隨著造紙生產(chǎn)工藝和設(shè)備的不斷進(jìn)步，對造紙生產(chǎn)自動控制的要求越來越高，也使廠家對這方面越來越重視，如何更好地選擇和切合實際地配置性能價格比最高的自動控制系統(tǒng)，已突出地擺在各生產(chǎn)廠家面前。造紙生產(chǎn)的自動控制，過去只集中在電氣傳動方面，現(xiàn)在的范圍己擴大到打漿控制系統(tǒng)、配漿控制系統(tǒng)、上漿流送控制系統(tǒng)、紙機干燥部多段通氣控制系統(tǒng)（熱泵控制）和水分定量檢測等方面，即通常說的DCS過程控制系統(tǒng)和QCS質(zhì)量檢測系統(tǒng)，正朝著整廠集中控制的方向發(fā)展。
一．電氣傳動傳動系統(tǒng)
　　近些年電氣傳動系統(tǒng)普遍采用國外控制裝置以來，傳動系統(tǒng)的穩(wěn)速精度、動態(tài)響應(yīng)和可靠性等方面得到了大大的提高，尤其是交流變頻控制裝置的推廣，使生產(chǎn)廠家得到了很大的益處，使長期困擾廠家的國產(chǎn)模擬控制裝置的諸多問題有了根本性的改變，提高了生產(chǎn)效益。目前傳動系統(tǒng)己由最初的模擬設(shè)定向全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通訊的方向過度，后者分辨率更高、控制更精確，同時，作為整廠集中控制系統(tǒng)的一部分，便于與其它有關(guān)部分通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，正因如此，一些通訊功能弱的或通訊協(xié)議開放性差的控制器的市場份額逐步在下降，而一些著名品牌高檔次的控制器正越來越多地得到應(yīng)用。本公司長期從事造紙行業(yè)的自動化工程項目，自1994年首臺1760/300文化紙機全數(shù)字電氣傳動系統(tǒng)在廣寧人民造紙廠投產(chǎn)成功以來，采用西門子公司先進(jìn)技術(shù)，成功地開發(fā)出不同的控制系統(tǒng)，形成了較完整的產(chǎn)品系列。在板紙等較厚紙種的生產(chǎn)線上，如車速在150m／min以下，我們通常選用西門子公司MDV型變頻器、西門子公司S7-200型PLC，采用USS數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。這種配置最大的特點是結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實用。在車速150m／min以上的紙機或薄頁紙、特種紙生產(chǎn)線上，我們通常選用西門子公司6SE70工程型變頻器、西門子公司S7-200或S7-300型PLC，采用USS數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。這種配置的特點是結(jié)構(gòu)簡單、控制精度較高。在較大型紙機或用戶對電氣傳動系統(tǒng)的組網(wǎng)能力和配置水準(zhǔn)要求較高時，我們選用代表目前先進(jìn)水平的西門子公司6SE70程型變頻器、西門子57－400型PLC，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行通訊，這種配置的主要特點是通訊速率高，達(dá)12MB/s，系統(tǒng)的容量大，現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線可接127個站。
二．整廠集成控制系統(tǒng)
　　隨著工業(yè)自動化過程控制理論和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對工業(yè)自動化過程控制系統(tǒng)提出了更高的要求，面對的三大主要問題是系統(tǒng)各層次之間的數(shù)據(jù)交換量迅速增大、系統(tǒng)中現(xiàn)場總線技術(shù)的融合與提高、安全可靠的軟件。PCS就是在這種形勢下開發(fā)的新一代過程控制系統(tǒng)，它是在西門子公司TELEPER M系列集散系統(tǒng)及S5、S7系列PLC的基礎(chǔ)上，面向整個生產(chǎn)過程的過程控制系統(tǒng)。西門子公司推出的PCS7控制系統(tǒng)使用SIMATIC PCS7軟件及SIEMENS S7系列硬件組成完整的、統(tǒng)一的工廠自動化系統(tǒng)。是基于全全集成自動化思想的新一代過程控制系統(tǒng)。
　　1. 控制結(jié)構(gòu)及通訊網(wǎng)絡(luò)：整廠集成控制系統(tǒng)一般分為過程控制級、自動化級和現(xiàn)場級。
　　過程控制級
