淺談造紙工業(yè)中涉及到的集成自動(dòng)化控制系統(tǒng)

海南藍(lán)島建筑技術(shù)有限公司 海南 ?？?570000

隨著制漿造紙行業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，產(chǎn)量的提高，一個(gè)大型且完整的制漿造紙?bào)w系囊括了：備木，制漿，抄漿，紙機(jī)，鍋爐，石灰窯，堿回收，化工廠，水處理廠等不同的工序廠區(qū)組成，要從眾多不同的控制系統(tǒng)中選擇出相適應(yīng)的系統(tǒng)，我們就必須了解工藝的流程、設(shè)備的控制要求、不同控制系統(tǒng)的技術(shù)性能及控制方向。

而在制漿造紙行業(yè)中，以紙機(jī)(PM：Paper Machine)和抄漿機(jī)(PM：Pulp Machine，又稱漿板機(jī))所涉及到的工業(yè)控制系統(tǒng)難度最為復(fù)雜、系統(tǒng)種類最多、最完整。筆者以自身安裝、調(diào)試、優(yōu)化的印尼OKI漿紙廠中抄漿線為案例，對(duì)所涉及到的各類系統(tǒng)進(jìn)行介紹和分析。

抄漿是將液體漿制成商品漿板的過(guò)程，它的基本組成工段及形狀、結(jié)構(gòu)與造紙機(jī)沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。

紙和紙板的區(qū)別在于它的定量和厚度。在我國(guó)，一般200g/m2以下，厚度500μm以下的，稱之為紙。在此之上的稱之為紙板。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO/R66—1958)則規(guī)定一般超過(guò)250g/m2的稱之為紙板。

1 DCS系統(tǒng)

1.1 DCS系統(tǒng)的概念及基本特點(diǎn) DCS：Distributed Control System，集散控制系統(tǒng)，又名分布式計(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(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、操作、管理和分散控制的一種控制技術(shù)，綜合了計(jì)算機(jī)(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本的思想是分散控制、集中管理、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。

1.2 DCS系統(tǒng)在實(shí)例中的應(yīng)用 實(shí)例中DCS系統(tǒng)是基于ABB的AC800M控制器的集成系統(tǒng)，在PM區(qū)域中，主要應(yīng)用于備漿、流送系統(tǒng)、漿料篩選、上漿、損紙系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、噴淋水系統(tǒng)、水系統(tǒng)(白水/清水/密封水/冷卻水/冷凝水)、蒸汽系統(tǒng)、烘箱系統(tǒng)、循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)等過(guò)程控制。基于對(duì)閥門開度、泵、風(fēng)機(jī)、電機(jī)轉(zhuǎn)速、加熱器等設(shè)備調(diào)節(jié)來(lái)控制流量、壓力、液位、濃度、PH、導(dǎo)電度、溫度等參數(shù)。同時(shí)也用于對(duì)電機(jī)的啟/?？刂?、連鎖控制、設(shè)備的群?jiǎn)?停Group start/stop自動(dòng)控制等。

ABB DCS系統(tǒng)，常用System 800x A Engineering Workplace工程師軟件，可對(duì)不同的架構(gòu)Structure進(jìn)行編輯、定義：Admin Structure、Aspect System Structure、Function Structure、Control Structure、Library Structure、Maintenance Structure等。

編程軟件以Control Builder M Professional為主，包含Libraries庫(kù)、Application應(yīng)用、Controllers控制器三大架構(gòu)，涵蓋了ABB基礎(chǔ)庫(kù)調(diào)用、功能塊調(diào)用、自行編輯設(shè)計(jì)打包塊、數(shù)據(jù)類型定義、功能塊類型定義、項(xiàng)目程序編輯、變量編輯、硬件組態(tài)、參數(shù)配置等功能。

