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国内制浆造纸自控及仪表的现状与发展趋势（下）
suntiger001 发表于 2006/5/4 11:17:03 精华 1656 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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2 发展趋势
2.1 控制系统以现场总线为核心
自动控制系统向综合化、开放化发展已成必然，工厂自动化要求各类设备之间的通讯能力更强，相互融合。以现场总线为核心的集散自动控制系统FCS正在兴起，开放的结构将方便地与所有控制设备系统进行数据交换，成为真正集成的、贯穿全系统的新型自动控制系统。
2.1.1 全集成自动化思想
随着工业自动化现代控制理论和计算机技术的迅速发展，使得工业自动化过程控制系统能够在系统各层次之间的数据交换量迅速增大，这就为实现一种全集成自动化控制思想提供了基础。
全集成自动化思想就是用一种系统完成原来由多种系统搭配起来才能完成所有功能的系统。应用这种解决方案，可以大大简化系统的结构，减少了大量接口部件，应用全集成自动化可以克服上位机和工业控制器之间、连续控制和逻辑控制之间、集中与分散之间的界限。同时，全集成自动化解决方案还可以为所有的自动化应用提供统一的技术环境，主要包括：统一的数据管理、统一的通讯、统一的组态和编辑软件等。基于这种环境，各种各样不同的技术可以在一个用户接口下，集成在一个有全局数据库的系统中。
2.1.2 现场总线
工业控制自动化技术是保证生产高效可靠运行的重要手段，20世纪90年代，现场总线控制系统的出现和应用，标志着自动化技术的又一次飞跃，传统控制系统设备间的一对一联线，不仅增加安装维护费用，也降低了系统的可靠性，带来安全隐患；模拟信号传输，限制了传输媒体和传输结构的选择，信号的精确度受到影响。因此，工厂构建一个合理的局域网是十分重要的，不仅要考虑控制系统的通讯网络的特点和安全性，还必须考虑与工厂原有控制系统的通讯网络的互联和可能扩建工程生产线的联网，以达到数据通讯资源共享的目的。
现场总线是现代控制系统的核心，本质上是一种数字化通信协议，是连接智能现场设备和自动化系统的数字化、全分散、双向传输、多分支结构的通信网；由于其在工业控制自动化的前沿地位，代表了技术发展的方向。
PROFIBUS现场总线由于其高实时性及技术较为成熟，在全世界范围得到了广泛的应用，也是目前国内应用最普遍的一种。PROFIBUS现场总线是基于国际标准EN50170的开放的现场总线，它主要用于现场控制及检测采集单元的数据交换，采用令牌调度原理进行数据通讯，主要包括最高波特率可达12M的高速总线PROFIBUS-DP（H2）和用于过程的本安型低速总线PROFIBUS-PA（H1）。DP和PA的完美结合使得PROFIBUS现场总线在结构和性能上优于其他现场总线。既适合于自动化系统与现场信号单元的通讯，也可用于直接连接带有接口的变送器、执行器、传动装置和其它现场仪表及设备，对现场信号进行采集、监控和处理，用一对双绞线替代了传统的大量的传输电缆。
2.1.3 仪表(总线型变送器)
由于控制系统发生了新的变革，为了适应现场总线控制系统的要求，仪表、变送器已经从模拟型、智能型发展到了现场总线型。现场总线作为一种数字式通信网络从控制室一直延伸到生产现场，使过去采用点到点式的模拟量信号传输变为多点一线的串行数字式传输。
在现场总线型变送器中，其优越性是显而易见的：全数字传输，稳定性和精确度高于智能型变送器，除了保持智能型变送器优良的测量性能外，还增加了运算和控制功能，内嵌有PID控制、逻辑运算、算术运算、累加等模块，用户通过组态软件对这些功能模块进行任意调用，实现参数的现场控制。
