ECS-700控制系統在特種紙機上的應用

楊國安

(牡丹江恒豐紙業股份有限公司，黑龍江牡丹江，157013)

牡丹江恒豐紙業股份有限公司 (以下簡稱恒豐紙業)年產6000 t高透氣度成型紙生產線于2012年10月竣工投產，項目總投資1.9億元。造紙機采用斜網布漿、兩段沖漿、薄膜涂布、空氣轉向、穿透干燥，配備ECS-700 DCS控制系統，可生產透氣度高達2000～32000 CU的成型紙和多種高附加值特種紙。現就ECS-700 DCS控制系統在特種紙機上應用的技術特點和系統配置進行介紹，以供同行參考。

1 ECS-700控制系統功能介紹

ECS-700系統具有管理大型聯合裝置的能力。從現場測量到控制設備、控制網絡、控制器和客戶端都可以實現冗余控制，不但確保DCS網絡運行和控制器安全，也保證控制系統穩定運行。如將信息網擴展到外網或者與第三方通信必須安裝系統防火墻，保證ECS-700系統穩定運行。

2 ECS-700控制系統的構成

ECS-700控制系統由控制節點 (控制站及配套設備)、操作節點 (操作站、工程師站、數據站等)及系統網絡 (包括信息管理網、過程信息網Sonet、過程控制網SCnet、I/O總線)等構成。圖1所示是恒豐紙業T3特種紙機DCS網絡系統結構，A和B是冗余過程控制網，C是過程信息網。

ECS-700系統具備良好的擴展性和開放性，可通過增加控制節點、操作節點、系統位號，方便地擴大系統規模。ECS-700系統支持 Profibus、Modbus、OPC通信協議與第三方系統連接，并支持標準以太網連接信息管理網，共享數據。由圖1可知，T3特種紙機DCS系統安裝2個控制節點和8個操作節點，機柜室安裝3個I/O柜和2個繼電器柜;2個控制節點除了控制本系統I/O點外，還分別控制2組菲尼克斯DP通信模塊以及西門子DP-COUPLER用來與傳動控制系統進行的通信。

3 ECS-700控制系統特點

ECS-700控制系統的機柜分為不帶側板和帶側板兩種，如圖2所示。每個機柜可以安裝一套冗余控制器單元和4個機架I/O單元。機架由導軌和PCB板兩部分構成，它是連接控制器和I/O模塊的橋梁。PCB板提供機架與總線連接端口、模塊與總線連接端口、系統電源接線端口等，完成與I/O模塊基座、本地I/O總線、系統電源的電氣連接。在每個機架的頂端PCB板上都有4個JP跳線，用來設置機架地址，機架地址范圍為0～3。

圖1 ECS-700控制系統結構

圖2 ECS-700控制系統機柜

3.1 機架類型和機架地址

機架有兩種類型，分別是長機架 (CN721)和短機架 (CN722)。長機架可以安裝8個I/O機座、16個I/O模塊，短機架可以安裝4個I/O機座、8個I/O模塊。恒豐紙業T3特種紙機均采用長機架。

3.2 I/O連接單元

I/O連接模塊COM711-S與MB722-S基座構成一個I/O連接單元，是擴展機柜中的核心單元及控制器與I/O模塊的中間環節。該單元基于冗余工業以太網的擴展I/O總線與控制器通信，速率10/100 Mbps。一對冗余控制器可擴展0～7個I/O連接模塊。1個I/O連接模塊通過冗余的本地I/O總線控制8個I/O模塊。

3.3 功能特點

(1)WDT看門狗復位功能，在模塊受到干擾而造成軟件混亂時能自動復位CPU，使系統恢復正常運行。

(2)支持冗余結構，每個機柜可配置雙 COM711-S模塊，互為冗余。

(3)與控制器通信使用硬件組播放式進行，降低網絡負荷，提高響應速度。

(4)允許上位機使用故障診斷軟件進行故障診斷。

(5)具有地址沖突檢測、斷線檢測、I/O通信故障檢測等自診斷功能。

4 I/O模塊

I/O模塊具備完全的1∶1冗余功能。采用免跳線設計，支持熱插拔，支持即插即用。新的模塊被安裝后上位機可實現自動識別，通過組態上載和單點下載功能可方便地實現對新安裝模塊組態。如果更換同型號新的I/O模塊，上電后可自動完成初始化過程，無需人員操作。

I/O模塊應用類型非常廣泛，除了常用的數字信號輸入輸出和模擬信號輸入輸出模塊以外，還有熱電偶、熱電阻、脈沖信號、位置調整模塊。每種模塊都具有自診斷功能，包括上電自診斷和運行過程自診斷。自診斷方式可以通過模塊面板指示燈、監控軟件中的實時故障診斷面板、設備管理軟件的詳細故障診斷功能獲取。