畫面編輯軟件，PhotoGraph Edit，對(duì)畫面、變量、鏈接等進(jìn)行編輯。

2 MCS系統(tǒng)

2.1 MCS系統(tǒng)的概念及基本特點(diǎn) MCS：Machine Control System紙機(jī)控制系統(tǒng)，專用于紙機(jī)及抄漿機(jī)(工藝流程相似)，對(duì)紙機(jī)本體上主傳動(dòng)以外的電動(dòng)執(zhí)行元件、氣動(dòng)執(zhí)行元件和液壓執(zhí)行元件以及紙張張力檢測(cè)器件、斷紙檢測(cè)器件、壓區(qū)閉合檢測(cè)器件等控制的系統(tǒng)。與DCS系統(tǒng)相比較，MCS系統(tǒng)更偏向于紙機(jī)主體傳動(dòng)系統(tǒng)相互間的連鎖控制，同時(shí)，該系統(tǒng)能夠直觀了解紙機(jī)本體各設(shè)備及區(qū)域本體的運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化遠(yuǎn)程操作、監(jiān)控而實(shí)現(xiàn)操作的簡(jiǎn)單化及設(shè)對(duì)備的保護(hù)。

2.2 MCS系統(tǒng)在實(shí)例中的應(yīng)用 本案例PM項(xiàng)目中，每條漿板機(jī)所產(chǎn)漿板基重達(dá)到1200g/m2，漿板幅度1065mm，設(shè)計(jì)車速達(dá)到250m/min。MCS控制系統(tǒng)控制主要體現(xiàn)在流漿箱Head Box、脫水箱Dewatering Section、網(wǎng)部Wire Section、壓部Press Section、靴壓Shoe Press、引紙系統(tǒng)Tail Threading System、潤(rùn)滑系統(tǒng)Lubrication、液壓系統(tǒng)Hydraulic System等工藝段的控制。

編程軟件：PM案例中，MCS系統(tǒng)基于西門子S7-400 PLC，以SIMATIC Manager STEP 7作為項(xiàng)目的編程軟件。STEP 7是SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的Win AC，是提供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具。具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。用SIMATIC Manager來(lái)對(duì)項(xiàng)目集中管理。

操作系統(tǒng)及畫面編輯軟件TIA Portal：Totally Integrated Automation Portal全集成自動(dòng)化軟件，是西門子工業(yè)自動(dòng)化集團(tuán)發(fā)布的新一代全集成自動(dòng)化軟件，幾乎適用于所有的自動(dòng)化任務(wù)。

3 QCS系統(tǒng)

3.1 QCS系統(tǒng)的概念及基本特點(diǎn)

QCS：Quality Control System質(zhì)量控制系統(tǒng)。主要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中紙張品質(zhì)的測(cè)控的系統(tǒng)，控制指標(biāo)有：基重、水分、厚度、光澤、灰份、涂布量、光澤度、白度等。用于對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的改善、產(chǎn)量的提升、成本的降低。同時(shí)包括橫向控制(Cross Drection-CD控制)和縱向控制(Machine Drection-MD控制)。

3.2 QCS系統(tǒng)在實(shí)例中的應(yīng)用

本案例中，QCS系統(tǒng)涉及到CD控制和MD控制，如下圖：

(實(shí)例中QCS系統(tǒng)示意圖)

3.2.1 CD橫向控制

(1)通過(guò)對(duì)定量的Profile，對(duì)流漿箱Headbox唇板橫向執(zhí)行器(共計(jì)安裝70個(gè))的自動(dòng)控制，通過(guò)稀釋水自動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到對(duì)漿板絕干重Oven Dry Weight的定量控制。

(2)根據(jù)水份的Profile，對(duì)在網(wǎng)壓部蒸汽箱Steambox執(zhí)行器(共計(jì)64個(gè))的自動(dòng)控制，來(lái)對(duì)蒸汽量的控制，達(dá)到對(duì)漿板水分Moisture的控制。

3.2.2 MD縱向控制

(1)對(duì)車速的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)抄車過(guò)程中參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，包括上漿量、稀釋水量、脫水量等。

(2)對(duì)上漿前成漿池漿濃度、進(jìn)漿流速的控制，來(lái)控制絕干重或基重。

(3)對(duì)烘箱蒸汽壓力的控制，調(diào)節(jié)橫幅水分。

ABB QCS系統(tǒng)，常用軟件Smart Platform 1200，System 800x A，Mattikon OPC Explorer及一些工具軟件。

4 DNA系統(tǒng)

4.1 DNA系統(tǒng)的概念及基本特點(diǎn)

DNA系統(tǒng)：The Dynamic Network of Applications，應(yīng)用動(dòng)態(tài)會(huì)聚網(wǎng)絡(luò)。由過(guò)程站、操作站、工程師站、備份站、報(bào)警站、診斷站以及I/O單元組成。DNA系統(tǒng)是美卓的DCS系統(tǒng)。