多变量测量是现场总线型变送器又一特点，即一台变送器可以同时测量多个过程变量。由于每台现场总线型变送器内配有多个感测元件，它就可以同时测量多个过程变量，并通过现场总线传输出去。目前，世界各大仪表生产厂都相继推出了现场总线型变送器，通过认证的变送器已经有60多种。
综上所述，现场总线型变送器已经不是传统意义上的变送器了，它是一个集变送、控制和通信功能于一身的现场设备。现场总线型变送器的出现，必会给仪表和自动化领域带来新的革命性变革。
2.2 控制内容的广泛性和控制方式的专业化
制浆造纸过程是一个连续的过程，自动化控制是根据生产工艺的特点和要求，实现全过程、实时有效的控制，更好地为生产工艺服务，因此，控制内容将进一步扩大，控制系统的控制模式或方法将更加符合或贴近生产实际，更具有独创性和专业性。在控制方式上，应用如自适应、自诊断、最优化等手段，在软件的设计中采用容错等新的先进的技术成果，在增强系统可靠性的同时，结合制浆造纸生产的设备与工艺实际，提高系统控制的实际效果，成为自动控制方面努力的目标。
按照系统分散控制的概念，生产过程的系统划分会更细、更单元化。随着制浆造纸生产设备的不断进步，单机本体设备的自动化程度会有所提高，控制系统的层次会更加分明，会形成既相互独立，又全系统贯通的自动控制结构。如造纸生产自动控制系统将分为过程控制DCS系统、设备控制MCS系统、质量控制QCS系统、断纸监测WMS系统、纸病监测WIS系统，马达控制中心MCC等,而这些系统又都将被集成在一个更大的网络中。
麦草湿法备料和蒸煮工段近几年纷纷由间歇蒸煮向连续蒸煮变革。连续蒸煮工段应用DCS系统较为普遍。鉴于连蒸系统的工艺过程是一个高温高压过程，具有一定的危险性，控制系统的发展将首先高度重视系统的安全性和可靠性，除软件的设计中采用容错技术外，CPU双备冗余系统应被考虑；其次，通过销鼓计量器的草片量与加入“T”型管药液的流量的比值控制是蒸煮的关键，运行中比值的控制精度影响着产品的质量，因现采用以销鼓计量器的转速比间接检测草片量的方法，误差较大，有待改进；洗、选、漂工段，除砂器和压力筛的进浆和出浆压力的压力差，应得到有效的控制，以提高除砂和筛选的效果；对于双辊或双网挤浆机，采用双点传动、具有负荷均衡分配的变速控制会得到推广，使得浓缩过程变得容易调整；在漂白部分，对于进入混合器的氧化物漂剂，应实现流量的自动控制；在磨浆部分，无论是单盘磨、双盘磨或锥型磨，采用功率控制磨浆间距的方法是完全成熟的，主要受到进退刀传动机构精度的制约，如采用液压传动系统，将显著改善设备品质。
国内废纸制浆中，热分散设备才开始应用，从系统上讲热分散生产线对自动控制的要求是较高的，控制的内容有温度、压力、位置间隙等，其控制系统有待于进一步完善。
由于纸机生产向高产量、高品质的方向发展，对纸浆的配浆及浓度控制的要求不断提高，因此，上浆浓度的调节和控制将越来越普遍地得到应用。造纸过程的多分部传动近年应用变频控制技术效果显著，实现了电动机在长期恒定负载下的连续运行，系统的热稳定状态较为理想。各分部传动点应处于硬速度特性，由于纸页经过加热会出现收缩变化，在压光、卷取部需要一定幅度的软特性，除了加装张力传感器进行动态速度补偿外，在中小纸机上利用矢量型变频器具有的自适应功能块，根据输出转距的变化，通过速度补偿自适应调节，实现间接张力控制应得到推广应用，以减少断头和人工干预。
但驱动器的动态参数优化功能没有充分发挥出来，在遇到负载扰动时，快速的抑制和调整的时间还不适应，特别在大型高速纸机上，变频器直流侧母线电压过高的情况时有发生，因此，采用公共直流母线作为各逆变器的馈电系统会得到更多的应用。
纸机过程控制将归类于DCS系统：包括上浆系统、蒸汽冷凝水系统、真空系统、损纸系统和涂料制备系统。
纸机设备本体的过程控制内容将统一规划，称为MCS。流浆箱的流速与压力、润滑油的循环、压榨部的线压、网部的摇振和移动喷水、网和毛毯的纠偏、压光机的液压系统、卷取部的气动系统等将在设备本体控制系统的基础上，集中管理。
