造紙涂料DCS自動控制系統改造設計

周雄煜，張世亮

（廣東海洋大學 工程學院，廣東 湛江 524000）

造紙涂料DCS自動控制系統改造設計

周雄煜，張世亮

（廣東海洋大學 工程學院，廣東 湛江 524000）

通過自動供料過程為背景，以DCS控制為系統核心，重點討論了改造部分的供料的控制過程。以浙江華章HZ-DCS-3000系統實現供料過程的邏輯順序控制，以及設計了相應實用美觀的上位機人機界面。經過一段時間的操作運行，控制效果理想。

DCS；人機界面

隨著社會的高速發展，現階段生產企業的自動化程度越來越高，傳統意義上的設備在性能上已經不能滿足現在生產的需求了，隨著物品生產工藝性能要求不斷提高，對生產自動控制的要求也越來越高了。正是這樣，DCS控制系統應運而生[1]。本次XX高新企業造紙設備進行改造，運用先進的DCS自控系統，對配漿的涂料進行精濾除泡，提高紙的涂布質量。

1 系統改造方案的確定與要求

1.1 改造控制方案的確定

在生產造紙配漿時，涂料漿中不可避免與空氣接觸，導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量，所以必須盡量減少氣泡量的存在。本系統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。本設計采用兩道通道，可以輪流卻換，當其中一通道被堵塞時，可以選擇性切換另一通道。每條通道設計帶有兩個除氣器，這樣保證了多余的氣體氣泡給消除掉。本次項目設計的工藝流程圖設計如圖1所示。

圖1 改造工藝流程圖

從涂料車間制備好的涂料，經過管道輸送到改裝的攪拌罐攪拌均勻，然后經過一級過濾工序（粗濾），將體積比較大的涂料雜質顆粒過濾出來，再送入混合罐中。在混合罐中經過和其他成分的料劑混合攪拌后，再經過二級過濾工序（精濾），將微小雜質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，經過輔助設備真空泵的作用下，將分離出來的氣體抽到真空罐中。過濾出來的涂料質量精細勻稱，最后被送入上料平臺進行涂布，保證的紙質的質量。

1.2 系統改造的要求

本次改造對這次控制要求如下：

（1）控制系統對整個供料過程監視和控制，具有顯示，操作，調節，啟動聯鎖和保護聯等功能，根據工藝功能實現設備的自動啟停，各閥門的打開和關閉，同時還能從監控界面對所有顯示數據進行手動強制。

（2）對系統中重要部分的控制，譬如溫度，壓力，流量及閥門的開度值，電機的速度比例等均顯示在界面圖上，方便操作人員的紀錄和對工藝過程的監控控制。

2 儀表的選用

（1）液位選用差壓變送器。根據涂料的化工成分，選擇抗腐蝕的陶瓷壓力變送器E+H/PMC51，如圖2（a）所示。

（2）控制閥在管道中實現管道的開關及走向。本次設計選擇的是帶有NI4-DSU35-2AP4X2回訊傳感器的圖爾克旋轉控制閥，如圖2（b）所示。

（3）流量計的種類繁多，本設計選擇E+H質量流量計 Promass-80F，如圖 2（c）所示。

（4）為了實現上料平臺供料的高精度控制，提高涂布的質量，在平臺前的供料入口處安裝一個閥門定位器，實現對流量的高精度控制。這里選擇高精度的西門子SIPARTPS2定位器，如圖2（d所示。

（5）在管道中各個重要設備位置進出口中，需要安裝壓力傳感器，以便對各個管道進行壓力的監控，出現壓力偏差時及時處理，保證管道各個環節流量的流通順暢。本次設計選擇Cerabar TPMP131壓力傳感器，如圖2（e）所示，是一種擴散硅測量元件壓力。

圖2

3 DCS控制系統系統結構

3.1 華章DCS系統整體結構圖

DCS通常采用若干個控制器（過程站）對一個生產過程中的眾多控制點進行控制，各控制器間通過網絡連接并可進行數據交換。生產控制操作采用計算機操作站，通過網絡與控制器連接，收集生產數據，傳達操作指令。

從結構上劃分，DCS包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程組成，是系統控制功能的主要實施部分；操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統的操作和組態；管理級主要是指工廠管理信息系統（MIS系統），作為DCS更高層次的應用，目前，國內紙行業應用到這一層的系統較少。圖3為華章DCS系統整體結構圖。

