隨著社會(huì)的高速發(fā)展，現(xiàn)階段生產(chǎn)企業(yè)的自動(dòng)化程度越來越高，傳統(tǒng)意義上的設(shè)備在性能上已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在生產(chǎn)的需求了，隨著物品生產(chǎn)工藝性能要求不斷提高，對(duì)生產(chǎn)自動(dòng)控制的要求也越來越高了。正是這樣，DCS 控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本次 XX 高新企業(yè)造紙?jiān)O(shè)備進(jìn)行改造，運(yùn)用先進(jìn)的 DCS 自控系統(tǒng)，對(duì)配漿的涂料進(jìn)行精濾除泡，提高紙的涂布質(zhì)量。
1 系統(tǒng)改造方案的確定與要求
1.1 改造控制方案的確定
在生產(chǎn)造紙配漿時(shí)，涂料漿中不可避免與空氣接觸，導(dǎo)致了在涂料中有氣泡的存在。而氣泡的存在影響了涂布的質(zhì)量，所以必須盡量減少氣泡量的存在。本系統(tǒng)改造核心主要是將造紙涂料中的氣體部分給消除掉，主要是涂料通過氣泡除氣器，將氣泡過濾掉。本設(shè)計(jì)采用兩道通道，可以輪流卻換，當(dāng)其中一通道被堵塞時(shí)，可以選擇性切換另一通道。每條通道設(shè)計(jì)帶有兩個(gè)除氣器，這樣保證了多余的氣體氣泡給消除掉。本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)的工藝流程圖設(shè)計(jì)如圖 1 所示。
圖1改造工藝流程圖
從涂料車間制備好的涂料，經(jīng)過管道輸送到改裝的攪拌罐攪拌均勻，然后經(jīng)過一級(jí)過濾工序（粗濾），將體積比較大的涂料雜質(zhì)顆粒過濾出來，再送入混合罐中。在混合罐中經(jīng)過和其他成分的料劑混合攪拌后，再經(jīng)過二級(jí)過濾工序（精濾），將微小雜質(zhì)顆粒的物料過濾出來。然后物料送入最重要的一道工序———除氣裝置。除氣裝置將涂料中的氣泡過濾出來，經(jīng)過輔助設(shè)備真空泵的作用下，將分離出來的氣體抽到真空罐中。過濾出來的涂料質(zhì)量精細(xì)勻稱，最后被送入上料平臺(tái)進(jìn)行涂布，保證的紙質(zhì)的質(zhì)量。
1.2 系統(tǒng)改造的要求
本次改造對(duì)這次控制要求如下：
（1）控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)供料過程監(jiān)視和控制，具有顯示，操作，調(diào)節(jié)，啟動(dòng)聯(lián)鎖和保護(hù)聯(lián)等功能，根據(jù)工藝功能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)啟停，各閥門的打開和關(guān)閉，同時(shí)還能從監(jiān)控界面對(duì)所有顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)強(qiáng)制。
（2）對(duì)系統(tǒng)中重要部分的控制，譬如溫度，壓力，流量及閥門的開度值，電機(jī)的速度比例等均顯示在界面圖上，方便操作人員的紀(jì)錄和對(duì)工藝過程的監(jiān)控控制。
2 儀表的選用
（1）液位選用差壓變送器。根據(jù)涂料的化工成分，選擇抗腐蝕的陶瓷壓力變送器 E+H/PMC51，如圖2（a）所示。
（2）控制閥在管道中實(shí)現(xiàn)管道的開關(guān)及走向。本次設(shè)計(jì)選擇的是帶有 NI4-DSU35-2AP4X2 回訊傳感器的圖爾克旋轉(zhuǎn)控制閥，如圖 2（b）所示。
（3）流量計(jì)的種類繁多，本設(shè)計(jì)選擇 E+H 質(zhì)量流量計(jì) Promass-80F，如圖 2（c）所示。
（4）為了實(shí)現(xiàn)上料平臺(tái)供料的高精度控制，提高涂布的質(zhì)量，在平臺(tái)前的供料入口處安裝一個(gè)閥門定位器，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的高精度控制。這里選擇高精度的西門子 SIPART PS2 定位器，如圖 2（d 所示。
（5）在管道中各個(gè)重要設(shè)備位置進(jìn)出口中，需要安裝壓力傳感器，以便對(duì)各個(gè)管道進(jìn)行壓力的監(jiān)控，出現(xiàn)壓力偏差時(shí)及時(shí)處理，保證管道各個(gè)環(huán)節(jié)流量的流通順暢。本次設(shè)計(jì)選擇 Cerabar T PMP131 壓力傳感器，如圖 2（e）所示，是一種擴(kuò)散硅測(cè)量元件壓力。
圖 2
3 DCS 控制系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.1 華章 DCS 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖
DCS 通常采用若干個(gè)控制器（過程站）對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，各控制器間通過網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。生產(chǎn)控制操作采用計(jì)算機(jī)操作站，通過網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令。
從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS 包括過程級(jí)、操作級(jí)和管理級(jí)。過程級(jí)主要由過程組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實(shí)施部分；操作級(jí)包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)；管理級(jí)主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS 系統(tǒng)），作為 DCS 更高層次的應(yīng)用，目前，國(guó)內(nèi)紙行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。圖 3 為華章 DCS 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。
