2 發(fā)展趨勢 2.1 控制系統(tǒng)以現(xiàn)場總線為核心 自動控制系統(tǒng)向綜合化、開放化發(fā)展已成必然，工廠自動化要求各類設(shè)備之間的通訊能力更強(qiáng)，相互融合。以現(xiàn)場總線為核心的集散自動控制系統(tǒng)FCS正在興起，開放的結(jié)構(gòu)將方便地與所有控制設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，成為真正集成的、貫穿全系統(tǒng)的新型自動控制系統(tǒng)。 2.1.1 全集成自動化思想 隨著工業(yè)自動化現(xiàn)代控制理論和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得工業(yè)自動化過程控制系統(tǒng)能夠在系統(tǒng)各層次之間的數(shù)據(jù)交換量迅速增大，這就為實(shí)現(xiàn)一種全集成自動化控制思想提供了基礎(chǔ)。 全集成自動化思想就是用一種系統(tǒng)完成原來由多種系統(tǒng)搭配起來才能完成所有功能的系統(tǒng)。應(yīng)用這種解決方案，可以大大簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少了大量接口部件，應(yīng)用全集成自動化可以克服上位機(jī)和工業(yè)控制器之間、連續(xù)控制和邏輯控制之間、集中與分散之間的界限。同時，全集成自動化解決方案還可以為所有的自動化應(yīng)用提供統(tǒng)一的技術(shù)環(huán)境，主要包括：統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)一的通訊、統(tǒng)一的組態(tài)和編輯軟件等。基于這種環(huán)境，各種各樣不同的技術(shù)可以在一個用戶接口下，集成在一個有全局?jǐn)?shù)據(jù)庫的系統(tǒng)中。 2.1.2 現(xiàn)場總線 工業(yè)控制自動化技術(shù)是保證生產(chǎn)高效可靠運(yùn)行的重要手段，20世紀(jì)90年代，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用，標(biāo)志著自動化技術(shù)的又一次飛躍，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)備間的一對一聯(lián)線，不僅增加安裝維護(hù)費(fèi)用，也降低了系統(tǒng)的可靠性，帶來安全隱患；模擬信號傳輸，限制了傳輸媒體和傳輸結(jié)構(gòu)的選擇，信號的精確度受到影響。因此，工廠構(gòu)建一個合理的局域網(wǎng)是十分重要的，不僅要考慮控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和安全性，還必須考慮與工廠原有控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)和可能擴(kuò)建工程生產(chǎn)線的聯(lián)網(wǎng)，以達(dá)到數(shù)據(jù)通訊資源共享的目的。 現(xiàn)場總線是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的核心，本質(zhì)上是一種數(shù)字化通信協(xié)議，是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字化、全分散、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)；由于其在工業(yè)控制自動化的前沿地位，代表了技術(shù)發(fā)展的方向。 PROFIBUS現(xiàn)場總線由于其高實(shí)時性及技術(shù)較為成熟，在全世界范圍得到了廣泛的應(yīng)用，也是目前國內(nèi)應(yīng)用最普遍的一種。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，它主要用于現(xiàn)場控制及檢測采集單元的數(shù)據(jù)交換，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-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)于其他現(xiàn)場總線。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、監(jiān)控和處理，用一對雙絞線替代了傳統(tǒng)的大量的傳輸電纜。 2.1.3 儀表(總線型變送器) 由于控制系統(tǒng)發(fā)生了新的變革，為了適應(yīng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的要求，儀表、變送器已經(jīng)從模擬型、智能型發(fā)展到了現(xiàn)場總線型?，F(xiàn)場總線作為一種數(shù)字式通信網(wǎng)絡(luò)從控制室一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場，使過去采用點(diǎn)到點(diǎn)式的模擬量信號傳輸變?yōu)槎帱c(diǎn)一線的串行數(shù)字式傳輸。 