造纸涂料DCS自动控制系统改造设计

周雄煜，张世亮

（广东海洋大学 工程学院，广东 湛江 524000）

造纸涂料DCS自动控制系统改造设计

周雄煜，张世亮

（广东海洋大学 工程学院，广东 湛江 524000）

通过自动供料过程为背景，以DCS控制为系统核心，重点讨论了改造部分的供料的控制过程。以浙江华章HZ-DCS-3000系统实现供料过程的逻辑顺序控制，以及设计了相应实用美观的上位机人机界面。经过一段时间的操作运行，控制效果理想。

DCS；人机界面

随着社会的高速发展，现阶段生产企业的自动化程度越来越高，传统意义上的设备在性能上已经不能满足现在生产的需求了，随着物品生产工艺性能要求不断提高，对生产自动控制的要求也越来越高了。正是这样，DCS控制系统应运而生[1]。本次XX高新企业造纸设备进行改造，运用先进的DCS自控系统，对配浆的涂料进行精滤除泡，提高纸的涂布质量。

1 系统改造方案的确定与要求

1.1 改造控制方案的确定

在生产造纸配浆时，涂料浆中不可避免与空气接触，导致了在涂料中有气泡的存在。而气泡的存在影响了涂布的质量，所以必须尽量减少气泡量的存在。本系统改造核心主要是将造纸涂料中的气体部分给消除掉，主要是涂料通过气泡除气器，将气泡过滤掉。本设计采用两道通道，可以轮流却换，当其中一通道被堵塞时，可以选择性切换另一通道。每条通道设计带有两个除气器，这样保证了多余的气体气泡给消除掉。本次项目设计的工艺流程图设计如图1所示。

图1 改造工艺流程图

从涂料车间制备好的涂料，经过管道输送到改装的搅拌罐搅拌均匀，然后经过一级过滤工序（粗滤），将体积比较大的涂料杂质颗粒过滤出来，再送入混合罐中。在混合罐中经过和其他成分的料剂混合搅拌后，再经过二级过滤工序（精滤），将微小杂质颗粒的物料过滤出来。然后物料送入最重要的一道工序——除气装置。除气装置将涂料中的气泡过滤出来，经过辅助设备真空泵的作用下，将分离出来的气体抽到真空罐中。过滤出来的涂料质量精细匀称，最后被送入上料平台进行涂布，保证的纸质的质量。

1.2 系统改造的要求

本次改造对这次控制要求如下：

（1）控制系统对整个供料过程监视和控制，具有显示，操作，调节，启动联锁和保护联等功能，根据工艺功能实现设备的自动启停，各阀门的打开和关闭，同时还能从监控界面对所有显示数据进行手动强制。

（2）对系统中重要部分的控制，譬如温度，压力，流量及阀门的开度值，电机的速度比例等均显示在界面图上，方便操作人员的纪录和对工艺过程的监控控制。

2 仪表的选用

（1）液位选用差压变送器。根据涂料的化工成分，选择抗腐蚀的陶瓷压力变送器E+H/PMC51，如图2（a）所示。

（2）控制阀在管道中实现管道的开关及走向。本次设计选择的是带有NI4-DSU35-2AP4X2回讯传感器的图尔克旋转控制阀，如图2（b）所示。

（3）流量计的种类繁多，本设计选择E+H质量流量计 Promass-80F，如图 2（c）所示。

（4）为了实现上料平台供料的高精度控制，提高涂布的质量，在平台前的供料入口处安装一个阀门定位器，实现对流量的高精度控制。这里选择高精度的西门子SIPARTPS2定位器，如图2（d所示。

（5）在管道中各个重要设备位置进出口中，需要安装压力传感器，以便对各个管道进行压力的监控，出现压力偏差时及时处理，保证管道各个环节流量的流通顺畅。本次设计选择Cerabar TPMP131压力传感器，如图2（e）所示，是一种扩散硅测量元件压力。

