集散控制DCS控制系統是一種集計算機應用技術、網絡通信技術和過程控制技術為一體的自動控制系統，在西方工業發達國家制漿造紙行業廣泛使用。23世紀43年代以來，在我國造紙行業中開始應用。造紙是我國的傳統產業，目前，我國造紙行業現代化管理水平和自動控制程度較低、環境污染較重。近幾年，由于全世界環保意識的增強以及國際紙張行情對國內造紙行業的沖擊，短短幾年，上千家小紙廠和治污不達標的大中型紙廠被關閉，迫切要求我國造紙業必須向高質量、規模化發展，以便于污水集中處理、提高效益、降低成本。因此造紙生產的整個造紙過程從蒸煮、洗選、漂白、抄紙到堿回收，必須盡可能采用自動控制甚至生產過程全線自動控制。目前在大型造紙廠，各個生產車間大都已采用集散控制系統進行控制。
1 集散控制DCS介紹
集散控制系統DCS是一個“控制分散、顯示集中”的系統，由四部分組成：I／O板、控制器、操作站、通訊網絡。各DCS廠家的I／O板和控制器的技術水平相差不遠，差別最大是通訊網絡，通訊系統網絡是DCS的骨架，對DCS的實時性、擴充性及可靠性起著關鍵的作用。想要應用系統網絡就必須要滿足實時性的要求，要在一定的時間內完成對規定信息的發送，這個時間是指整個控制過程的實時性。因此，對網絡性能指標的衡量不僅是指網絡的速率，而是整個系統網絡的實時性。其次網絡通信不能中斷，所以，DCS通常采用環形、雙總線或是雙重星形網絡拓撲結構。為了滿足對擴充性的要求，系統網絡上最大節點數量應該比在用節點的數量高若干倍。這樣系統網絡運行在一個比較輕松的通信負荷狀態，可隨時增加新節點，不影響網絡系統的可靠性和實時性。系統的運行中，節點的上、下網是隨時可能發生的，尤其是在操作點。所以，導致網絡的重構經常在進行。由此可見良好的控制系統網絡具有較高的重構功能。
2 集散控制系統DCS在造紙工藝中的應用
造紙生產的自動控制，過去只集中在電氣傳動方面，現在的范圍已擴大到蒸煮過程控制系統、洗篩漂過程控制系統、打漿控制系統、配漿控制系統、堿回收過程控制系統、上等方面，即通常說的 DCS過程控制系統和QCS質量檢測系統，正朝著整廠集中控制的方向發展。
2.1蒸煮過程控制系統
紙漿硬度是衡量紙漿質量的重要技術指標，故在紙漿蒸煮過程的控制中，主要被控量為
紙漿硬度。目前尚無在線直接測量的方法，人工化驗測量滯后大無法用于反饋控制。
控制方案為模型預測控制，即在機理分析與實驗驗證的基礎上，建立紙漿蒸煮過程的數學模型、紙漿硬度數學模型、噴放殘堿數學模型和產漿量預報模型。實現紙漿硬度和噴放殘堿的在線軟測量，并對具有大滯后的制漿生產過程進行預測控制。
通過該控制系統的運行，保證了紙漿生產質量的穩定，提高了產量，降低了能源和原材料的消耗。
2.2 洗篩漂過程控制系統
洗篩漂是制漿過程的重要工序，洗選工段控制系統采用DCS控制系統結構。下位機完成對出噴放鍋漿料的流量、濃度、洗滌水流量、漿殘堿、黑液玻鎂度、溫度、黑液桶液位的在線檢測和控制。上位機根據從噴放鍋打出的紙漿濃度和流量，在滿足殘堿要求的情況下，使黑液玻鎂度高目穩定、黑液溫度高、洗滌水盡量少。建立了首段洗漿機殘堿和首段黑液玻鎂度的神經網絡模型，采用神經網絡辨識紙漿洗滌過程的穩態數學模型。優化目標為用水最少，采用無約束最優化方法來求解。并大幅度減少后繼的堿回收蒸發工段的用汽量。
漂白過程優化控制策略以成漿白度為指標，以影響這個指標的各種因素如紙漿硬度、流量、濃度、溫度、時間、加氯量、加堿量等為輸入變量建立數學模型。采用動態規劃方法，且以工藝要求為約束、以生產成本和生產產量作為目標，進行了雙目標優化，得到了使生產產量最高，生產成本最低的各個最佳工藝參數值。以此工藝參數實現了對漿塔漿位和從調濃漿池打出的漿濃度和流量的優化控制，并對堿化塔和漂白塔的頂部溫度，實現了漂白和堿化的溫度和時間優化控制。
