ECS-700控制系统在特种纸机上的应用

杨国安

(牡丹江恒丰纸业股份有限公司，黑龙江牡丹江，157013)

牡丹江恒丰纸业股份有限公司 (以下简称恒丰纸业)年产6000 t高透气度成型纸生产线于2012年10月竣工投产，项目总投资1.9亿元。造纸机采用斜网布浆、两段冲浆、薄膜涂布、空气转向、穿透干燥，配备ECS-700 DCS控制系统，可生产透气度高达2000～32000 CU的成型纸和多种高附加值特种纸。现就ECS-700 DCS控制系统在特种纸机上应用的技术特点和系统配置进行介绍，以供同行参考。

1 ECS-700控制系统功能介绍

ECS-700系统具有管理大型联合装置的能力。从现场测量到控制设备、控制网络、控制器和客户端都可以实现冗余控制，不但确保DCS网络运行和控制器安全，也保证控制系统稳定运行。如将信息网扩展到外网或者与第三方通信必须安装系统防火墙，保证ECS-700系统稳定运行。

2 ECS-700控制系统的构成

ECS-700控制系统由控制节点 (控制站及配套设备)、操作节点 (操作站、工程师站、数据站等)及系统网络 (包括信息管理网、过程信息网Sonet、过程控制网SCnet、I/O总线)等构成。图1所示是恒丰纸业T3特种纸机DCS网络系统结构，A和B是冗余过程控制网，C是过程信息网。

ECS-700系统具备良好的扩展性和开放性，可通过增加控制节点、操作节点、系统位号，方便地扩大系统规模。ECS-700系统支持 Profibus、Modbus、OPC通信协议与第三方系统连接，并支持标准以太网连接信息管理网，共享数据。由图1可知，T3特种纸机DCS系统安装2个控制节点和8个操作节点，机柜室安装3个I/O柜和2个继电器柜;2个控制节点除了控制本系统I/O点外，还分别控制2组菲尼克斯DP通信模块以及西门子DP-COUPLER用来与传动控制系统进行的通信。

3 ECS-700控制系统特点

ECS-700控制系统的机柜分为不带侧板和带侧板两种，如图2所示。每个机柜可以安装一套冗余控制器单元和4个机架I/O单元。机架由导轨和PCB板两部分构成，它是连接控制器和I/O模块的桥梁。PCB板提供机架与总线连接端口、模块与总线连接端口、系统电源接线端口等，完成与I/O模块基座、本地I/O总线、系统电源的电气连接。在每个机架的顶端PCB板上都有4个JP跳线，用来设置机架地址，机架地址范围为0～3。

图1 ECS-700控制系统结构

图2 ECS-700控制系统机柜

3.1 机架类型和机架地址

机架有两种类型，分别是长机架 (CN721)和短机架 (CN722)。长机架可以安装8个I/O机座、16个I/O模块，短机架可以安装4个I/O机座、8个I/O模块。恒丰纸业T3特种纸机均采用长机架。

3.2 I/O连接单元

I/O连接模块COM711-S与MB722-S基座构成一个I/O连接单元，是扩展机柜中的核心单元及控制器与I/O模块的中间环节。该单元基于冗余工业以太网的扩展I/O总线与控制器通信，速率10/100 Mbps。一对冗余控制器可扩展0～7个I/O连接模块。1个I/O连接模块通过冗余的本地I/O总线控制8个I/O模块。

3.3 功能特点

(1)WDT看门狗复位功能，在模块受到干扰而造成软件混乱时能自动复位CPU，使系统恢复正常运行。

(2)支持冗余结构，每个机柜可配置双 COM711-S模块，互为冗余。

(3)与控制器通信使用硬件组播放式进行，降低网络负荷，提高响应速度。

(4)允许上位机使用故障诊断软件进行故障诊断。

(5)具有地址冲突检测、断线检测、I/O通信故障检测等自诊断功能。

4 I/O模块

I/O模块具备完全的1∶1冗余功能。采用免跳线设计，支持热插拔，支持即插即用。新的模块被安装后上位机可实现自动识别，通过组态上载和单点下载功能可方便地实现对新安装模块组态。如果更换同型号新的I/O模块，上电后可自动完成初始化过程，无需人员操作。

I/O模块应用类型非常广泛，除了常用的数字信号输入输出和模拟信号输入输出模块以外，还有热电偶、热电阻、脉冲信号、位置调整模块。每种模块都具有自诊断功能，包括上电自诊断和运行过程自诊断。自诊断方式可以通过模块面板指示灯、监控软件中的实时故障诊断面板、设备管理软件的详细故障诊断功能获取。

