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国内制浆造纸自控及仪表现状与发展

导读: 制浆造纸生产的自动控制,过去应用的范围十分有限,主要集中在制浆过程的局部简单仪表控制和纸机的电气传动控制方面,大量的控制内容是通过现场人工调整实现的。

  制浆造纸生产的自动控制,过去应用的范围十分有限,主要集中在制浆过程的局部简单仪表控制和纸机的电气传动控制方面,大量的控制内容是通过现场人工调整实现的。改革开放以来,通过国外先进技术产品的引进,以及借鉴相关行业自动控制方面的经验,自动控制在造纸生产中逐步得到了应用,正朝着整厂集中控制的方向发展。近年来,许多厂家在生产过程的重点环节进行了自控系统的技术改造,如蒸煮控制、盘磨控制、配浆控制、上浆流送控制、纸机传动、纸机干燥部多段通气控制(热泵控制)和水分定量检测等方面,取得了明显的效果。

  制制浆过程

  制浆过程的自动化控制主要集中在蒸煮、磨浆、配浆和打浆的控制,主要控制参数有:液位、温度、压力、流量和浓度等。从过程控制的层面上来说,一方面对生产过程的电动机和电磁阀进行逻辑、顺序的控制;另一方面对罐类和工艺管道上的各种阀门进行工艺参数的调节。制浆设备中,单体设备较多,由于种种原因,制浆设备本体的机电一体化产品不多,相当部分企业在制浆过程中自动化程度普遍不高。近些年盘磨、挤浆机、热分散等设备在自动化控制方面有了较大的进步,设备性能有所改善;在配浆和上浆浓度调节部分的改造较多,对提高和稳定产品质量,取得了一定效果。

  制浆生产的自动控制系统最初可以认为是仪表控制系统和继电器逻辑控制系统的结合,主要由二次仪表作为控制器来进行单回路或多回路的自动控制。许多厂家一直延用至今,基本上是一种独立、分离的控制。随着电子技术的发展,从20世纪80年代开始,以PLC为主流产品的控制器得到了普遍的应用。由于最初的PLC控制器以逻辑、顺序控制为主,形成了一方面采用PLC控制器进行电动机、电磁阀的联锁和控制;另一方面采用二次仪表作为控制器来进行单回路或多回路的自动调节控制。从80年代末期开始,PLC控制器的功能和技术概念发生了重大变化,以一个过程控制系统的面貌出现;而且在组态方便性和灵活性上有了很大改善,以其容量、速度、字长、周期等为指标,形成了系列产品,从而具备了从事复杂控制的能力。PLC控制器在制浆造纸生产的局部自动控制中得到了普遍的应用。

  新型操作终端的出现和CRT显示技术的进步,特别是PLC控制器通讯能力的加强,使智能的、动态的人机界面越来越多地应用在制浆生产的关键控制点,如蒸球、磨浆、配浆等部分,在被控现场配置液晶或等离子显示真彩操作终端,可方便的与PLC联接,融入控制器的操作系统中。触摸式界面在用户规定的刷新时间内提供各种实时数据,显示相关状态参数、设定值与实测值,且以数字量形式或棒图形式显示组态相关参数图形;同时,触摸式界面还具有各种操作功能,可进行参数的设定和逻辑控制。为了在控制室可清楚地反映生产过程的整体和局部信息,利用上位计算机,对生产过程进行集中监测、操作和管理。操作人员可以从控制室的显示器上所显示的不同画面中,观察到生产过程的状态,并在专用的操作终端上或直接在控制显示器上对生产过程的各项工艺参数进行控制。

  制浆造纸的生产过程,从控制上来说,是一个多设备协调的联动系统,尤其是企业向着大规模化的方向发展,原有落后的控制方式越来越不能满足生产的要求。这样DCS就应运而生。

  DCS,即集散控制系统,又名分布式的计算机控制系统,是利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。它是由计算机技术、信号处理技术、测量技术、通信网络技术、CRT显示技术和人机接口技术相互渗透发展起来的。DCS集散型控制系统,从结构上讲就是将采集和控制分散在多个现场控制站,而将操作和监视功能集中在一个或多个操作站。它从硬件上采用标准化、模块化和系列化产品,系统上各工作站是通过网络接口相联接的,各工作站能完全独立地运行。系统的实时控制网络使系统资源共享,对系统结构组态进行在线修正、在线维修。它的突出优点是系统的硬件和软件都具有灵活的组态和配置能力。软件的开放性尤为突出。

  制浆造纸生产过程的DCS控制系统包括若干个子工段控制系统:如湿法备料及连蒸、白水回收、洗选漂、抄纸、烘缸三段通汽、上浆浓度和QCS等等。每个控制子系统既有着相对的独立性,又彼此互相联系。因此整个系统采用控制环节分散、数据处理集中的方式,即多操作站的DCS系统。DCS通过系统总线把车间和各工段的DCS联成一个网络。各DCS子系统主要由基本I/O单元、过程主站、操作站、报警站、操作终端、显示器、报警打印机和报告打印机组成,再加上生产现场的检测仪表和执行机以及控制中心组成一个完整的造纸生产的自动控制系统。DCS控制系统的系统结构一般分为过程控制级、自动化级和现场级。系统硬件配置一般为:

  ●工业控制计算机作为操作员站组成上位机管理系统。

  ●大型控制器组成自动化中心控制系统。

  ●操作显示终端作为现场人机界面。

  ●分布式远程控制站作为控制单元。

  过程控制级的操作界面采用工业控制计算机,使用标准软件和网络,以实现过程诊断、过程监视、控制及信息管理。标准的显示和操作窗口,实时显示工艺流程控制点的过程参数,操作员可以很方便地通过动态画面,实时监视设备状态,如液位高低,阀门开度、电机启停等;同时,根据该工段的工艺流程需要,及时对设备进行控制。对于调节回路有两种控制方式,即自动调节和手动调节。当点击画面上的自动手动旋转开关,可以切换自动手动方式。在自动状态下,调节回路由PLC进行控制,自动调节阀门的开度。此时,若点击阀门,将出现提示窗口,提示此时是处于自动状态下,不能手动调节阀门。若处于手动状态下,操作工可以自行调节阀门开度。发现异常事件,作出提示、报警及处理命令;并可调阅与修改控制参数,远程切换工作状态,故障诊断及报表打印;也可保存生产报表及报警信息。过程控制级的PC机,通过生产管理网络,接受中心PLC的生产数据,向经营管理网络传送各类生产数据及接受各类生产任务。过程控制站的控制能力至关重要,主要以控制功能块的能力、数量、组态方便性和灵活性来衡量;过程控制站的可靠性和环境适应性同样重要,可通过冗余配置使其可靠性更高,但目前在造纸生产线的应用还很少见,其主要考虑的是其性能价格比的原因。

 

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