　　過程控制級采用高性能的PC機，采用標(biāo)準(zhǔn)軟件和網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)過程診斷、過程監(jiān)視、控制及全廠信息管理。用標(biāo)準(zhǔn)的顯示和操作窗口，可顯示各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的畫面及圖表。調(diào)用所有操作參數(shù)及設(shè)備參數(shù)進(jìn)行修改和調(diào)整，所有數(shù)據(jù)隨時可以拷貝存檔,該系統(tǒng)是完全開放的。
　　自動化級
　　自動化級均采用裝有單處理器或多處理器的CPU，自動化級與過程控制級的通訊由SIMATIC NET INDUSTRIA ETHERNET工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可接入1024個站點，速率為10MB/S。與現(xiàn)場級的通訊由SIMATIC NET PROFIBUS-DP通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，速率可達(dá)12MB/S，系統(tǒng)可接127個站。
　　現(xiàn)場級
　　在現(xiàn)場級，主要有三類標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)產(chǎn)品連接在現(xiàn)場總線上?，F(xiàn)場操作面板OP27、OP25、TP27等。操作面板OP27、OP25、TP27等適合于分散的，與設(shè)備相關(guān)的控制和監(jiān)視。不同的傳動和傳動組均可有標(biāo)準(zhǔn)的圖形顯示及相同的操作步驟。交流變頻器等控制裝置。6SE70、6RA70作為電機的驅(qū)動和控制單元，具有相同的性能、有清晰的硬件結(jié)構(gòu)，清楚明了的運行和故障診斷方式。遠(yuǎn)程智能化接口 SIMMIC S7 ET200 。ET200M I／O系列提供了各種電壓和保護等級的數(shù)字、模擬I／O單元，可以集中放置，也可以分散安裝在現(xiàn)場，其它的傳 感器和執(zhí)行機構(gòu)可以直接連接在此開放式的總線結(jié)構(gòu)中。
　　PROFIBUS現(xiàn)場總線 
　　PROFIBUS用于現(xiàn)場控制及檢測采集單元的數(shù)據(jù)交換。PROFIBUS現(xiàn)場總線是基于國際標(biāo)準(zhǔn)EN50170的開放的現(xiàn)場總線，采用令牌調(diào)度原理進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，主要包括最高波特率可達(dá)12M的高速總線PROFIBUS-DP（H2）和用于過程的本安型低速總線 PROFIBUS一PA（H1）。DP和PA的完美結(jié)合使得PROFIBUS現(xiàn)場總線在結(jié)構(gòu)和性能上優(yōu)越于其他現(xiàn)場總線。PROFIBUS既適合于自動化系統(tǒng)與現(xiàn)場信號單元的通訊，也可用于直接連接帶有接口的變送器、執(zhí)行器、傳動裝置和其它現(xiàn)場儀表及設(shè)備，對現(xiàn)場信號進(jìn)行采集和監(jiān)控，并且用一對雙絞線替代了傳統(tǒng)的大量的傳輸電纜。大量節(jié)省了電纜的費用，也相應(yīng)節(jié)省了施工調(diào)試以及系統(tǒng)投運后的維護時間和費用。值得注意的是，目前在紙機電氣傳動系統(tǒng)中，國外似乎己毫無例外的采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行通訊，無疑，這將是今后應(yīng)用得最廣泛的，因為它是可靠性和安全性都較完善的現(xiàn)場實時控制網(wǎng)絡(luò)，但受到價格等諸因素的影響，中、小型紙機應(yīng)用較少。
　　2．操作系統(tǒng)及軟件
　　SIMATIC全集成自動化系統(tǒng)目前可以為所有的自動化應(yīng)用提供統(tǒng)一的技術(shù)環(huán)境，主要是：統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理，統(tǒng)一的通訊協(xié)議，統(tǒng)一的組態(tài)和編程軟件。 SIMATIC PCS采用WinCC作為上位機的監(jiān)控軟件，操作系統(tǒng)用Windows NT4.0，通訊網(wǎng)絡(luò)是采用工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS現(xiàn)場總線。工業(yè)以太網(wǎng)用于系統(tǒng)站之間的數(shù)據(jù)通訊，PROFIBUS網(wǎng)用于I/O站的通訊。