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備之間的通訊能力更強，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，開放的結構將方便地與所有控制設備系統(tǒng)進行數(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技術的迅速發(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，這就為實現(xiàn)一種全集成自動化控制思想提供了基礎。 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)。應用這種解決方案，可以大大簡化系統(tǒng)的結構，減少了大量接口部件，應用全集成自動化可以克服上位機和工業(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用提供統(tǒng)一的技術環(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�；谶@種環(huán)境，各種各樣不同的技術可以在一個用戶接口下，集成在一個有全局數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)中。 2.1.2 現(xiàn)場總線 工業(yè)控制自動化技術是保證生產(chǎn)高效可靠運行的重要手段，20世紀90年代，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)和應用，標志著自動化技術的又一次飛躍，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)設備間的一對一聯(lián)線，不僅增加安裝維護費用，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構的選擇，信號的精確度受到影響。因此，工廠構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)絡的特點和安全性，還必須考慮與工廠原有控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡的互聯(lián)和可能擴建工程生產(chǎn)線的聯(lián)網(wǎng)，以達到數(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，本質上是一種數(shù)字化通信協(xié)議，是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字化、全分散、雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)；由于其在工業(yè)控制自動化的前沿地位，代表了技術發(fā)展的方向。 PROFIBUS現(xiàn)場總線由于其高實時性及技術較為成熟，在全世界范圍得到了廣泛的應用，也是目前國內應用最普遍的一種。PROFIBUS現(xiàn)場總線是基于國際標準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，采用令牌調度原理進行數(shù)據(jù)通訊，主要包括最高波特率可達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的完美結合使得PROFIBUS現(xiàn)場總線在結構和性能上優(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)場儀表及設備，對現(xiàn)場信號進行采集、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)絡從控制室一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場，使過去采用點到點式的模擬量信號傳輸變?yōu)槎帱c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，還增加了運算和控制功能，內嵌有PID控制、邏輯運算、算術運算、累加等模塊，用戶通過組態(tài)軟件對這些功能模塊進行任意調用，實現(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，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)場設備�，F(xiàn)場總線型變送器的出現(xiàn)，必會給儀表和自動化領域帶來新的革命性變革。 2.2 控制內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)工藝的特點和要求，實現(xiàn)全過程、實時有效的控制，更好地為生產(chǎn)工藝服務，因此，控制內容將進一步擴大，控制系統(tǒng)的控制模式或方法將更加符合或貼近生產(chǎn)實際，更具有獨創(chuàng)性和專業(yè)性。在控制方式上，應用如自適應、自診斷、最優(yōu)化等手段，在軟件的設計中采用容錯等新的先進的技術成果，在增強系統(tǒng)可靠性的同時，結合制漿造紙生產(chǎn)的設備與工藝實際，提高系統(tǒng)控制的實際效果，成為自動控制方面努力的目標。 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、更單元化。隨著制漿造紙生產(chǎn)設備的不斷進步，單機本體設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，會形成既相互獨立，又全系統(tǒng)貫通的自動控制結構。如造紙生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)將分為過程控制DCS系統(tǒng)、設備控制MCS系統(tǒng)、質量控制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，除軟件的設計中采用容錯技術外，CPU雙備冗余系統(tǒng)應被考慮；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鍵，運行中比值的控制精度影響著產(chǎn)品的質量，因現(xiàn)采用以銷鼓計量器的轉速比間接檢測草片量的方法，誤差較大，有待改進；洗、選、漂工段，除砂器和壓力篩的進漿和出漿壓力的壓力差，應得到有效的控制，以提高除砂和篩選的效果；對于雙輥或雙網(wǎng)擠漿機，采用雙點傳動、具有負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整；在漂白部分，對于進入混合器的氧化物漂劑，應實現(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，主要受到進退刀傳動機構精度的制約，如采用液壓傳動系統(tǒng)，將顯著改善設備品質。 國內廢紙制漿中，熱分散設備才開始應用，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，控制的內容有溫度、壓力、位置間隙等，其控制系統(tǒng)有待于進一步完善。 由于紙機生產(chǎn)向高產(chǎn)量、高品質的方向發(fā)展，對紙漿的配漿及濃度控制的要求不斷提高，因此，上漿濃度的調節(jié)和控制將越來越普遍地得到應用。造紙過程的多分部傳動近年應用變頻控制技術效果顯著，實現(xiàn)了電動機在長期恒定負載下的連續(xù)運行，系統(tǒng)的熱穩(wěn)定狀態(tài)較為理想。各分部傳動點應處于硬速度特性，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行動態(tài)速度補償外，在中小紙機上利用矢量型變頻器具有的自適應功能塊，根據(jù)輸出轉距的變化，通過速度補償自適應調節(jié)，實現(xiàn)間接張力控制應得到推廣應用，以減少斷頭和人工干預。 但驅動器的動態(tài)參數(shù)優(yōu)化功能沒有充分發(fā)揮出來，在遇到負載擾動時，快速的抑制和調整的時間還不適應，特別在大型高速紙機上，變頻器直流側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)會得到更多的應用。 紙機過程控制將歸類于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)。 紙機設備本體的過程控制內容將統(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、壓光機的液壓系統(tǒng)、卷取部的氣動系統(tǒng)等將在設備本體控制系統(tǒng)的基礎上，集中管理。 MCC馬達控制中心將向智能化方向發(fā)展，如果條件允許，將摒棄MCC室內放置遠程I/O的模式，每個電機控制單元，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，則每個電機就是一個DP站點。 紙頁質量控制系統(tǒng)QCS的應用會更廣泛。為能幫助改善質量，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、涂布量等內容的測量和控制。重要的是QCS應與上漿濃度和烘缸溫度等相關參數(shù)實現(xiàn)真正意義上的閉環(huán)自動控制。對于普通紙機，選用縱向質量測量和控制；對于大型或有特殊要求的紙機，還會增加橫向質量測量和控制。 斷紙監(jiān)測系統(tǒng)WMS目前在國內的應用還極少見，即采用攝像技術在紙機容易斷紙的地方進行監(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中的斷紙前一定時區(qū)所捕捉到的斷紙信號和相關紙病信號，圖像會與生產(chǎn)同步，使技術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，用于在線檢驗如斑點、孔洞、皺紋、裂口、條痕等紙病，可與切紙機聯(lián)接，剔除次品。檢驗數(shù)據(jù)也用于質量管理，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行的。這些都有待于推廣和應用。 3 小結 制漿造紙過程是一個復雜的工業(yè)過程，也是一項技術性很強的工作，具有高度不確定性、非線性、關連性、大滯后和狀態(tài)不完全性。目前，國內造紙行業(yè)的自動化水平總的來說還屬落后的，我們應從生產(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，應使廠家的有關技術人員充分了解所選的控制系統(tǒng)的硬件、軟件及其技術特性；結合工藝設備及其控制要求，應充分考慮管理信息系統(tǒng)的要求，使全廠的控制系統(tǒng)構成一個能夠相互通信、相互調閱的生產(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)，指揮調整工藝運行參數(shù)，及時進行生產(chǎn)調度和優(yōu)化，為企業(yè)的發(fā)展服務。相信較短的時間內我國制漿造紙自控及儀表的控制水平會有一個飛躍。