在現(xiàn)場總線型變送器中，其優(yōu)越性是顯而易見的：全數(shù)字傳輸，穩(wěn)定性和精確度高于智能型變送器，除了保持智能型變送器優(yōu)良的測量性能外，還增加了運(yùn)算和控制功能，內(nèi)嵌有PID控制、邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、累加等模塊，用戶通過組態(tài)軟件對這些功能模塊進(jìn)行任意調(diào)用，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的現(xiàn)場控制。 多變量測量是現(xiàn)場總線型變送器又一特點(diǎn)，即一臺變送器可以同時測量多個過程變量。由于每臺現(xiàn)場總線型變送器內(nèi)配有多個感測元件，它就可以同時測量多個過程變量，并通過現(xiàn)場總線傳輸出去。目前，世界各大儀表生產(chǎn)廠都相繼推出了現(xiàn)場總線型變送器，通過認(rèn)證的變送器已經(jīng)有60多種。 綜上所述，現(xiàn)場總線型變送器已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的變送器了，它是一個集變送、控制和通信功能于一身的現(xiàn)場設(shè)備?，F(xiàn)場總線型變送器的出現(xiàn)，必會給儀表和自動化領(lǐng)域帶來新的革命性變革。 2.2 控制內(nèi)容的廣泛性和控制方式的專業(yè)化 制漿造紙過程是一個連續(xù)的過程，自動化控制是根據(jù)生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)和要求，實(shí)現(xiàn)全過程、實(shí)時有效的控制，更好地為生產(chǎn)工藝服務(wù)，因此，控制內(nèi)容將進(jìn)一步擴(kuò)大，控制系統(tǒng)的控制模式或方法將更加符合或貼近生產(chǎn)實(shí)際，更具有獨(dú)創(chuàng)性和專業(yè)性。在控制方式上，應(yīng)用如自適應(yīng)、自診斷、最優(yōu)化等手段，在軟件的設(shè)計中采用容錯等新的先進(jìn)的技術(shù)成果，在增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性的同時，結(jié)合制漿造紙生產(chǎn)的設(shè)備與工藝實(shí)際，提高系統(tǒng)控制的實(shí)際效果，成為自動控制方面努力的目標(biāo)。 按照系統(tǒng)分散控制的概念，生產(chǎn)過程的系統(tǒng)劃分會更細(xì)、更單元化。隨著制漿造紙生產(chǎn)設(shè)備的不斷進(jìn)步，單機(jī)本體設(shè)備的自動化程度會有所提高，控制系統(tǒng)的層次會更加分明，會形成既相互獨(dú)立，又全系統(tǒng)貫通的自動控制結(jié)構(gòu)。如造紙生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)將分為過程控制DCS系統(tǒng)、設(shè)備控制MCS系統(tǒng)、質(zhì)量控制QCS系統(tǒng)、斷紙監(jiān)測WMS系統(tǒng)、紙病監(jiān)測WIS系統(tǒng)，馬達(dá)控制中心MCC等,而這些系統(tǒng)又都將被集成在一個更大的網(wǎng)絡(luò)中。 麥草濕法備料和蒸煮工段近幾年紛紛由間歇蒸煮向連續(xù)蒸煮變革。連續(xù)蒸煮工段應(yīng)用DCS系統(tǒng)較為普遍。鑒于連蒸系統(tǒng)的工藝過程是一個高溫高壓過程，具有一定的危險性，控制系統(tǒng)的發(fā)展將首先高度重視系統(tǒng)的安全性和可靠性，除軟件的設(shè)計中采用容錯技術(shù)外，CPU雙備冗余系統(tǒng)應(yīng)被考慮；其次，通過銷鼓計量器的草片量與加入“T”型管藥液的流量的比值控制是蒸煮的關(guān)鍵，運(yùn)行中比值的控制精度影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因現(xiàn)采用以銷鼓計量器的轉(zhuǎn)速比間接檢測草片量的方法，誤差較大，有待改進(jìn)；洗、選、漂工段，除砂器和壓力篩的進(jìn)漿和出漿壓力的壓力差，應(yīng)得到有效的控制，以提高除砂和篩選的效果；對于雙輥或雙網(wǎng)擠漿機(jī)，采用雙點(diǎn)傳動、具有負(fù)荷均衡分配的變速控制會得到推廣，使得濃縮過程變得容易調(diào)整；在漂白部分，對于進(jìn)入混合器的氧化物漂劑，應(yīng)實(shí)現(xiàn)流量的自動控制；在磨漿部分，無論是單盤磨、雙盤磨或錐型磨，采用功率控制磨漿間距的方法是完全成熟的，主要受到進(jìn)退刀傳動機(jī)構(gòu)精度的制約，如采用液壓傳動系統(tǒng)，將顯著改善設(shè)備品質(zhì)。 國內(nèi)廢紙制漿中，熱分散設(shè)備才開始應(yīng)用，從系統(tǒng)上講熱分散生產(chǎn)線對自動控制的要求是較高的，控制的內(nèi)容有溫度、壓力、位置間隙等，其控制系統(tǒng)有待于進(jìn)一步完善。 由于紙機(jī)生產(chǎn)向高產(chǎn)量、高品質(zhì)的方向發(fā)展，對紙漿的配漿及濃度控制的要求不斷提高，因此，上漿濃度的調(diào)節(jié)和控制將越來越普遍地得到應(yīng)用。