MCC马达控制中心将向智能化方向发展，如果条件允许，将摒弃MCC室内放置远程I/O的模式，每个电机控制单元，可看作FCS系统控制下的一个执行器。若采用PROFIBUS P联接，则每个电机就是一个DP站点。
纸页质量控制系统QCS的应用会更广泛。为能帮助改善质量，提高产量和降低成本，除了纸页定量和水分的测量和控制外，还包括灰分、厚度、白度、光泽度、平滑度、透明度、涂布量等内容的测量和控制。重要的是QCS应与上浆浓度和烘缸温度等相关参数实现真正意义上的闭环自动控制。对于普通纸机，选用纵向质量测量和控制；对于大型或有特殊要求的纸机，还会增加横向质量测量和控制。
断纸监测系统WMS目前在国内的应用还极少见，即采用摄像技术在纸机容易断纸的地方进行监测记录，断纸发生时，该系统将自动追溯存储在摄像机中的断纸前一定时区所捕捉到的断纸信号和相关纸病信号，图像会与生产同步，使技术人员快速判定断纸区域和断纸原因。
纸病监测系统WIS，用于在线检验如斑点、孔洞、皱纹、裂口、条痕等纸病，可与切纸机联接，剔除次品。检验数据也用于质量管理，确定纸病的成因。
目前制浆造纸企业的生产过程如烘缸表面温度控制、烘箱干燥温度连续控制、压榨辊线压力控制、纸页张力控制等还是采用间接的或手控的方式进行的。这些都有待于推广和应用。
3 小结
制浆造纸过程是一个复杂的工业过程，也是一项技术性很强的工作，具有高度不确定性、非线性、关连性、大滞后和状态不完全性。目前，国内造纸行业的自动化水平总的来说还属落后的，我们应从生产过程的优化控制等底层自动化方面开始做起。在系统配置时，应使厂家的有关技术人员充分了解所选的控制系统的硬件、软件及其技术特性；结合工艺设备及其控制要求，应充分考虑管理信息系统的要求，使全厂的控制系统构成一个能够相互通信、相互调阅的生产管理系统。以便使厂部生产指挥部门可更迅速、更全面地掌握全厂生产过程、状态，指挥调整工艺运行参数，及时进行生产调度和优化，为企业的发展服务。相信较短的时间内我国制浆造纸自控及仪表的控制水平会有一个飞跃。□
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2.1 控制系统以现场总线为核心
自动控制系统向综合化、开放化发展已成必然，工厂自动化要求各类设备之间的通讯能力更强，相互融合。以现场总线为核心的集散自动控制系统FCS正在兴起，开放的结构将方便地与所有控制设备系统进行数据交换，成为真正集成的、贯穿全系统的新型自动控制系统。
2.1.1 全集成自动化思想
随着工业自动化现代控制理论和计算机技术的迅速发展，使得工业自动化过程控制系统能够在系统各层次之间的数据交换量迅速增大，这就为实现一种全集成自动化控制思想提供了基础。
全集成自动化思想就是用一种系统完成原来由多种系统搭配起来才能完成所有功能的系统。应用这种解决方案，可以大大简化系统的结构，减少了大量接口部件，应用全集成自动化可以克服上位机和工业控制器之间、连续控制和逻辑控制之间、集中与分散之间的界限。同时，全集成自动化解决方案还可以为所有的自动化应用提供统一的技术环境，主要包括：统一的数据管理、统一的通讯、统一的组态和编辑软件等。基于这种环境，各种各样不同的技术可以在一个用户接口下，集成在一个有全局数据库的系统中。
2.1.2 现场总线
工业控制自动化技术是保证生产高效可靠运行的重要手段，20世纪90年代，现场总线控制系统的出现和应用，标志着自动化技术的又一次飞跃，传统控制系统设备间的一对一联线，不仅增加安装维护费用，也降低了系统的可靠性，带来安全隐患；模拟信号传输，限制了传输媒体和传输结构的选择，信号的精确度受到影响。因此，工厂构建一个合理的局域网是十分重要的，不仅要考虑控制系统的通讯网络的特点和安全性，还必须考虑与工厂原有控制系统的通讯网络的互联和可能扩建工程生产线的联网，以达到数据通讯资源共享的目的。