5 ECS-700控制系统在特种纸机上的典型应用案例

(1)由于恒丰纸业T3特种纸机的主体设备由德国福伊特公司提供，所有控制标准都要按该公司的规定进行设计和编程。系统本身带有对应设备的操作面板，但不符合福伊特的标准。恒丰纸业通过ECS-700控制系统，应用小流程图及点组功能自定义泵、阀门控制参数，诊断信息或相应的连锁信息等通过控制面板上二级弹出操作，其中二级弹出需求存在两种情况:第一种弹出，要求弹出不同的流程图画面，该小流程图为固定信息的小流程图画面;第二种弹出，要求弹出二级面板信息，面板上的信息有通用性，类似于二级点组的应用，通过对脚本的编程最终满足了福伊特的控制标准。

图3 模块及其属性

图4 定量阀门控制程序

图5 绝对值编码器模块及其属性

如二级面板编写如下:

Sub Button12_OnLButtonUp(nFlag，x，y)

If text25.Text =“SM1201”Then Form.ShowWindow“SM1201.pic”

End If

End Sub

(2)在T3特种纸机的流送系统中，定量阀是质量关键控制点之一。恒丰纸业采用美卓自动化的定量阀门 nelesACE，由一个性能优良的V型球阀、高精度的步进电机、限位开关及反馈电位器组成。在一般的控制系统里通过控制回路的运行周期以及开关量的脉冲时间来控制阀门的开度，有时会产生控制超调、回差大等控制不稳定现象。通过对该系统进行硬件模块AM-711组态以及软件上配套使用的编程模块，最终完成了定量阀的高精度控制。控制程序所使用的模块及其属性，如图3所示。

定量阀门控制编程组态，如图4所示。

(3)在T3特种纸机上采用了绝对值编码器来测量卷曲次级臂角度值，同样系统也提供了与绝对值编码器配套使用的硬件模块和编程模块AM713。通过对硬件的组态以及编程，通过检测次级臂的角度，在有效控制卷纸辊辊径不断增大的同时，保证卷纸辊和卷纸缸之间的线压力恒定。绝对值编码器测量角度的软件模块属性基本参数，如图5所示。

绝对值编码器编程组态，如图6所示。

(4)通过恒丰纸业信息化管理水平的不断提高，所有信息的采集都是通过OPC的通信方式进行。系统在OPC通信上最大的特点是:无需另安装OPC软件，因为用来进行OPC通信的软件全部集成在监控软件里，只要对方连接到该系统的信息网络，就能从中读到所需要的标签。与QCS系统之间的通信也是通过OPC进行数据交换的。

图6 绝对值编码器编程组态

6 设备管理系统

在T3特种纸机上，所有的测量仪表都是具有HART通信协议的智能仪表。所以在项目初期，恒丰纸业决定采用ECS-700系统中使用的八通道点点隔离电流输入AI711-H模块。具有HART通信协议的仪表信号进入该模块后被分为两路:一路是HART信号，一路是电流信号。HART信号经模块后，通过控制器和SAMS通信服务器传递给SAMS数据服务器。电流信号经模块处理后转换为数字信号送给控制器参与控制。AI711-H SAMS软件结合构成设备管理系统，可对符合HART协议的现场总线的智能仪表进行数据采集、组态、网络设备管理。与之配套使用的中控设备管理系统软件又称 SAMS(SUPCON Asset Management System)软件，SAMS提供一个设备管理与维护平台，基于微软 (Microsoft)Windows系列操作系统设计，能快速掌握SAMS软件的使用。目前SAMS支持HART智能设备管理和常规设备管理。记录设备的组态信息、报警记录和用户操作记录。使先进的智能设备发挥最大效益，减少仪表的损耗并降低维护成本。通过使用SAMS也减少了通过用手持终端对现场具有HART通信协议的仪表进行组态和参数设置，也极大地减少了调试阶段现场工作量，在日常维护工作中就可以对现场仪表的工作状态有更深入的了解和掌握。

图7所示是与ECS-700系统配套使用时SAMS的系统结构图。

图7 与ECS-700系统配套使用时SAMS的系统结构图

7 结语

结合牡丹江恒丰纸业股份有限公司T3特种纸机上的DCS系统，介绍ECS-700系统的特点。因工业安全性质原因，在硬件系统配置上会有不同。在T3特种纸机的DCS系统配置中，控制器单元、控制网络以及控制电源都采用冗余配置，I/O连接模块以下未采用冗余配置。通过对该项目的设计、调试以及维护，ECS-700控制系统已经很好地发挥了作用。

［1］ VisualField ECS-700 User Manual［S］．

［2］ LU Ping．Application of On-line Detection System in Specialty Paper Machine［J］．China Pulp ＆ Paper，2013，32(4 －5):53．陆 平．在线监测系统在特种纸机上的应用［J］．中国造纸，2013，32(4－5):53． CPP