SIMATIC PCS采用符合IEC-1131-3國際標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件和現(xiàn)場設(shè)備庫，提供連續(xù)控制、順序控制及高級編程語言?，F(xiàn)場設(shè)備庫提供大量的常用的現(xiàn)場設(shè)備信息及功能塊，可大大簡化組態(tài)工作，縮短工程周期。SIMATIC PCS7具ODBC、OLE等標(biāo)準(zhǔn)接口，并且應(yīng)用以太網(wǎng)、PROFIBUS現(xiàn)場總線等開放網(wǎng)絡(luò)，從而具有很強的開放性?？梢院苋菀椎剡B接上位機管理系統(tǒng)和其它廠商的控制系統(tǒng)。在服務(wù)器上，操作系統(tǒng)用Windows NT 4.0 控制軟件采用 SIMATIC WINCC控制系統(tǒng)。 SIMATIC WINCC是SIMATIC全集成自動化的一個重要組成部分，對于我們來說，可以將組態(tài)過程中的符號表連接到WINCC的變量中，也可以將有關(guān)控制器的控制信息在WINCC的系統(tǒng)中直接體現(xiàn)。SIMATIC WINCC控制系統(tǒng)的特點：SIMATIC WINCC在較短的時間內(nèi)，發(fā)展成為世界范圍內(nèi)最成功的HMI/SCADA系統(tǒng)之一。即Windows Control Center（視窗控制中心）它是第一個使用32位技術(shù)的過程監(jiān)控系統(tǒng)。它搶先式多任務(wù)的特點適合于對過程事件的快速反應(yīng)。WINCC的開放性和可擴充性是其最顯著的特點，開放性主要體現(xiàn)在軟件方面： a.集成了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫接口，ODBC/SQL。當(dāng)廠家在全廠建立起信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)時，生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)庫接口與全廠信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)連接。b.提供了標(biāo)準(zhǔn)的OPC、工業(yè)ActiveX接口。通過接口，其它的應(yīng)用程序可集成到過程畫面上，并與WINCC交換相關(guān)的數(shù)據(jù)，WINCC控制系統(tǒng)中集成了 OPC接口，用于連接其它符合OPC規(guī)范的控制器驅(qū)動程序，所以，WINCC理論上可以支持所有控制器。 c.提供了標(biāo)準(zhǔn)的API編程接日，程序工程師可以使用其它編程語言，通過API接口訪問WINCC以交換數(shù)據(jù)。WINCC的基本功能：
　　圖形系統(tǒng)：通過組態(tài)，可構(gòu)成豐富多彩的動態(tài)參數(shù)控制畫面。
　　趨勢歸檔：生產(chǎn)工藝過程中出現(xiàn)的事件和事故分析及趨勢均可記錄在WINCC中。
　　信息報警：WINCC捕捉過程信息和本地事件，將這些內(nèi)容歸在檔案庫中，并在需要時有選擇的提取它們，或直接轉(zhuǎn)移到相關(guān)的過程畫面上。 
　　生產(chǎn)報表：WINCC提供了一套報表系統(tǒng)，可方便地產(chǎn)生黑白和彩色的生產(chǎn)報表；
　　三．本公司在造紙行業(yè)PCS系統(tǒng)的應(yīng)用
　　本公司近年來在西門子公司PCS7系統(tǒng)基礎(chǔ)上開發(fā)的整廠集成控制系統(tǒng)，根據(jù)實際情況，采用多重CPU的控制結(jié)構(gòu)，較好地解決了系統(tǒng)的快速性和安全性的問題，使整廠集成控制系統(tǒng)局域化，既作到了集中管理，又分散和加強了局域控制能力，在運行過程中取得了很好的效果。
　　以山東在平造紙廠干法紙機為例：
　　1．系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)：本系統(tǒng)采用PCS7體系控制結(jié)構(gòu)，從上至下，為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：過程控制級、自動化級、和現(xiàn)場控制級?，F(xiàn)場控制級帶9個現(xiàn)場操作站與7個顯示終端，分別顯示及控制局部區(qū)域的過程參數(shù)。按整機控制系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)分九個部分的內(nèi)容：
　　1）主傳動控制系統(tǒng) 
　　2）溫度控制系統(tǒng)
　　3）壓力控制系統(tǒng)
　　4）張力控制系統(tǒng)