3.1.1 過程控制站
主要是將過程非控變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，而且對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)一步加工處理，供 CRT 操作站顯示，從而實(shí)現(xiàn)開環(huán)監(jiān)視，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控計(jì)算機(jī)。輸出裝置在有上位機(jī)的情況下，能以開關(guān)量或者模擬量信號(hào)的方式，向終端元件儀器輸出計(jì)算機(jī)控制命令。
圖 3 華章 DCS 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖
3.1.2 工程師站
工程師站可以對(duì) DCS 進(jìn)行組態(tài)（程序組態(tài)及畫面組態(tài)）上傳，下載修改等等功能及對(duì)控制站進(jìn)行配置。另外還可以增加或減少操作站，基本上就是整個(gè)DCS 軟硬件組態(tài)的操作窗口。同時(shí)，工程師站具有操作員站實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能，可以把工程師站作為操作員站使用。
3.1.3 操作員站
操作員站的主要功能就是操作人員通過操作員站可以了解現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的狀態(tài)，各種參數(shù)運(yùn)行的當(dāng)前值，是否有異常情況發(fā)生等，并且可以進(jìn)行基本的參數(shù)修改設(shè)置，對(duì)工藝過程進(jìn)行控制及調(diào)節(jié)，保證了生產(chǎn)過程的安全可靠及工藝質(zhì)量的穩(wěn)定一致。
4 DCS 監(jiān)控界面設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)是運(yùn)用浙江華章的 HZ-DCS-3000 系統(tǒng)，它的人機(jī)界面技術(shù)是在美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司開發(fā)用于監(jiān)視與控制自動(dòng)化設(shè)備和過程的人機(jī)界面軟件 RSVIW32 的基礎(chǔ)下進(jìn)行了內(nèi)容的豐富和加工，使其更適合我國(guó)自控技術(shù)人員的應(yīng)用。
（1）編輯主控制界面圖形
圖 4 操作界面 1
圖 5 操作界面 2
（2）創(chuàng)建聯(lián)鎖對(duì)應(yīng)圖形
1）普通電機(jī)控制界面
電機(jī)狀態(tài)：運(yùn)行為綠色，停止為紅色；電機(jī)故障：無故障為綠色，有為紅色；啟動(dòng)失敗：正常為綠色，啟動(dòng)失敗為紅色；外部停止：正常為綠色，外部停止為紅色；準(zhǔn)備不足：無為綠色，有為黃色。
圖 6 普通電機(jī)控制界面圖
2）變頻電機(jī)控制界面
電機(jī)狀態(tài)：運(yùn)行為綠色，停止為紅色；變頻故障：無故障為綠色，有為紅色；啟動(dòng)失敗：正常為綠色，啟動(dòng)失敗為紅色；外部停止：正常為綠色，外部停止為紅色；準(zhǔn)備不足：無為綠色，有為黃色。
圖 7 變頻電機(jī)控制界面圖
3）開關(guān)閥
狀態(tài)是指閥的實(shí)際狀態(tài)開為綠色關(guān)為紅色；報(bào)警是指閥的狀態(tài)與命令不一致，有報(bào)警為黃色，無為綠色；
命令是指上位機(jī)發(fā)出的控制指令。
圖8開關(guān)閥控制圖
4）液位，壓力，流量的指示與控制
SP 表示該回路的設(shè)定值；
PV 是指該回路的實(shí)際值；
MV 是指該閥的手動(dòng)給定開度；
OUT 是指實(shí)際給閥門的開度；
PV/SP 是該回路手自動(dòng)切換。
圖 9 液位、壓力、流量的指示與控制圖
5 結(jié)論
5.1 研究的內(nèi)容及結(jié)果
本文以供料 DCS 自動(dòng)化控制系統(tǒng)為背景，在搜集大量資料的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)備元件型號(hào)的選取，控制系統(tǒng)的硬件配置、軟件組態(tài)以及程序控制過程的編寫設(shè)計(jì)。本文主要完成的工作和取得的成果如下：
（1）對(duì)供料系統(tǒng)的工藝流程與工作原理進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
（2）對(duì)供料處理裝置的自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的改造設(shè)計(jì)，完成了系統(tǒng)元件的選取，DCS 控制系統(tǒng)的硬件配置、參數(shù)組態(tài)、控制程序編寫等工作；完成了理想的人機(jī)界面圖的編輯。
5.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有：
（1）結(jié)合改造的工藝過程，設(shè)計(jì)出了具有顯示、操作，報(bào)警，調(diào)節(jié)，啟動(dòng)聯(lián)鎖和保護(hù)聯(lián)鎖，檢測(cè)數(shù)據(jù)，集中采集等功能的供料裝置。
（2）自主開發(fā)出了供料 DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過軟件和硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物料在不同階段監(jiān)控及控制。設(shè)計(jì)出理想的人機(jī)界面控制圖，方便操作人員易于操作，監(jiān)控，診斷的界面圖，涉及到閥門，電機(jī)，溫度，壓力，流量等，幾乎所有重要的設(shè)備參數(shù)控制。
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