2.3 抄紙過程優化控制系統
整個抄紙過程優化控制系統包括7個子系統：
（1）打漿過程控制系統
對打漿過程的打漿度用多變量智能軟測量方法進行測量，用實際打漿度的化驗值進行指導性的修正。整個系統設置有進打漿設備的漿濃度、漿流量和漿壓力自動控制系統、打漿設備電功率自動控制系統和打漿設備進刀量的控制系統。
（2）紙漿配比過程控制系統
對配漿的各種漿料、輔料的濃度和流量進行精確測量和自動控制，對抄紙所要求的紙漿的質量用遺傳算法尋求最佳配比，并通過閥門調節實際配漿的各種漿和輔料的流量，實現最佳配漿。
（3）氣墊式流漿箱控制系統
對氣墊式流漿箱的總壓頭和液位實施神經網絡解藕控制。
（4）烘缸3段供汽自動控制系統
采用熱泵3段供汽以及智能預測控制策略實施烘缸3段供汽自動控制。
（5）長網紙機分布傳動控制系統
由工控機、智能通信卡等組成，實現多分部傳動之間的協調控制。用軟件實現紙機的速度鏈、負荷分配、張力控制等功能，從而使紙機傳動系統的穩速精度為0. 01%以上。
（6）抄紙質量控制系統
對抄紙干部和卷曲部的水分、成紙的定量、斷紙(3點)、上漿流量和濃度等進行實時測量，計算機進行優化運算后去控制料門和蒸汽壓力。水分和定量同時實施解藕控制、大滯后補償控制、智能預測控制等高級控制算法。
（7）抄紙車間集成優化控制系統
將整個抄紙車間的自動控制聯成一個整體。實現集成優化控制，當改變產品品種或抄速時，由車間監督管理微機向各現場控制微機發出新的給定指令，使整個系統很快進入新的工作狀態，通過優化使紙機處于最佳工況下運行。
2.4 堿回收過程控制系統
制漿黑液的堿回收是紙廠治理水污染的首要措施，是變廢為寶，化害為利的綜合利用工程。通過堿回收過程優化控制提高回收效率、降低回收成本、減輕環境污染。
（1）黑液蒸發過程控制系統
黑液蒸發過程采用的是板式降膜蒸發器與管式升膜蒸發器組成的混合多效蒸發系統。采用的控制系統具有黑液濃度的實時軟測量、相對傳熱系數測試功能。優化控制結合工廠實際情況對蒸發工藝的操作概括為12種工藝，用優化算法對各種工藝都給出了在蒸發系統進II、III效的黑液濃度、溫度、新蒸汽壓力變化時對應的蒸發水量、蒸發效率、耗電量、耗汽量以及蒸發每噸水所需成本。由操作員選擇蒸發效率高、成本低的工藝條件組織生產。
（2）黑液燃燒過程控制系統
影響堿回收的黑液燃燒效率和堿回收率的主要因素有:入爐黑液濃度、流量、壓力、溫度、一二次風量、風溫、風比、三次風風量、墊層的溫度和厚度、爐膛負壓、爐膛溫度等。控制系統根據黑液固形物可燃值的軟測量，采用模糊控制與自尋優方法，通過對一二次風量與風比、爐膛負壓的自動調節，實現對爐膛溫度與墊層厚度的優化控制。可提高黑液燃燒的熱效率，提高蒸汽產量。
（3）綠液苛化過程控制系統
苛化工段是把燃燒工段送來的碳酸鈉水溶液加入適當的生石灰，經消化和苛化反應生成氫氧化鈉。優化控制計算機從下位機取得現場數據，實時計算出石灰的最佳給定量，再通過下位機實現石灰進料的最佳控制，實現了石灰送料的閉環智能控制。在保證苛化度不變情況下，減少石灰用量和白泥排放量。
3、總結
近年來，制漿造紙生產過程的自動化技術正在普及和提高之中。特別是DCS控制系統的應用，正在迅速改變著造紙生產過程傳統落后的局面；同時，現代控制理念、控制產品、控制手段也在不斷發展。自動控制系統向綜合化、開放化發展已成必然，工廠自動化要求各類設備之間的通訊能力更強，相互融合。以現場總線為核心的集散自動控制系統 FCS正在興起，開放的結構將方便地與所有控制設備系統進行數據交換，成為真正集成的、貫穿全系統的新型自動控制系統。
核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.lukmueng.com/
本文標題：DCS集散控制系統在造紙工藝中的應用
相關文章
