為高速衛(wèi)生紙生產(chǎn)線構(gòu)建自動(dòng)化數(shù)字平臺(tái)

摘要：山東信和造紙工程股份有限公司十幾年來(lái)專注于高速衛(wèi)生紙機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用，不斷地推出新技術(shù)，現(xiàn)在已研發(fā)出5600/1800高速衛(wèi)生紙機(jī)，在節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)方面成效顯著，而且強(qiáng)化了高速衛(wèi)生紙機(jī)生產(chǎn)線的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化功能。為高速衛(wèi)生紙機(jī)智能化提供了新的數(shù)據(jù)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：高速衛(wèi)生紙機(jī)；數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化；節(jié)能

山東信和造紙工程股份有限公司與浙江中控、陜西西微兩家公司緊密合作，在幅寬2，850～5，600mm、車(chē)速1，200m/min以上的衛(wèi)生紙機(jī)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)方面追求精細(xì)化生產(chǎn)，不斷完善數(shù)字化、智能化功能，實(shí)現(xiàn)最大化的節(jié)能降耗。

1" "一種與信息化融合的造紙自控系統(tǒng)新模式

傳統(tǒng)的造紙自控系統(tǒng)的局限性：雖然也具有完善的控制功能，能夠充分滿足生產(chǎn)的各種要求，但僅局限于生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)部運(yùn)行，缺少與外界的溝通和聯(lián)系，成為“信息孤島”，不利于企業(yè)向信息化方向的發(fā)展。這種DCS的配置如圖1所示。

為解決這個(gè)問(wèn)題，配置了兩個(gè)服務(wù)器，提高了系統(tǒng)的信息傳遞功能，如圖2、圖3所示。

單網(wǎng)的特點(diǎn)為：①操作員站（OS）直接從CPU讀數(shù)據(jù)，在某一時(shí)刻上下只能有一對(duì)組合交換數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)流容易發(fā)生擁堵；③通訊速度慢，OS個(gè)數(shù)受限。

雙網(wǎng)雙服務(wù)器的特點(diǎn)為：①所有的CPU從現(xiàn)場(chǎng)讀取的數(shù)據(jù)都送至服務(wù)器；②所有的OS都從服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)；③信息傳遞快捷，數(shù)據(jù)流可有序高效運(yùn)行；④OS個(gè)數(shù)不受限。

雙網(wǎng)雙服務(wù)器控制的優(yōu)點(diǎn)為：配置了兩個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)，提升了企業(yè)的信息管理功能：①控制網(wǎng)專用于對(duì)制漿、造紙的自動(dòng)控制（屬于物聯(lián)網(wǎng)范疇）；②管理網(wǎng)除了搭載OS對(duì)自動(dòng)控制進(jìn)行監(jiān)控外，還可通過(guò)防火墻與各管理部門(mén)在廠內(nèi)局域網(wǎng)上互聯(lián)互通，可搭載ERP、MES、EMS、SCM、PDM、MC等各種信息化軟件。

這些軟件原來(lái)是在不同部門(mén)單獨(dú)運(yùn)行的，現(xiàn)在在這個(gè)平臺(tái)上可互聯(lián)互通，將更多的生產(chǎn)要素更為科學(xué)地整合，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。

依賴互聯(lián)網(wǎng)中虛擬專用通道實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制連接（如圖4所示）：可提供和傳輸各種遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

由于局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)兩者是不兼容的，因此，遠(yuǎn)程維護(hù)中心（圖4中局域網(wǎng)1）的計(jì)算無(wú)法通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)直接訪問(wèn)客戶端（圖4中局域網(wǎng)2）。通過(guò)VPN可以基于互聯(lián)網(wǎng)在兩個(gè)遠(yuǎn)距離的局域網(wǎng)間建立起一條虛擬的專用通道，其作用就像架設(shè)了一條光纜，維護(hù)中心的計(jì)算機(jī)可直接監(jiān)控客戶端的PLC，進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。

基于IPSEC VPN模式實(shí)現(xiàn)造紙PLC遠(yuǎn)程維護(hù)：①VPN虛擬專用通道的安全保障 ②動(dòng)態(tài)IP地址的解決方案。

Web網(wǎng)頁(yè)發(fā)布服務(wù)器（見(jiàn)圖6）的用途為：給移動(dòng)終端（手機(jī)、平板電腦）提供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種信息。信息是用HTML文件形式表達(dá)。除文字外，還可以有電子表格、圖形甚至是視頻。它們以網(wǎng)頁(yè)的格式存放于Web服務(wù)器中，用手機(jī)即可在異地（包括在國(guó)外）瀏覽這些網(wǎng)頁(yè)，以便隨時(shí)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)量、噸紙漿耗、能耗等信息。