造紙過程的多分部傳動近年應(yīng)用變頻控制技術(shù)效果顯著，實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)在長期恒定負(fù)載下的連續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)的熱穩(wěn)定狀態(tài)較為理想。各分部傳動點(diǎn)應(yīng)處于硬速度特性，由于紙頁經(jīng)過加熱會出現(xiàn)收縮變化，在壓光、卷取部需要一定幅度的軟特性，除了加裝張力傳感器進(jìn)行動態(tài)速度補(bǔ)償外，在中小紙機(jī)上利用矢量型變頻器具有的自適應(yīng)功能塊，根據(jù)輸出轉(zhuǎn)距的變化，通過速度補(bǔ)償自適應(yīng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)間接張力控制應(yīng)得到推廣應(yīng)用，以減少斷頭和人工干預(yù)。 但驅(qū)動器的動態(tài)參數(shù)優(yōu)化功能沒有充分發(fā)揮出來，在遇到負(fù)載擾動時，快速的抑制和調(diào)整的時間還不適應(yīng)，特別在大型高速紙機(jī)上，變頻器直流側(cè)母線電壓過高的情況時有發(fā)生，因此，采用公共直流母線作為各逆變器的饋電系統(tǒng)會得到更多的應(yīng)用。 紙機(jī)過程控制將歸類于DCS系統(tǒng)：包括上漿系統(tǒng)、蒸汽冷凝水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、損紙系統(tǒng)和涂料制備系統(tǒng)。 紙機(jī)設(shè)備本體的過程控制內(nèi)容將統(tǒng)一規(guī)劃，稱為MCS。流漿箱的流速與壓力、潤滑油的循環(huán)、壓榨部的線壓、網(wǎng)部的搖振和移動噴水、網(wǎng)和毛毯的糾偏、壓光機(jī)的液壓系統(tǒng)、卷取部的氣動系統(tǒng)等將在設(shè)備本體控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，集中管理。 MCC馬達(dá)控制中心將向智能化方向發(fā)展，如果條件允許，將摒棄MCC室內(nèi)放置遠(yuǎn)程I/O的模式，每個電機(jī)控制單元，可看作FCS系統(tǒng)控制下的一個執(zhí)行器。若采用PROFIBUS P聯(lián)接，則每個電機(jī)就是一個DP站點(diǎn)。 紙頁質(zhì)量控制系統(tǒng)QCS的應(yīng)用會更廣泛。為能幫助改善質(zhì)量，提高產(chǎn)量和降低成本，除了紙頁定量和水分的測量和控制外，還包括灰分、厚度、白度、光澤度、平滑度、透明度、涂布量等內(nèi)容的測量和控制。重要的是QCS應(yīng)與上漿濃度和烘缸溫度等相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)真正意義上的閉環(huán)自動控制。對于普通紙機(jī)，選用縱向質(zhì)量測量和控制；對于大型或有特殊要求的紙機(jī)，還會增加橫向質(zhì)量測量和控制。 斷紙監(jiān)測系統(tǒng)WMS目前在國內(nèi)的應(yīng)用還極少見，即采用攝像技術(shù)在紙機(jī)容易斷紙的地方進(jìn)行監(jiān)測記錄，斷紙發(fā)生時，該系統(tǒng)將自動追溯存儲在攝像機(jī)中的斷紙前一定時區(qū)所捕捉到的斷紙信號和相關(guān)紙病信號，圖像會與生產(chǎn)同步，使技術(shù)人員快速判定斷紙區(qū)域和斷紙原因。 紙病監(jiān)測系統(tǒng)WIS，用于在線檢驗(yàn)如斑點(diǎn)、孔洞、皺紋、裂口、條痕等紙病，可與切紙機(jī)聯(lián)接，剔除次品。檢驗(yàn)數(shù)據(jù)也用于質(zhì)量管理，確定紙病的成因。 目前制漿造紙企業(yè)的生產(chǎn)過程如烘缸表面溫度控制、烘箱干燥溫度連續(xù)控制、壓榨輥線壓力控制、紙頁張力控制等還是采用間接的或手控的方式進(jìn)行的。這些都有待于推廣和應(yīng)用。 3 小結(jié) 制漿造紙過程是一個復(fù)雜的工業(yè)過程，也是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，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)的自動化水平總的來說還屬落后的，我們應(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)使廠家的有關(guān)技術(shù)人員充分了解所選的控制系統(tǒng)的硬件、軟件及其技術(shù)特性；結(jié)合工藝設(shè)備及其控制要求，應(yīng)充分考慮管理信息系統(tǒng)的要求，使全廠的控制系統(tǒng)構(gòu)成一個能夠相互通信、相互調(diào)閱的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。以便使廠部生產(chǎn)指揮部門可更迅速、更全面地掌握全廠生產(chǎn)過程、狀態(tài)，指揮調(diào)整工藝運(yùn)行參數(shù)，及時進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度和優(yōu)化，為企業(yè)的發(fā)展服務(wù)。相信較短的時間內(nèi)我國制漿造紙自控及儀表的控制水平會有一個飛躍。