5 ECS-700控制系統在特種紙機上的典型應用案例

(1)由于恒豐紙業T3特種紙機的主體設備由德國福伊特公司提供，所有控制標準都要按該公司的規定進行設計和編程。系統本身帶有對應設備的操作面板，但不符合福伊特的標準。恒豐紙業通過ECS-700控制系統，應用小流程圖及點組功能自定義泵、閥門控制參數，診斷信息或相應的連鎖信息等通過控制面板上二級彈出操作，其中二級彈出需求存在兩種情況:第一種彈出，要求彈出不同的流程圖畫面，該小流程圖為固定信息的小流程圖畫面;第二種彈出，要求彈出二級面板信息，面板上的信息有通用性，類似于二級點組的應用，通過對腳本的編程最終滿足了福伊特的控制標準。

圖3 模塊及其屬性

圖4 定量閥門控制程序

圖5 絕對值編碼器模塊及其屬性

如二級面板編寫如下:

Sub Button12_OnLButtonUp(nFlag，x，y)

If text25.Text =“SM1201”Then Form.ShowWindow“SM1201.pic”

End If

End Sub

(2)在T3特種紙機的流送系統中，定量閥是質量關鍵控制點之一。恒豐紙業采用美卓自動化的定量閥門 nelesACE，由一個性能優良的V型球閥、高精度的步進電機、限位開關及反饋電位器組成。在一般的控制系統里通過控制回路的運行周期以及開關量的脈沖時間來控制閥門的開度，有時會產生控制超調、回差大等控制不穩定現象。通過對該系統進行硬件模塊AM-711組態以及軟件上配套使用的編程模塊，最終完成了定量閥的高精度控制。控制程序所使用的模塊及其屬性，如圖3所示。

定量閥門控制編程組態，如圖4所示。

(3)在T3特種紙機上采用了絕對值編碼器來測量卷曲次級臂角度值，同樣系統也提供了與絕對值編碼器配套使用的硬件模塊和編程模塊AM713。通過對硬件的組態以及編程，通過檢測次級臂的角度，在有效控制卷紙輥輥徑不斷增大的同時，保證卷紙輥和卷紙缸之間的線壓力恒定。絕對值編碼器測量角度的軟件模塊屬性基本參數，如圖5所示。

絕對值編碼器編程組態，如圖6所示。

(4)通過恒豐紙業信息化管理水平的不斷提高，所有信息的采集都是通過OPC的通信方式進行。系統在OPC通信上最大的特點是:無需另安裝OPC軟件，因為用來進行OPC通信的軟件全部集成在監控軟件里，只要對方連接到該系統的信息網絡，就能從中讀到所需要的標簽。與QCS系統之間的通信也是通過OPC進行數據交換的。

圖6 絕對值編碼器編程組態

6 設備管理系統

在T3特種紙機上，所有的測量儀表都是具有HART通信協議的智能儀表。所以在項目初期，恒豐紙業決定采用ECS-700系統中使用的八通道點點隔離電流輸入AI711-H模塊。具有HART通信協議的儀表信號進入該模塊后被分為兩路:一路是HART信號，一路是電流信號。HART信號經模塊后，通過控制器和SAMS通信服務器傳遞給SAMS數據服務器。電流信號經模塊處理后轉換為數字信號送給控制器參與控制。AI711-H SAMS軟件結合構成設備管理系統，可對符合HART協議的現場總線的智能儀表進行數據采集、組態、網絡設備管理。與之配套使用的中控設備管理系統軟件又稱 SAMS(SUPCON Asset Management System)軟件，SAMS提供一個設備管理與維護平臺，基于微軟 (Microsoft)Windows系列操作系統設計，能快速掌握SAMS軟件的使用。目前SAMS支持HART智能設備管理和常規設備管理。記錄設備的組態信息、報警記錄和用戶操作記錄。使先進的智能設備發揮最大效益，減少儀表的損耗并降低維護成本。通過使用SAMS也減少了通過用手持終端對現場具有HART通信協議的儀表進行組態和參數設置，也極大地減少了調試階段現場工作量，在日常維護工作中就可以對現場儀表的工作狀態有更深入的了解和掌握。

圖7所示是與ECS-700系統配套使用時SAMS的系統結構圖。

圖7 與ECS-700系統配套使用時SAMS的系統結構圖

7 結語

結合牡丹江恒豐紙業股份有限公司T3特種紙機上的DCS系統，介紹ECS-700系統的特點。因工業安全性質原因，在硬件系統配置上會有不同。在T3特種紙機的DCS系統配置中，控制器單元、控制網絡以及控制電源都采用冗余配置，I/O連接模塊以下未采用冗余配置。通過對該項目的設計、調試以及維護，ECS-700控制系統已經很好地發揮了作用。

［1］ VisualField ECS-700 User Manual［S］．

［2］ LU Ping．Application of On-line Detection System in Specialty Paper Machine［J］．China Pulp ＆ Paper，2013，32(4 －5):53．陸 平．在線監測系統在特種紙機上的應用［J］．中國造紙，2013，32(4－5):53． CPP