2" " 大規(guī)模定制式生產(chǎn)（MC）

2.1" 我國(guó)造紙行業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀

造紙行業(yè)與其他制造業(yè)相似，長(zhǎng)期以來(lái)都是采用大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的模式。因?yàn)檫@種模式生產(chǎn)成本低、效率高、利于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。而下游的客戶端為了原料有充分的保障，一般也對(duì)生產(chǎn)側(cè)下較大的訂單。

另一方面，生產(chǎn)過(guò)剩造成市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，催生了客戶端的個(gè)性化需求，迫使生產(chǎn)側(cè)務(wù)必改變?cè)械纳a(chǎn)模式，生產(chǎn)廠家為了減少大量的庫(kù)存，加快資金的流動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，在給生產(chǎn)廠家安排訂單時(shí)往往采用小批量、多批次的形式。從而使生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品更換頻次增加，每個(gè)生產(chǎn)品種的生產(chǎn)周期也大大縮短。由于目前產(chǎn)品切換依靠人工經(jīng)驗(yàn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響了產(chǎn)品的日產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益低。這種客戶端的個(gè)性化需求，將是今后的新常態(tài)。生產(chǎn)側(cè)必須作出相應(yīng)的升級(jí)改造才能在競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)。

信息化的迅猛發(fā)展，使實(shí)現(xiàn)“大規(guī)模定制（MC）”成為可能，自動(dòng)化、信息化大數(shù)據(jù)相應(yīng)融合后具有可采集、分析、判斷、大存貯、快速功能切換等過(guò)程管控。即完成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時(shí)/關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)化儀器儀表全覆蓋。完成關(guān)鍵崗位智能配置，構(gòu)建一個(gè)“可測(cè)可控、可產(chǎn)可管”的縱向集成環(huán)境，各項(xiàng)功能切換效率快捷、數(shù)據(jù)也更準(zhǔn)確，生產(chǎn)效率也得到大幅提高，使“大規(guī)?！迸c“個(gè)性化定制”互連互通，及其與企業(yè)不同環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)集成統(tǒng)一。

2.2" 項(xiàng)目采用的策略及實(shí)施方法

實(shí)施對(duì)象的特點(diǎn)：項(xiàng)目實(shí)施的對(duì)象是一家生活用紙生產(chǎn)企業(yè)，這家工廠給客戶提供的產(chǎn)品種類(lèi)大致有7種（見(jiàn)表1）。

采用的漿料有3類(lèi)：針葉木漿、闊葉木漿、竹漿。由于生產(chǎn)同一種產(chǎn)品而使用不同的漿料時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的生產(chǎn)流程，因此理論上應(yīng)該產(chǎn)生3×7=21種生產(chǎn)流程。

采用的策略：針對(duì)以上生產(chǎn)流程進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，即將整個(gè)生產(chǎn)流程細(xì)分為多種不同模塊，分組管理，工程師可以按照數(shù)據(jù)分組進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，以對(duì)應(yīng)不同產(chǎn)品，通過(guò)眾多模塊的不同有效組合，從而得到不同的生產(chǎn)流程，各種不同的生產(chǎn)流程則對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)不同的產(chǎn)品。

按照“集中管理，分散控制”的原則，根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品不同，紙機(jī)制漿生產(chǎn)線最多需要有21種不同的生產(chǎn)流程，將這些信息進(jìn)行綜合運(yùn)算處理，進(jìn)行模塊化操作生產(chǎn)，根據(jù)不同定量品種的轉(zhuǎn)換而相互切換。即首先把整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程按設(shè)備優(yōu)化調(diào)整來(lái)分類(lèi)，確定了21個(gè)生產(chǎn)主模塊，再對(duì)每個(gè)生產(chǎn)主模塊劃分管理范圍，按生產(chǎn)工藝要求的不同量化數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分類(lèi)，確定3個(gè)左右的分模塊，形成了21×3=63個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模塊，由這些模塊組成“流程模塊集群”，對(duì)這些模塊進(jìn)行不同的組合，可得到不同的“流程模塊集群”。

當(dāng)需要將生活用紙產(chǎn)品1轉(zhuǎn)換成不同的產(chǎn)品2時(shí)，由如圖7所示的切換過(guò)程完成轉(zhuǎn)換任務(wù)。

項(xiàng)目實(shí)施的條件及運(yùn)行的實(shí)際效果：

（1）生產(chǎn)車(chē)間需具備完善的集成自動(dòng)控制系統(tǒng)，無(wú)需人員具體操作，以及相應(yīng)的智能儀表、閥門(mén)等自控設(shè)備來(lái)采集不同的數(shù)據(jù)。圍繞“數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、智慧行動(dòng)”全過(guò)程思路及原則，進(jìn)行專業(yè)性分析和管理。因?yàn)椤傲鞒棠K集群”給出的運(yùn)行數(shù)據(jù)是各設(shè)備參數(shù)的設(shè)定值，需要通過(guò)集成自控系統(tǒng)才能變?yōu)閷?shí)際運(yùn)行值，以便有效的分析和數(shù)據(jù)集中報(bào)告。