圖3 華章DCS系統整體結構圖

3.1.1 過程控制站

主要是將過程非控變量進行數據采集和預處理，而且對實時數據進一步加工處理，供CRT操作站顯示，從而實現開環監視，并將采集到的數據傳輸到監控計算機。輸出裝置在有上位機的情況下，能以開關量或者模擬量信號的方式，向終端元件儀器輸出計算機控制命令。

3.1.2 工程師站

工程師站可以對DCS進行組態（程序組態及畫面組態）上傳，下載修改等等功能及對控制站進行配置。另外還可以增加或減少操作站，基本上就是整個DCS軟硬件組態的操作窗口。同時，工程師站具有操作員站實時監控的功能，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場運行的狀態，各種參數運行的當前值，是否有異常情況發生等，并且可以進行基本的參數修改設置，對工藝過程進行控制及調節，保證了生產過程的安全可靠及工藝質量的穩定一致[2]。

4 DCS監控界面設計

本次設計是運用浙江華章的HZ-DCS-3000系統，它的人機界面技術是在美國羅克韋爾自動化公司開發用于監視與控制自動化設備和過程的人機界面軟件RSVIW32的基礎下進行了內容的豐富和加工，使其更適合我國自控技術人員的應用[3]。

（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）創建聯鎖對應圖形

1）普通電機控制界面

電機狀態：運行為綠色，停止為紅色；

電機故障：無故障為綠色，有為紅色；

啟動失敗：正常為綠色，啟動失敗為紅色；

外部停止：正常為綠色，外部停止為紅色；

準備不足：無為綠色，有為黃色。

圖6 普通電機控制界面圖

2）變頻電機控制界面

電機狀態：運行為綠色，停止為紅色；

變頻故障：無故障為綠色，有為紅色；

啟動失敗：正常為綠色，啟動失敗為紅色；

外部停止：正常為綠色，外部停止為紅色；

準備不足：無為綠色，有為黃色。

圖7 變頻電機控制界面圖

3）開關閥

狀態是指閥的實際狀態開為綠色關為紅色；

報警是指閥的狀態與命令不一致，有報警為黃色，無為綠色；

命令是指上位機發出的控制指令。

圖8 開關閥控制圖

4）液位，壓力，流量的指示與控制

SP表示該回路的設定值；

PV是指該回路的實際值；

MV是指該閥的手動給定開度；

OUT是指實際給閥門的開度；

PV/SP是該回路手自動切換。

圖9 液位、壓力、流量的指示與控制圖

5 結論

5.1 研究的內容及結果

本文以供料DCS自動化控制系統為背景，在搜集大量資料的基礎上，對設備元件型號的選取，控制系統的硬件配置、軟件組態以及程序控制過程的編寫設計。本文主要完成的工作和取得的成果如下：

（1）對供料系統的工藝流程與工作原理進行了系統研究。

（2）對供料處理裝置的自動化控制系統進行了詳細的改造設計，完成了系統元件的選取，DCS控制系統的硬件配置、參數組態、控制程序編寫等工作；完成了理想的人機界面圖的編輯。

5.2 主要創新點

本論文的主要創新點有：

（1）結合改造的工藝過程，設計出了具有顯示、操作，報警，調節，啟動聯鎖和保護聯鎖，檢測數據，集中采集等功能的供料裝置。

（2）自主開發出了供料DCS自動控制系統。通過軟件和硬件系統，實現物料在不同階段監控及控制。設計出理想的人機界面控制圖，方便操作人員易于操作，監控，診斷的界面圖，涉及到閥門，電機，溫度，壓力，流量等，幾乎所有重要的設備參數控制。

[1]張建新.DCS控制系統的現狀及發展趨勢[J].中國氯堿，2005(10)：45-47.

[2]HZ-DCS-3000系統說明書杭州華章電氣，2011.

[3]RockwellAutomation，Programmablecontrollers[EB/OL]，[October2013]lab.erockwellautomation.com.

DCS Automatic ControlSystem for Paper Coating Transformation Design

ZHOU Xiong-yu，ZHANGShi-liang
(College of Engineering，Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524000，China)

Through the automatic material feeding process as the background,core based on DCS control system,focuseson the partof the control processof feeding.In zhejiang spanning the HZ-DCS-3000 logic sequence control system to realize feeding process,and the corresponding practical and beautiful design human-machine interface of the uppermachine.Aftera period of time operation showed that the controleffect is ideal.

DCS；HMI

G434

B

1672-545X（2014）04-0251-04

2014-01-08

周雄煜（1983—），男，廣東湛江人，碩士學位；通訊作者：張世亮，教授，長期從事以機、電、液、數控技術為主的科研工作。