輔助控制在紙機控制系統(tǒng)中的設(shè)計

趙東明 韓擁春

摘 要： 本文主要介紹了造紙機的輔助控制系統(tǒng)在紙機系統(tǒng)的控制內(nèi)容和系統(tǒng)集成以及方案設(shè)計。在實際應(yīng)用中，全面的紙機輔助設(shè)備的控制和監(jiān)測，能夠全面提高造紙機的自動化裝備水平，提高了生產(chǎn)管理水平和生產(chǎn)效率，并減少減輕操作人員的勞動強度。

關(guān)鍵詞： MCS網(wǎng)絡(luò)；遠程IO站；控制功能

隨著造紙工業(yè)的飛速發(fā)展，國內(nèi)紙廠DCS系統(tǒng)和紙機主傳動控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，但紙機的輔助控制系統(tǒng)也就是MCS系統(tǒng)，應(yīng)用很少或者只是一些輔助電機的簡單現(xiàn)場操作和信號聯(lián)鎖，缺乏綜合而全面的輔助設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視和控制，這也是我國目前與國外先進紙機的自動化裝備水平的主要差距。

1、紙機輔助控制的主要部分

通常，一條紙機生產(chǎn)線包括網(wǎng)部、壓榨部、前烘干部、施膠后烘干部、卷紙機等幾大部分，具體包括各傳動點的稀油站、相應(yīng)液壓站的加壓控制、網(wǎng)毯干網(wǎng)的張力檢測、網(wǎng)壓部的高壓噴水管移動電機控制、網(wǎng)毯跑偏檢測和聯(lián)鎖、導(dǎo)輥升降、引紙繩的張緊、自動引紙吹風(fēng)、刮刀電機移動、刮刀的抬起和加壓、氣罩門的升降、引紙水針的控制、全輻斷紙裝置、卷紙機的自動換卷等氣控、液控和電控設(shè)備。

紙機的輔助控制系統(tǒng)，我們稱之為MCS系統(tǒng)。

2、MCS系統(tǒng)的的硬件設(shè)計

針對造紙機的設(shè)備配置和工藝要求的研究分析，采集各設(shè)備和信號檢測點的IO信號，可為紙機的輔助設(shè)備提供一個全面的自動化控制系統(tǒng)解決方案。整個MCS系統(tǒng)，建立以CPU為核心的主站和若干個遠程IO站，采用通用工業(yè)協(xié)議構(gòu)建控制網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場的操作根據(jù)工藝要求采用現(xiàn)場按鈕控制和現(xiàn)場操作屏以及上位機進行操作控制相結(jié)合，它能夠讓用戶通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)方便的實現(xiàn)實時控制，系統(tǒng)組態(tài)和數(shù)據(jù)采集，將所有的組件無縫的集成在一個自動化系統(tǒng)內(nèi)。高性能的工業(yè)CPU處理器集成了EtherNet/IP接口，可以對驅(qū)動器和現(xiàn)場操作臺HMI設(shè)備連接實現(xiàn)相關(guān)通訊控制。我們以紙機對應(yīng)的網(wǎng)部、壓榨部、前烘干部、施膠后烘干部、卷紙機等六大部分，設(shè)立6個現(xiàn)場操作臺作為遠程IO站，就近IO信號分別進6個現(xiàn)場操作臺的IO站，同時EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)能夠提供一整套控制、組態(tài)以及數(shù)據(jù)采集服務(wù)。EtherNet/IP使用TCP/IP實現(xiàn)通訊/信息交換服務(wù)，使用UDP/IP實現(xiàn)控制應(yīng)用的I/O通訊服務(wù)。這種基于廣泛采納的標準的組合使得該網(wǎng)絡(luò)具有同時支持信息數(shù)據(jù)交換和實時控制應(yīng)用的功能，是目前應(yīng)用實例最多的實時工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線產(chǎn)品。

以太網(wǎng)還被用來連接上位機操作員站、工程師站和過程控制站，實現(xiàn)報文數(shù)據(jù)的高速傳輸，為操作員迅速、準確、有效的干預(yù)系統(tǒng)、在線修改參數(shù)和設(shè)置系統(tǒng)工作方式提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)；作為開放式的公共信息網(wǎng)，它為MCS控制系統(tǒng)與其他第三方控制系統(tǒng)（如傳動系統(tǒng)，QCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)，MES系統(tǒng)）之間的通訊提供了標準的網(wǎng)絡(luò)接口，同時也構(gòu)成了未來工廠信息網(wǎng)的一個部分。

3、MCS系統(tǒng)的的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

下圖為MCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖：

4、MCS系統(tǒng)的的控制和聯(lián)鎖功能

紙機生產(chǎn)線包括網(wǎng)部、壓榨部、前烘干部、施膠機、后烘干部、卷紙機等， 現(xiàn)場各設(shè)備IO信號就近接入相應(yīng)現(xiàn)場操作臺內(nèi)IO站，程序功能實現(xiàn)和滿足工藝控制和聯(lián)鎖邏輯要求，把聯(lián)鎖條件信號傳輸給紙機主傳動控制系統(tǒng)，以保證紙機主傳動設(shè)備的正常運行和設(shè)備安全，各檢測信號和設(shè)備運行狀態(tài)在上位機實時監(jiān)控和及時報警并自動記錄和存儲數(shù)據(jù)。