　　5）濕度控制
　　6）斷紙檢測
　　7）噴膠控制
　　8）輔傳動控制系統(tǒng)
　　9）氣路控制系統(tǒng)
　　2．系統(tǒng)的三個功能級
　　現(xiàn)場控制級：
　　1）本級由9個SIEMENS S7型PLC與7個顯示終端及若干變頻控制器、智能過程控制儀、張力傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、光電傳感器及變送器等組成。
　　2)功能強大、使用方便。PLC、智能過程控制器等根據(jù)設(shè)備現(xiàn)場的布局，采用分布式布局，就地實時響應(yīng)生產(chǎn)過程事件，極大地減少了現(xiàn)場至控制室的電纜聯(lián)線，使生產(chǎn)過程控制局部化、模塊化，不僅提高了系統(tǒng)的性能，使風(fēng)險系數(shù)降低，而且又有利于系統(tǒng)的擴展與維護。
　　3)現(xiàn)場操作與顯示終端(PWS）以動態(tài)圖形(X-Y圖形）實時顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場操作人員可通過觸摸屏操作現(xiàn)場設(shè)備。
　　4)智能過程控制器等分別完成對諸如壓力、溫度等參數(shù)的自動控制。
　　5)PLC及智能過程控制儀、變送器通過現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)接中心控制PLC、交換各種實時信息。
　　自動化控制級（中心控制級）:
　　1)本級由SIEMENS大型PLCS7－414組成。
　　2)運用PROFIBUS通訊協(xié)議構(gòu)成先進(jìn)的L2-DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。
　　3)作為整機的中心控制單元，控制主傳動點的運行狀態(tài)。
　　4)根據(jù)工藝要求完成各現(xiàn)場PLC所組成的子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制。
　　5)接收現(xiàn)場PLC及智能過程控制站傳送的實時信息。
　　6)通過生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接生產(chǎn)管理級計算機傳輸各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
　　7)執(zhí)行生產(chǎn)管理級計算機的指令。判斷并處理整機運行事件。
　　過程控制級：
　　1)本級由一臺工業(yè)控制計算機組成。
　　2)系統(tǒng)使用SIMATIC PCS7軟件，操作系統(tǒng)用 WindOWS NT 4．0，采用 WinCC作為上位機的監(jiān)控軟件。
　　3)通過過程控制網(wǎng)絡(luò)，接受中心PLC的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
　　4)實時顯示工藝流程控制點的過程參數(shù)。
　　5)監(jiān)控整機運行狀況，發(fā)現(xiàn)異常事件，作出提示、報警及處理命令。
　　6)調(diào)閱與修改控制參數(shù)。
　　7)遠(yuǎn)程切換工作狀態(tài)。
　　8)故障診斷及報表打印。
　　9)保存生產(chǎn)報表及報警信息。
　　10)過程控制計算機可聯(lián)入廠級經(jīng)營管理網(wǎng)絡(luò)，向經(jīng)營管理網(wǎng)絡(luò)傳送各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)及接受各類生產(chǎn)任務(wù)。
　　3．紙機主要控制點的控制方式：
　　a．主傳動：
　　1)整機主傳動指B201＃一B211＃。
　　2)其中B205＃成型輥電機暫未考慮。
　　3)采用西門子6SE70型全數(shù)字矢量型變頻器作為驅(qū)動單元，旋轉(zhuǎn)式光電編碼器作為速度反饋單元，構(gòu)成閉環(huán)控制。
　　4)現(xiàn)場操作臺上的三臺PWS和計算機界面均能顯示其線速度、負(fù)荷等參數(shù)，并可根據(jù)工藝要求進(jìn)行速度的設(shè)定和微調(diào)。
　　5)各分部速度給定采用鏈?zhǔn)浇o定方式，在保證各分部速差的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)同步控制。
　　6)B201#、B202＃兩臺送料電機與纖維分離傳動電機D101＃聯(lián)鎖，D101＃電機未達(dá)額定值送料電機不能啟動。
　　7)兩臺送料電機設(shè)手動一自動切換鈕，手動狀態(tài)獨立起、停，聯(lián)動狀態(tài)交替運行。 