现场总线是现代控制系统的核心，本质上是一种数字化通信协议，是连接智能现场设备和自动化系统的数字化、全分散、双向传输、多分支结构的通信网；由于其在工业控制自动化的前沿地位，代表了技术发展的方向。
PROFIBUS现场总线由于其高实时性及技术较为成熟，在全世界范围得到了广泛的应用，也是目前国内应用最普遍的一种。PROFIBUS现场总线是基于国际标准EN50170的开放的现场总线，它主要用于现场控制及检测采集单元的数据交换，采用令牌调度原理进行数据通讯，主要包括最高波特率可达12M的高速总线PROFIBUS-DP（H2）和用于过程的本安型低速总线PROFIBUS-PA（H1）。DP和PA的完美结合使得PROFIBUS现场总线在结构和性能上优于其他现场总线。既适合于自动化系统与现场信号单元的通讯，也可用于直接连接带有接口的变送器、执行器、传动装置和其它现场仪表及设备，对现场信号进行采集、监控和处理，用一对双绞线替代了传统的大量的传输电缆。
2.1.3 仪表(总线型变送器)
由于控制系统发生了新的变革，为了适应现场总线控制系统的要求，仪表、变送器已经从模拟型、智能型发展到了现场总线型。现场总线作为一种数字式通信网络从控制室一直延伸到生产现场，使过去采用点到点式的模拟量信号传输变为多点一线的串行数字式传输。
在现场总线型变送器中，其优越性是显而易见的：全数字传输，稳定性和精确度高于智能型变送器，除了保持智能型变送器优良的测量性能外，还增加了运算和控制功能，内嵌有PID控制、逻辑运算、算术运算、累加等模块，用户通过组态软件对这些功能模块进行任意调用，实现参数的现场控制。
多变量测量是现场总线型变送器又一特点，即一台变送器可以同时测量多个过程变量。由于每台现场总线型变送器内配有多个感测元件，它就可以同时测量多个过程变量，并通过现场总线传输出去。目前，世界各大仪表生产厂都相继推出了现场总线型变送器，通过认证的变送器已经有60多种。
综上所述，现场总线型变送器已经不是传统意义上的变送器了，它是一个集变送、控制和通信功能于一身的现场设备。现场总线型变送器的出现，必会给仪表和自动化领域带来新的革命性变革。
2.2 控制内容的广泛性和控制方式的专业化
制浆造纸过程是一个连续的过程，自动化控制是根据生产工艺的特点和要求，实现全过程、实时有效的控制，更好地为生产工艺服务，因此，控制内容将进一步扩大，控制系统的控制模式或方法将更加符合或贴近生产实际，更具有独创性和专业性。在控制方式上，应用如自适应、自诊断、最优化等手段，在软件的设计中采用容错等新的先进的技术成果，在增强系统可靠性的同时，结合制浆造纸生产的设备与工艺实际，提高系统控制的实际效果，成为自动控制方面努力的目标。
按照系统分散控制的概念，生产过程的系统划分会更细、更单元化。随着制浆造纸生产设备的不断进步，单机本体设备的自动化程度会有所提高，控制系统的层次会更加分明，会形成既相互独立，又全系统贯通的自动控制结构。如造纸生产自动控制系统将分为过程控制DCS系统、设备控制MCS系统、质量控制QCS系统、断纸监测WMS系统、纸病监测WIS系统，马达控制中心MCC等,而这些系统又都将被集成在一个更大的网络中。
麦草湿法备料和蒸煮工段近几年纷纷由间歇蒸煮向连续蒸煮变革。连续蒸煮工段应用DCS系统较为普遍。鉴于连蒸系统的工艺过程是一个高温高压过程，具有一定的危险性，控制系统的发展将首先高度重视系统的安全性和可靠性，除软件的设计中采用容错技术外，CPU双备冗余系统应被考虑；其次，通过销鼓计量器的草片量与加入“T”型管药液的流量的比值控制是蒸煮的关键，运行中比值的控制精度影响着产品的质量，因现采用以销鼓计量器的转速比间接检测草片量的方法，误差较大，有待改进；洗、选、漂工段，除砂器和压力筛的进浆和出浆压力的压力差，应得到有效的控制，以提高除砂和筛选的效果；对于双辊或双网挤浆机，采用双点传动、具有负荷均衡分配的变速控制会得到推广，使得浓缩过程变得容易调整；在漂白部分，对于进入混合器的氧化物漂剂，应实现流量的自动控制；在磨浆部分，无论是单盘磨、双盘磨或锥型磨，采用功率控制磨浆间距的方法是完全成熟的，主要受到进退刀传动机构精度的制约，如采用液压传动系统，将显著改善设备品质。
