各自的功能和作用，二者是各自獨立的系統(tǒng)。當(dāng)DCS系統(tǒng)運用之后，整個造紙企業(yè)的系統(tǒng)被整合成統(tǒng)一的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，確保造紙企業(yè)的三個系統(tǒng)共同使用。這樣不僅實現(xiàn)了系統(tǒng)集成，同時也減少了由于網(wǎng)絡(luò)反復(fù)鋪設(shè)而增加的成本。

三個系統(tǒng)彼此間依靠DCS系統(tǒng)來實現(xiàn)信息的通信聯(lián)系，也有效控制了通信接口軟件或硬件的使用數(shù)量。

3.4操作站方面

依托800 XA平臺，DCS系統(tǒng)將質(zhì)量控制系統(tǒng)與傳動控制系統(tǒng)集中整合起來，夯實了最初系統(tǒng)操作站的多種性能，實現(xiàn)了其通用功能的發(fā)揮，從而呈現(xiàn)更為廣泛的系統(tǒng)信息，達(dá)到了節(jié)省成本的積極效果。

3.5控制器

將三個AC800 M控制器裝設(shè)在DCS系統(tǒng)上面，質(zhì)量控制系統(tǒng)上面裝設(shè)1臺控制器，當(dāng)DCS系統(tǒng)與質(zhì)量控制系統(tǒng)達(dá)到集成效果時，系統(tǒng)最初的應(yīng)用也能夠集成，這樣就使得系統(tǒng)在維護(hù)CPU容量的前提下，能夠節(jié)約1臺控制器充當(dāng)備件。

4　結(jié)束語

DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，極大地提高了紙機的工作效率，減少了工作成本，控制了環(huán)境污染，同時推動了造紙生產(chǎn)朝著自動化方向發(fā)展，全面提升了紙張生產(chǎn)質(zhì)量。經(jīng)過實踐應(yīng)用表明，這一控制系統(tǒng)具有良好的發(fā)展前景與開發(fā)潛能，值得用在紙機生產(chǎn)設(shè)備中。