4.2 DNA系統(tǒng)在實(shí)例中的應(yīng)用 本案例中，DNA系統(tǒng)主要應(yīng)用在維美德的IQ_Dilution和IQ_Steam的控制中，包括硬件及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的組態(tài)，程序、畫面的編輯等。使用DNA Explorer、DNA OPerate Client、DNAuse、HW&SeqCAD來(lái)進(jìn)行程序、畫面的編輯，以及操作畫面。

5 BQS/BQM/BCU/RAS

(實(shí)例中漿包質(zhì)量控制系統(tǒng)架構(gòu))

BCU：Bale Control Unit漿包控制單元

BQS：Bale Quality System 漿包質(zhì)量系統(tǒng)

BQM：Bale Quality Management 漿包質(zhì)量管理

RAS：Remote Access Server遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)器

以上控制單元及系統(tǒng)應(yīng)用在抄漿線，組成了一個(gè)完整的控制、管理系統(tǒng)：包括成品的漿包從壓包、折包、捆包、噴碼、疊包、入庫(kù)等流程中的控制，及各漿包重量、水份、吧、品質(zhì)等級(jí)、生產(chǎn)日期、紙種等對(duì)所有的信息化管理。

6 PQV系統(tǒng)(WBAS&WIS)

6.1 PQV系統(tǒng)的概念及基本特點(diǎn)

PQV：Process and Quality Vision過(guò)程質(zhì)量視覺系統(tǒng)。

美卓Metso將斷紙分析系統(tǒng)(WBAS：Web Break Analysis System)和紙病檢測(cè)系統(tǒng)(WIS：Web Inspection System)這兩個(gè)傳統(tǒng)的獨(dú)立系統(tǒng)結(jié)合在一個(gè)技術(shù)平臺(tái)下。PQV系統(tǒng)通過(guò)程質(zhì)量視覺相機(jī)帶來(lái)了真實(shí)的機(jī)器視覺，以其高分辨率、高速數(shù)字成像技術(shù)、幫助改進(jìn)運(yùn)行性能的完美品質(zhì)。

美卓PQV過(guò)程質(zhì)量視覺系統(tǒng)包括兩個(gè)“子系統(tǒng)”：過(guò)程視覺用于檢測(cè)機(jī)器內(nèi)部的過(guò)程干擾，質(zhì)量視覺用于使用相機(jī)、圖像分析、信號(hào)傳輸?shù)瓤捎玫淖钚录夹g(shù)對(duì)最終產(chǎn)品進(jìn)行高度精確的網(wǎng)絡(luò)缺陷檢測(cè)。將這些系統(tǒng)連接在一起，客戶可以看到過(guò)程干擾是如何在機(jī)器內(nèi)部發(fā)展的，以及它們是如何出現(xiàn)在最終產(chǎn)品中的，從而能夠有效地找出問(wèn)題并解決問(wèn)題。

6.2 PQV系統(tǒng)在實(shí)例中的應(yīng)用 由于漿板的高基重性，在本案例抄漿機(jī)上，只是使用了PQV系統(tǒng)中WBAS斷紙分析系統(tǒng)，對(duì)漿板紙幅狀態(tài)的查看及斷紙時(shí)原因的查找及分析。通過(guò)高性能的相機(jī)視覺，大大方便了生產(chǎn)操作人員對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品及設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)了解，并能做到對(duì)一些異常進(jìn)行預(yù)防性處理，提高了生產(chǎn)效益及運(yùn)行的穩(wěn)定。

7 實(shí)踐心得

如何才能為不同的工藝流程選擇出最合適的控制系統(tǒng)，就要求我們對(duì)工藝流程的掌握，對(duì)不同控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

制漿造紙行業(yè)本身是一個(gè)工藝復(fù)雜的、環(huán)境污染大的行業(yè)，自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于制漿造紙工業(yè)是工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。它提高了生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，提高了產(chǎn)量、保證了質(zhì)量、減少了原材料和能量的消耗、降低了生產(chǎn)成本、改善工作及勞動(dòng)條件、確保了生產(chǎn)的安全、減輕了環(huán)境的污染、收到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。