DCS系统在纸机上的应用分析

2016-03-11朱君诚福建南平星光机械制造安装有限公司福建南平353000

华东纸业 2016年3期

朱君诚（福建南平星光机械制造安装有限公司，　福建　南平　353000）

DCS系统在纸机上的应用分析

朱君诚
（福建南平星光机械制造安装有限公司，福建南平353000）

传统的纸机生产设备运行速度慢、工作效率低下、污染程度高，需要人为操作与运转。然而，随着自动化技术的推广和应用，造纸企业为了发展需要，提升自身竞争力，也开始引入自动化控制系统。在自动化控制系统的有效支持下，纸机的产品生产质量得到了发展，生产数量与效率都获得极大提升，造纸企业才能更好地适应市场竞争。针对DCS系统展开讨论，分析了这一系统的设计方法以及在纸机上的应用。

DCS控制系统纸机设计应用

0　前　言

DCS控制系统是一项先进的造纸控制系统，依托于计算机技术的发展，能够对纸机生产进行实时监控，客观精准地记录数据。这一系统能够对纸机设备加以控制，确保其优势功能与作用的正常发挥，从而加强生产管理，提升生产质量，控制生产成本，达到节能减排的环保功效。同时，能够通过对生产过程中数据的记录与分析来解决生产设备的故障问题，维持生产的持续进行，确保产品质量稳定，提高生产效率。

1　DCS控制系统的介绍

DCS控制系统主要由下面几个部件构成。分别是:过程站、I/O单元、操作站、通信网络、操作控制软件等。

（1）过程站就是控制器。在整个系统中发挥着核心功能，实际功能体现在对多种信息数据的处理与计算，并实现多类控制算法，发挥逻辑运算与处理功能，网络搜素、应对紧急信息和历史数据等。这些功能需要在平台组态软件的配合下来实现。过程站的具体功能包括:逻辑联锁，报警监控，数据统计、预测与分析，开关量值计算等。

（2）I/O单元需要一定的牢固度与稳定性。同时，能够用在一切环境条件下，能够被机动灵活地装配，能够参照生产需要配置到任何方位。

2　高速纸机的DCS系统设计

2.1DCS系统的软件设计

DCS系统的软件设计主要涵盖两方面，分别是:组态软件包与实时监控软件包。

组态软件包主要是用来实现系统单元登录、数据库组态、控制方案组态、操作组态等工作。不同组态具体的功能:

（1）系统单元登录。纸机系统的操作站与控制站登录，关联性参数设置。

（2）数据库组态。信号点的位号、描述、种类、方位、采样周期以及报警值等的设置。

（3）控制方案组态。输出方式、备用位号、控制算法的设置。

（4）操作组态。纸机流程图、报表类型、语音警报等的设置。

这一软件包能够被设计为两种形式，分别为:填表式生成方式、图形生成式。为了方便人与机器之间的良好互动和交流，选择图形化生成方式。

实时监控软件参照这一软件所发出的组态信息，来负责实施并控制DCS系统。实时监控软件屏被划分成几大区域，分别是:标题栏、报警信息栏等。

2.2DCS主要回路控制设计

（1）定量水分控制回路。纸的定量水分与多种因素密切相关，主要因素为:纸浆浓度、流量、蒸汽压力。所以，要对这三大因素重点加以预测、计算与控制，确保定量与水分维持平衡。同时以在线的方式来测算纸张的定量水分，参照定量变化、水分变化等来改变纸浆流量的给定值。通过纸浆流量来决定控制定量，通过蒸汽压力去控制水分。

以此来确保纸张在定量与水分两方面的实际数值与所测量数值之间的差距更小。

因为高速纸机体现出耦合大、干扰因素多等特征，所以可以引入模型预测控制算法来设计定量水分的控制回路。其中:

纸浆流量，蒸汽压力——控制变量

纸浆浓度——前馈变量

定量水分——被控变量

在这一过程中也要重点顾及到纸机容易发生时变的情况，可以选择控制与优化一体化的计算方法。现实中的试验结果显示，因为引入了相对高端的控制技术，纸张定量的平均方差≤1.0%，纸张的水分平均方差也≤1.5%，这样就能够充分达到先进生产的标准。

（2）流浆箱压力液位控制回路。这一设备的控制目标就是确保纸浆外喷的速度而箱中液面高度稳定不变。其可以调节的变量分别为:纸浆流入量、空气流出量。因为纸浆喷速/网速无法直接得出，所以可以依靠调控箱中的整体压力实现间接控制，此处，需要解除耦合关系。

针对以上情况，引入不变性原理解耦，同时运用PID控制策略来加强对液位控制回路的设计，得到了良好的效果。实际的运用状态显示:这一设计方法发挥了积极的功能优势，总压波动方差≤0.5%。

3　DCS控制系统在纸机运行中的应用

DCS控制系统在项目实施进行中对整个系统的每个模块、每个阶段都做出了详尽的分析，最终目标就是全面精简系统，在确保系统能够正常工作运行的情况下来减少资源浪费，达到节省成本、创造良好经济效益的目的。

3.1供配电环节DCS系统的应用

起初的设计是将DCS系统设计成彻底被隔开的模式，也就是只有两线制变送器以及控制阀对外输送电能。这样工程场地中开关阀在获得干接点信号以后需要依靠一个额外的DC24 V电源来提供电能，无疑扩大了系统建设范围，增加了用电量，也会带来电能、数据信息等流向繁琐不清。

为了减少由于信号隔离所增加的成本，因此就需要对DCS系统配置充足的DC24 V供电功率。经过研究显示，选择DCS集中供应DC24 V到现场的各个开关阀，能够为造纸企业节省一整套DC24 V供电系统，也控制了故障问题的发生概率，维护了系统的安全性、稳定性与可靠性。

3.2中间继电器

依托DCS系统来直接运行DC24 V设施的过程中，DCS系统也不再调动DC24 V的继电器与干触点，能够减少大概500个继电器的使用，无需安装继电器，也就是腾出了更多的工作空间。假设一个继电器能够节省1 W电能，每年所节省的电能是巨大的。

3.3网络与通信方面

在尚未引入DCS控制系统之前，质量控制系统与纸机分布传动控制系统各自为政，独立发挥自身各自的功能和作用，二者是各自独立的系统。当DCS系统运用之后，整个造纸企业的系统被整合成统一的TCP/IP网络系统，确保造纸企业的三个系统共同使用。这样不仅实现了系统集成，同时也减少了由于网络反复铺设而增加的成本。

三个系统彼此间依靠DCS系统来实现信息的通信联系，也有效控制了通信接口软件或硬件的使用数量。

3.4操作站方面

依托800 XA平台，DCS系统将质量控制系统与传动控制系统集中整合起来，夯实了最初系统操作站的多种性能，实现了其通用功能的发挥，从而呈现更为广泛的系统信息，达到了节省成本的积极效果。

3.5控制器

将三个AC800 M控制器装设在DCS系统上面，质量控制系统上面装设1台控制器，当DCS系统与质量控制系统达到集成效果时，系统最初的应用也能够集成，这样就使得系统在维护CPU容量的前提下，能够节约1台控制器充当备件。