網(wǎng)部包括底網(wǎng)啟動、面網(wǎng)啟動允許條件、聯(lián)鎖停機條件等，如需啟動底層網(wǎng)，需要滿足自動張緊器已張緊、急停信號未輸入、吸移輥不在下降限位位置、面網(wǎng)復(fù)合輥未閉合，才可啟動底層網(wǎng)。當(dāng)?shù)拙W(wǎng)停止時，面網(wǎng)同時停，復(fù)合輥同時抬起，且相應(yīng)的造紙車間的流送系統(tǒng)的成漿泵、沖漿泵也同時停止。底網(wǎng)與面網(wǎng)速差大于1%時，面網(wǎng)復(fù)合輥抬起同時停止上漿。

啟動網(wǎng)部后，高壓噴水裝置就會自動開閥噴水并擺動，網(wǎng)停止時高壓噴水同時停止擺動及噴水。刮刀電機也與網(wǎng)部的運行狀態(tài)聯(lián)鎖，在聯(lián)鎖狀態(tài)，網(wǎng)部運行時，刮刀就會自行擺動，網(wǎng)停止時刮刀同時停止擺動。

網(wǎng)部跑偏檢測是在每張網(wǎng)的傳動側(cè)和操作側(cè)分別裝了二個檢測開關(guān)，一個是跑偏報警信號，另一個是跑偏停車信號。當(dāng)MCS系統(tǒng)收到網(wǎng)跑偏報警信號時，系統(tǒng)在現(xiàn)場操作臺上發(fā)出聲光報警信號，提示操作人員及時人工干預(yù)和處理問題；而當(dāng)MCS系統(tǒng)收到網(wǎng)跑偏停車信號時，為防止信號有誤而產(chǎn)生誤動作，需延時3秒后，MCS系統(tǒng)輸出停止命令給主傳動系統(tǒng)，主傳動系統(tǒng)隨后停止相關(guān)傳動分部，以保護網(wǎng)和相關(guān)設(shè)備。

面網(wǎng)復(fù)合輥在無速差信號時，可在現(xiàn)場操作起落，當(dāng)面網(wǎng)與底層網(wǎng)速差大于1%時，面網(wǎng)復(fù)合輥會自動上升到上限位。

壓榨部的控制包括壓榨允許啟動條件、壓區(qū)閉合檢測、壓區(qū)加壓， 提升 閉合、吸移輥提升/下降、毛布導(dǎo)輥打開、高壓噴水?dāng)[動、刮刀擺動、毛布跑偏檢測等，還有稀油站和液壓站的聯(lián)鎖和報警指示。稀油站一般出油壓力不能低于3.5Bar，出油壓力低于3.5Bar時，在操作臺上有報警指示，如15分鐘不恢復(fù)系統(tǒng)即發(fā)出壓榨部聯(lián)鎖停機信號。在實行壓區(qū)閉合或加壓時，MCS系統(tǒng)有聯(lián)鎖保護，只能在無速差的情況下才可操作，當(dāng)壓區(qū)上/下輥出現(xiàn)速差時，上/下輥會自行脫開。

烘干部分前烘干部和后烘干部，包括干部稀油站、引紙繩張緊器、斷紙檢測、氣罩門提升控制、紙尾割刀裝置，全幅斷紙刀裝置等。

紙尾割刀裝置主要有：斷紙吹氣、向下吹氣、圓刀啟動/停止、圓刀移動。整個裝置主要作引紙用，裝置上還有三個限位檢測，分別為操作側(cè)限位、引紙位限位、傳動側(cè)限位。當(dāng)出現(xiàn)斷紙時，在自動狀態(tài)下自動吹氣并啟動圓刀，引紙成功后，圓刀擴幅到傳動側(cè)，到達傳動側(cè)限位后，圓刀會自動停止。

卷紙機控制包括卷紙輥啟動、卷紙主臂、輔臂、輥庫及自動換卷裝置、刮刀擺動、卷紙裝置及緩沖制動裝置。卷紙機可實現(xiàn)手動操作和全自動操作兩種方式。輔臂擺動是通過電機、減速箱和傳動系統(tǒng)完成，當(dāng)輔臂擺動到預(yù)位置時將卷紙輥送到主臂上，主臂擺動是通過液壓缸控制，使紙卷與卷紙缸保持恒定的壓力。當(dāng)紙卷達到規(guī)定的要求時（計長或測量直徑）。主臂將紙卷推向末端，完成卷紙。待位輥子預(yù)先放置在機架上，當(dāng)需要放輥時，液壓系統(tǒng)控制自動取輥、放輥。紙卷緩沖及制動裝置主要用來控制紙卷的轉(zhuǎn)動，由抱閘、緩沖、氣控配合完成。當(dāng)紙卷達到規(guī)定的要求時（計長或測量直徑），完成自動換卷。各操作臺上裝了壓力傳感器，當(dāng)氣壓低于設(shè)定值時，就會輸出氣壓低報警指示。

上位機集中監(jiān)視并記錄各數(shù)據(jù)狀態(tài)；，歷史數(shù)據(jù)的記錄，可供生產(chǎn)管理人員和維護人員進行分析和優(yōu)化控制，以便更好的維護正常生產(chǎn)。

總之，把紙機的各輔助設(shè)備包括電氣、液壓、氣控各IO信號分類整合，統(tǒng)一接入到就近IO站，分站操作、全面控制和聯(lián)鎖的投入，提高了生產(chǎn)工藝控制精度和生產(chǎn)效率，整體提升國產(chǎn)紙機的自動化裝備水平?！?/p>