　　8)兩臺送料電機的速度由定量檢測儀輸出信號控制。
　　b．熱輥表面溫度（TO1、T02、T22）：
　　1)采用紅外溫度傳感器進(jìn)行表面溫度測量。通過智能溫度控制儀控制可控硅無級調(diào)溫裝置，進(jìn)而調(diào)節(jié)加熱棒的電功率。
　　2)顯示：現(xiàn)場與計算機界面顯示。
　　3)設(shè)定：現(xiàn)場與計算機界面設(shè)定。
　　4)超限聲光報警。
　　c.烘箱的風(fēng)溫控制(T03-06、T10一T17）：
　　1)采用溫度傳感器通過智能儀表控制電動調(diào)節(jié)閥V01-V03，進(jìn)而控制進(jìn)油量來調(diào)節(jié)溫度。
　　2)顯示：現(xiàn)場與計算機界面顯示。
　　3)設(shè)定：現(xiàn)場與計算機界面設(shè)定。 
　　4)超限聲光報警。
　　d．熱輥的壓力控制（P02、P04、P07）：
　　1)在熱輥兩端安裝壓力傳感器以檢測線壓。
　　2)通過控制儀表調(diào)節(jié)氣動調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)氣囊氣壓的恒定。
　　3)顯示：現(xiàn)場與計算機界面顯示。
　　4)設(shè)定：現(xiàn)場與計算機界面設(shè)定。
　　5)超限聲光報警。
　　e．成型部真空壓力(Y01一Y04）：
　　1)成型部下部安裝真空壓力傳感器。
　　2)采用智能儀表調(diào)節(jié)電動閥門的開度，控制抽風(fēng)量，來保持下部負(fù)壓恒定。
　　3)顯示：現(xiàn)場與計算機界面顯示。
　　4)設(shè)定：現(xiàn)場與計算機界面設(shè)定。
　　5)超限報警。
　　f．張力控制：
　　1)整機紙頁的張力控制設(shè)在卷取前。
　　2)通過張力變送器的信號，調(diào)節(jié)相關(guān)主傳動的速度，保證紙頁張力恒定。
　　3)顯示：現(xiàn)場與計算機界面顯示。
　　4)超限聲光報警。
　　g．濕度控制：
　　1)成型部的濕度控制采用濕度控制儀表分段控制四路電磁閥的方式。
　　2)濕度現(xiàn)場與計算機界面顯示。
　　h．噴膠控制：
　　1)噴膠流量控制采用流量控制儀調(diào)節(jié)電動閥門的方式。
　　2)噴膠氣壓手動控制。
　　3)流量電動鬧與噴膠氣閥同時打開。
　　4)電動閥關(guān)閉十秒后，氣閥才關(guān)閉。
　　5)現(xiàn)場和計算機界面顯示與設(shè)定。
　　4．計算機監(jiān)控畫面的設(shè)置：a．監(jiān)控畫面根據(jù)DCS系統(tǒng)畫面的要求，在W．NT下編程制作。b．畫面通過縮略方式突出工藝流程全過程。動電氣系統(tǒng)元件的圖形符號按國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。d．主傳動點及重要的輔助傳動點電機運行在線動態(tài)顯示，紅色為靜止，綠色為運行（轉(zhuǎn)動），單擊可顯示窗日，進(jìn)行狀態(tài)切換。e.用鼠標(biāo)單擊各主傳動點，可激活相應(yīng)的控制參數(shù)顯示窗口，如速度、負(fù)荷等，顯示設(shè)定值、實際值，并可修改設(shè)定。f．主傳動點的參數(shù)棒圖和數(shù)值顯示。g．重要的電磁閥動態(tài)顯示，紅色為關(guān)閉，綠色為開啟。h．電動閥門指示開度，單擊可顯示開度百分比。i．溫度與壓力檢測點全部在線數(shù)字顯示?？刂泣c顯示設(shè)定值、實際值，并可修改設(shè)定。j．張力控制點在線數(shù)字顯示。k．?dāng)嗉?、斷料檢測點在線動態(tài)顯示。斷紙、斷料時紅塊閃爍。l．膠液流量在線數(shù)字顯示。m.膠料料罐低料位閃爍報警。n．溫度和壓力測量點的參數(shù)棒圖和數(shù)字顯示。o.電動機及電磁閥列方陣表格顯示狀態(tài)。P．環(huán)境溫度、濕度和紙機運行速度在畫面左下角列框顯示。q．設(shè)尋查鍵，令畫面動態(tài)鎖定，以分析各參數(shù)瞬時狀況。制漿造紙過程是一個復(fù)雜的工業(yè)過程，具有高度不確定性，非線性，關(guān)連性， 大滯后和狀態(tài)不完全性。目前，國內(nèi)造紙行業(yè)的自動化水平普遍不高，各廠家應(yīng)從 生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制等底層自動化方面開始做起，在系統(tǒng)配置時，應(yīng)充分考慮管理 信息系統(tǒng)的要求，注意系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和開放性，為企業(yè)的發(fā)展服務(wù)。

摘自《紙業(yè)資訊》