国内废纸制浆中，热分散设备才开始应用，从系统上讲热分散生产线对自动控制的要求是较高的，控制的内容有温度、压力、位置间隙等，其控制系统有待于进一步完善。
由于纸机生产向高产量、高品质的方向发展，对纸浆的配浆及浓度控制的要求不断提高，因此，上浆浓度的调节和控制将越来越普遍地得到应用。造纸过程的多分部传动近年应用变频控制技术效果显著，实现了电动机在长期恒定负载下的连续运行，系统的热稳定状态较为理想。各分部传动点应处于硬速度特性，由于纸页经过加热会出现收缩变化，在压光、卷取部需要一定幅度的软特性，除了加装张力传感器进行动态速度补偿外，在中小纸机上利用矢量型变频器具有的自适应功能块，根据输出转距的变化，通过速度补偿自适应调节，实现间接张力控制应得到推广应用，以减少断头和人工干预。
但驱动器的动态参数优化功能没有充分发挥出来，在遇到负载扰动时，快速的抑制和调整的时间还不适应，特别在大型高速纸机上，变频器直流侧母线电压过高的情况时有发生，因此，采用公共直流母线作为各逆变器的馈电系统会得到更多的应用。
纸机过程控制将归类于DCS系统：包括上浆系统、蒸汽冷凝水系统、真空系统、损纸系统和涂料制备系统。
纸机设备本体的过程控制内容将统一规划，称为MCS。流浆箱的流速与压力、润滑油的循环、压榨部的线压、网部的摇振和移动喷水、网和毛毯的纠偏、压光机的液压系统、卷取部的气动系统等将在设备本体控制系统的基础上，集中管理。
MCC马达控制中心将向智能化方向发展，如果条件允许，将摒弃MCC室内放置远程I/O的模式，每个电机控制单元，可看作FCS系统控制下的一个执行器。若采用PROFIBUS P联接，则每个电机就是一个DP站点。
纸页质量控制系统QCS的应用会更广泛。为能帮助改善质量，提高产量和降低成本，除了纸页定量和水分的测量和控制外，还包括灰分、厚度、白度、光泽度、平滑度、透明度、涂布量等内容的测量和控制。重要的是QCS应与上浆浓度和烘缸温度等相关参数实现真正意义上的闭环自动控制。对于普通纸机，选用纵向质量测量和控制；对于大型或有特殊要求的纸机，还会增加横向质量测量和控制。
断纸监测系统WMS目前在国内的应用还极少见，即采用摄像技术在纸机容易断纸的地方进行监测记录，断纸发生时，该系统将自动追溯存储在摄像机中的断纸前一定时区所捕捉到的断纸信号和相关纸病信号，图像会与生产同步，使技术人员快速判定断纸区域和断纸原因。
纸病监测系统WIS，用于在线检验如斑点、孔洞、皱纹、裂口、条痕等纸病，可与切纸机联接，剔除次品。检验数据也用于质量管理，确定纸病的成因。
目前制浆造纸企业的生产过程如烘缸表面温度控制、烘箱干燥温度连续控制、压榨辊线压力控制、纸页张力控制等还是采用间接的或手控的方式进行的。这些都有待于推广和应用。
3 小结
制浆造纸过程是一个复杂的工业过程，也是一项技术性很强的工作，具有高度不确定性、非线性、关连性、大滞后和状态不完全性。目前，国内造纸行业的自动化水平总的来说还属落后的，我们应从生产过程的优化控制等底层自动化方面开始做起。在系统配置时，应使厂家的有关技术人员充分了解所选的控制系统的硬件、软件及其技术特性；结合工艺设备及其控制要求，应充分考虑管理信息系统的要求，使全厂的控制系统构成一个能够相互通信、相互调阅的生产管理系统。以便使厂部生产指挥部门可更迅速、更全面地掌握全厂生产过程、状态，指挥调整工艺运行参数，及时进行生产调度和优化，为企业的发展服务。相信较短的时间内我国制浆造纸自控及仪表的控制水平会有一个飞跃。□