PCS7过程控制系统在重质碳酸钙泡浆线中的应用

2015-03-14王晓勇

机电信息 2015年12期

王晓勇向平

（金东纸业（江苏）股份有限公司，江苏镇江212132）

0 引言

重质碳酸钙是文化纸中仅次于植物纤维的第二大造纸原料，在造纸过程中可用作填料、涂料等，能显著提高纸张松厚度、白度及印刷适性。因此，重质碳酸钙的使用不但提高了纸张的物理性能，而且降低了纤维用量，有利于环境保护。DCS控制系统是整个重质碳酸钙生产过程的核心，它能对整个干磨、泡浆配料、湿磨、发料、球洗等生产过程实现逻辑控制。其中，泡浆配料工艺具有控制难度大、控制系统复杂的特点。目前，重质碳酸钙生产过程DCS控制系统均由国外公司垄断，金东纸业先后上了2条重质碳酸钙生产线，它们的DCS控制系统均由奥地利GAW公司设计，该系统利用AutomationX Batch系统完成配料控制，实现了干粉、分散剂和白水的不同比例混合。

为了满足生产要求，我们自主开发了一套当前最流行的SIMATIC PCS7过程控制系统，实现对Make down泡浆的顺序控制及异常处理控制。

1 重质碳酸钙泡浆工艺

控制流程：根据工艺流程及配方，自动计算出碳酸钙干粉、清水、白水及分散剂的配比，按顺序控制程序，分步投料、搅拌，生产出不同固含的半成品。

第一步加水、分散剂。根据称重器反馈的数值（0～20mA对应0～15t）计算水的添加量，当达到需要的量时停止加水。根据分散剂流量计的积分计算分散剂的添加量，当达到需要的量时停止添加。完成水和分散剂的添加后，开启搅拌机，同时启动干粉下料绞龙，由AS实时监控泡浆桶槽的重量，当达到需要的量时停止加干粉。第一步投配完成后，继续搅拌50s，AS进行计时，时间到进行第二步投配，直至整个主顺序程序完成。配好的物料将通过卸料阀卸入预储罐，根据预储罐的液位（＜80%）自动判断是否继续进行泡浆。

2 系统硬件设计

2.1 控制硬件组成

采用最简洁、最常用的结构组成系统控制架构（图1），即操作站与控制器之间使用以太网通讯，控制器与现场设备之间使用Profibus通讯。

SIMATIC PCS7过程控制系统由 OS（操作站）、AS（控制器）、远程I／O站ET200M（包含数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量模块）、变频器等组成。

2.2 控制元件功能

在控制方柜（图2）中，OS、AS、执行机构、检测机构分别有如下功能：（1）OS：主要负责配方输入。配方的主要参数：产品固含40.0%～70.0%；产品体积5～10m3；分散剂投配量2.5～5.3kg／t；干粉投项次、比例。（2）AS：根据配方生成控制方案，根据检测机构回馈的信号、数据完成顺序控制及异常处理控制。（3）检测机构：通过AI（模拟量模块）实时检测泡浆桶槽重量、分散剂流量、ST（存储罐）液位。（4）泡浆桶槽称重器：4～20mA信号送入模拟量模块，对应的工程量为0～15t。（5）分散剂流量计：4～20mA信号送入模拟量模块，对应的工程量为0～60L／min。（6）ST液位：4～20mA信号送入模拟量模块，对应的工程量为0～100%。（7）执行机构：包括碳酸钙干粉下料绞龙变频器及马达、分散剂变频器及马达、水阀、卸料阀。

图1 控制架构

图2 控制方柜

2.3 控制硬件选型

根据泡浆工艺控制要求，一组泡浆线需要模拟量输入信号（AI）3个，数字量输入信号（DI）4个，数字量输出信号（DO）3个；搅拌马达、干粉进料绞龙马达及分散剂进料马达皆采用Profibus－DP通讯（PZD）控制；AI、DI、DO信号选用SIEMENS ET200M模块。如表1所示。

表1 控制功能描述

3 系统软件设计

3.1 操作站可视化操作画面设计

利用西门子PCS7的 WinCC组件，研究Make down的配方，编写 Make down的系统程序、过程控制程序，编写相应的异常处理程序、人机界面程序。人机画面可视化，系统完全开放，自动化程度高，操作与维护人员熟练程度高，故障处理速度快。

3.2 控制程序设计

利用图形控制语言（CFC）、顺序控制语言（SFC）及人机界面软件（WinCC）分别编写 AS及OS程序，实现Make down泡浆的批次控制，即对干粉下料绞龙、水阀、搅拌器、卸料阀、泡浆（Make down）桶槽称重、分散剂流量、ST液位的控制（图3）。由PCS7过程控制系统检测泡浆桶槽的实时重量、分散剂流量、ST液位，自动实现干粉下料绞龙、水阀、搅拌器、卸料阀的控制。