（2）本實(shí)施項(xiàng)目是將信息技術(shù)與企業(yè)生產(chǎn)不斷加深融合，涵蓋先進(jìn)制造、大數(shù)據(jù)、云服務(wù)與物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)、客戶需求分析技術(shù)以及裝備的運(yùn)維、優(yōu)化。因此需要一個(gè)局域網(wǎng)環(huán)境及貯存大數(shù)據(jù)的服務(wù)器以便后期進(jìn)行綜合管理平臺(tái)的實(shí)施。

（3）本實(shí)施項(xiàng)目是MC的初步試運(yùn)行，目前只在車(chē)間制漿及流送部分作了實(shí)際應(yīng)用，生產(chǎn)產(chǎn)品的切換可以由以前的數(shù)小時(shí)縮短到數(shù)分鐘很短時(shí)間，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程與人、物的高度集成與協(xié)作，有效提升生產(chǎn)作業(yè)效率。

3" " 高速衛(wèi)生紙機(jī)的數(shù)字化

高速衛(wèi)生紙機(jī)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制平臺(tái)是生產(chǎn)過(guò)程控制數(shù)據(jù)的來(lái)源，因此，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各自動(dòng)化控制系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的交換與共享比以往任何時(shí)候都更為迫切，在高速衛(wèi)生紙機(jī)上優(yōu)化控制邏輯，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的“一鍵化”操作，使“現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守，或少人值守”得以成為現(xiàn)實(shí)，并且在開(kāi)機(jī)和斷紙后能很快達(dá)到質(zhì)量目標(biāo)值。從而達(dá)到提質(zhì)、增產(chǎn)、降耗的目的，高速衛(wèi)生紙機(jī)生產(chǎn)平臺(tái)的數(shù)字化、智能化不但能提高紙機(jī)的運(yùn)行效率，穩(wěn)定生產(chǎn)過(guò)程和提高產(chǎn)品品質(zhì)，而且更加節(jié)約能耗，降低生產(chǎn)成本，不斷引導(dǎo)企業(yè)從常規(guī)化管理邁向精細(xì)化閉環(huán)管理。衛(wèi)生紙機(jī)數(shù)字化控制方案如圖8所示。

流漿箱是造紙機(jī)械的重要設(shè)備之一，對(duì)紙幅形成和紙張質(zhì)量具有決定性作用。采用“電動(dòng)式唇板微調(diào)裝置”的紙幅橫向定量控制系統(tǒng)“唇板微調(diào)裝置”，可以對(duì)紙張橫幅定量作一定的調(diào)整，但以往必須由操作工現(xiàn)場(chǎng)手工調(diào)節(jié)，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且很難調(diào)到令人滿意的程度。由山東信和造紙工程股份有限公司研制的“電動(dòng)式唇板微調(diào)裝置”中，微調(diào)裝置采用了步進(jìn)電機(jī)及配套的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可在電腦上直接對(duì)所有的微調(diào)裝置進(jìn)行遙控，而且調(diào)節(jié)精度很高，且可適用于任何流漿箱。

電動(dòng)式唇板微調(diào)裝置的基本功能是：①精確控唇板開(kāi)度；②指示微調(diào)裝置的位置狀態(tài)。

另外，設(shè)置關(guān)鍵軸承和刮刀的振動(dòng)傳感器，以快速判斷軸承壽命和紙病產(chǎn)生的原因。通過(guò)刮刀的振動(dòng)分析，判斷是烘缸噴涂的涂層問(wèn)題還是研磨中高數(shù)字的問(wèn)題，或者是其他問(wèn)題，可以較精準(zhǔn)地找出問(wèn)題所在。

4" 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化智能化把用戶的想法變?yōu)橛小靶巍?，?shù)據(jù)采集更靈活，對(duì)紙機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)更能有效地進(jìn)行分析管理，掌握日常運(yùn)行狀態(tài)，有助于在事前采取預(yù)防措施。萬(wàn)一發(fā)生故障時(shí)也能了解事發(fā)前的操作狀態(tài)，以便查明原因并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。一定程度上減少了決策的盲目性，從而提高了企業(yè)管理的效率和水平。

參考文獻(xiàn)

［1］夏吉瑞，張鳳玉.高速衛(wèi)生紙機(jī)的智能化［J］.中華紙業(yè)，2016（8）：74.

［2］胡美琴，韓菲，張敏杰.制漿造紙過(guò)程控制全面解決方案［J］.中華紙業(yè)，2015（2）：3.

［3］王孟效.自動(dòng)控制新技術(shù)在造紙生產(chǎn)中的應(yīng)用兼談一種基于互聯(lián)網(wǎng)的造紙過(guò)程控制遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)［J］.中華紙業(yè)，2016（1）.