图2

3 DCS控制系统系统结构

3.1 华章DCS系统整体结构图

DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。生产控制操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。

从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程组成，是系统控制功能的主要实施部分；操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态；管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前，国内纸行业应用到这一层的系统较少。图3为华章DCS系统整体结构图。

图3 华章DCS系统整体结构图

3.1.1 过程控制站

主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件仪器输出计算机控制命令。

3.1.2 工程师站

工程师站可以对DCS进行组态（程序组态及画面组态）上传，下载修改等等功能及对控制站进行配置。另外还可以增加或减少操作站，基本上就是整个DCS软硬件组态的操作窗口。同时，工程师站具有操作员站实时监控的功能，可以把工程师站作为操作员站使用。

3.1.3 操作员站

操作员站的主要功能就是操作人员通过操作员站可以了解现场运行的状态，各种参数运行的当前值，是否有异常情况发生等，并且可以进行基本的参数修改设置，对工艺过程进行控制及调节，保证了生产过程的安全可靠及工艺质量的稳定一致[2]。

4 DCS监控界面设计

本次设计是运用浙江华章的HZ-DCS-3000系统，它的人机界面技术是在美国罗克韦尔自动化公司开发用于监视与控制自动化设备和过程的人机界面软件RSVIW32的基础下进行了内容的丰富和加工，使其更适合我国自控技术人员的应用[3]。

（1）编辑主控制界面图形

图4 操作界面1

图5 操作界面2

（2）创建联锁对应图形

1）普通电机控制界面

电机状态：运行为绿色，停止为红色；

电机故障：无故障为绿色，有为红色；

启动失败：正常为绿色，启动失败为红色；

外部停止：正常为绿色，外部停止为红色；

准备不足：无为绿色，有为黄色。

图6 普通电机控制界面图

2）变频电机控制界面

电机状态：运行为绿色，停止为红色；

变频故障：无故障为绿色，有为红色；

启动失败：正常为绿色，启动失败为红色；

外部停止：正常为绿色，外部停止为红色；

准备不足：无为绿色，有为黄色。

图7 变频电机控制界面图

3）开关阀

状态是指阀的实际状态开为绿色关为红色；

报警是指阀的状态与命令不一致，有报警为黄色，无为绿色；

命令是指上位机发出的控制指令。

图8 开关阀控制图

4）液位，压力，流量的指示与控制

SP表示该回路的设定值；

PV是指该回路的实际值；

MV是指该阀的手动给定开度；

OUT是指实际给阀门的开度；

PV/SP是该回路手自动切换。

图9 液位、压力、流量的指示与控制图

5 结论

5.1 研究的内容及结果

本文以供料DCS自动化控制系统为背景，在搜集大量资料的基础上，对设备元件型号的选取，控制系统的硬件配置、软件组态以及程序控制过程的编写设计。本文主要完成的工作和取得的成果如下：

（1）对供料系统的工艺流程与工作原理进行了系统研究。

（2）对供料处理装置的自动化控制系统进行了详细的改造设计，完成了系统元件的选取，DCS控制系统的硬件配置、参数组态、控制程序编写等工作；完成了理想的人机界面图的编辑。

5.2 主要创新点

本论文的主要创新点有：

（1）结合改造的工艺过程，设计出了具有显示、操作，报警，调节，启动联锁和保护联锁，检测数据，集中采集等功能的供料装置。

（2）自主开发出了供料DCS自动控制系统。通过软件和硬件系统，实现物料在不同阶段监控及控制。设计出理想的人机界面控制图，方便操作人员易于操作，监控，诊断的界面图，涉及到阀门，电机，温度，压力，流量等，几乎所有重要的设备参数控制。

[1]张建新.DCS控制系统的现状及发展趋势[J].中国氯碱，2005(10)：45-47.

[2]HZ-DCS-3000系统说明书杭州华章电气，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，广东湛江人，硕士学位；通讯作者：张世亮，教授，长期从事以机、电、液、数控技术为主的科研工作。