管豐年，王樹忠

（濰坊學(xué)院，山東 濰坊 261061；山東信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濰坊 261061）

隨著中性造紙和堿性造紙技術(shù)的不斷發(fā)展，用重質(zhì)碳酸鈣作為填料，能有效提高紙的白度和不透明度，改進(jìn)紙的平滑度、柔軟度，改善油墨的吸收性能，并且在堿性抄紙中具有很好的pH值緩沖作用，因而在各造紙廠中得到了廣泛使用。

由于碳酸鈣制漿生產(chǎn)過程中的電氣設(shè)備多，監(jiān)控參數(shù)的種類和數(shù)量多，手動操作與自動控制相并存在，加之生產(chǎn)現(xiàn)場噪聲大，粉塵較重，為了穩(wěn)定生產(chǎn)，確保安全，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低成本，改善工人的工作環(huán)境，采用了由上位機和PLC構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)。

1 生產(chǎn)工藝概述

碳酸鈣粉料倉的粉料首先進(jìn)入聚合罐與水進(jìn)行混合攪拌，形成漿料并配比分散劑，漿料在滿足固含要求時送入緩沖罐，然后再由泵輸送到濕磨機進(jìn)行多次研磨，研磨后的漿料再進(jìn)一步進(jìn)行篩選，并將篩選后的漿料通過離心機進(jìn)行分離，分離所得的漿料就是符合要求的成品，進(jìn)入產(chǎn)品罐以備使用。生產(chǎn)過程中，為了防止?jié){料沉淀凝固，儲存罐必須始終處于攪拌狀態(tài)。生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)工藝流程圖

2 控制方案

2.1 基本控制要求

①上位機和下位機組成監(jiān)控系統(tǒng)；

②料位、流量、溫度、壓力、產(chǎn)品固含量、累積量等參數(shù)上位機顯示、報表；

③電機、絞龍、磨機、泵等設(shè)備的準(zhǔn)備、運行及故障狀態(tài)界面顯示；

④通過人機介面設(shè)定參數(shù)，控制給定值；

⑤主要設(shè)備自動控制，并設(shè)置有“自動／手動”切換功能；

⑥參數(shù)超限報警，緊急情況聯(lián)鎖停機等。

2.2 控制方案

2.2.1 聚合罐內(nèi)漿料的固含量控制

圖2 固含量串級比值控制系統(tǒng)方塊圖

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，為能及時滿足負(fù)荷生產(chǎn)的要求，采用了以聚合罐內(nèi)漿料固含量為主參數(shù)，以粉料量與白水流量的比值為副參數(shù)所構(gòu)成的串級比值控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)方塊圖見圖1。該系統(tǒng)中，串級主回路為定值控制，粉料與白水流量的比值控制為副回路，其中粉料流量Xm2（s）反應(yīng)了生產(chǎn)的負(fù)荷，白水流量Xm3（s）則跟隨其變化，以滿足連續(xù)生產(chǎn)時漿料中固含量的要求。由于除法器的輸出采用Xm3（s）除以Xm2（s）的方式，因此流量控制器設(shè)置為反作用。為了提高副回路的反應(yīng)速度，流量控制器采用P作用控制規(guī)律；又由于主調(diào)節(jié)參數(shù)為白水流量，被調(diào)節(jié)參數(shù)為固含量，因此聚合罐為反作用對象，則固含控制器應(yīng)設(shè)置為正作用特性，采用PI控制規(guī)律。

2.2.2 聚合罐、緩沖罐、白水灌、分散劑罐、產(chǎn)品罐液位控制

液位對象的控制均采用單回路閉環(huán)定值控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)方塊圖如圖3所示。由于工藝上對液位控制精度的要求不高，所以采用基本的P控制規(guī)律即可。至于控制器的正反作用，根據(jù)對象的特性進(jìn)行確定。

2.2.3 分散劑用量控制

分散劑的用量多少是根據(jù)流體漿料的流量大小決定的，系統(tǒng)中采用了單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，及時根據(jù)漿料流量的測量值成比例地添加分散劑，副流量控制器采用反作用形式。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與方塊圖如圖4所示。

2.2.4 邏輯控制與聯(lián)鎖保護(hù)

本系統(tǒng)中大部分電氣設(shè)備的運行利用了PLC的邏輯控制功能；而聯(lián)鎖保護(hù)主要用在了濕磨機變速箱的溫度、油流量、濕磨機電動機功率、離心機的軸承溫度與振動等嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備中。

2.2.5 監(jiān)視與通訊

圖3 液位自動控制系統(tǒng)方塊圖

圖4 分散劑自動控制系統(tǒng)方塊圖

采用上位機與PLC相結(jié)合的方式，通過遠(yuǎn)程通訊接口，構(gòu)成監(jiān)控結(jié)構(gòu)模式。在上位機上通過組態(tài)畫面對工藝流程、變量狀態(tài)、參數(shù)設(shè)定、過程控制、記錄存檔等進(jìn)行實時監(jiān)視與操作。

3 硬件配置與軟件編程

該控制系統(tǒng)采用了羅克韋爾AB公司的上位機組態(tài)軟件RSView32和PLC編程軟件RSLogix5000。

3.1 上位機

RSView32是AB公司基于組件集成并用于監(jiān)視和控制自動化設(shè)備和過程而開發(fā)的人機界面監(jiān)控軟件。RSView32通過開放的技術(shù)擴(kuò)展達(dá)到了與其它羅克韋爾軟件產(chǎn)品、微軟產(chǎn)品以及第三方應(yīng)用程序的高度兼容。它使用直接嵌入到圖形顯示中的可再利用和定制的ActiveX控件擴(kuò)展工程；對象模型外露，用戶和其它軟件產(chǎn)品可訪問接口部分；集成了微軟的VisualBasicforApplications（VBA）作為內(nèi)建的程序設(shè)計語言，可以很容易地自定制RSView32；支持OPC標(biāo)準(zhǔn)，并且既可作為服務(wù)器，也可作為客戶，可與多種設(shè)備進(jìn)行快速可靠的通訊。為了便于監(jiān)控，上位機配置了兩臺計算機同時工作。由其繪制的部分組態(tài)畫面見圖5。

圖5 組態(tài)界面圖

3.2 PLC配置

ControlLogix系統(tǒng)是基于模塊和網(wǎng)絡(luò)組合的模塊化結(jié)構(gòu)硬件平臺，具備通信完成數(shù)據(jù)交換的先進(jìn)信息傳遞模式，采用計算機標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使用通用的軟件操作方式，具有拓展性、延伸性、兼容性、通用性等特點，通過背板總線強大的網(wǎng)關(guān)功能完成信息層、控制層和設(shè)備層三個開放式的通信平臺之間的自由交換。

根據(jù)生產(chǎn)實際的需求，控制系統(tǒng)實現(xiàn)I／O點數(shù)：DI－432點；DO－224點；AI－192點；AO－44點，總計892點?？紤]到控制過程中的計算和通訊要求以及15%的余量，采用了羅克韋爾AB公司的Control－Logix系統(tǒng)，包括：

由于操作室與現(xiàn)場控制柜的距離較遠(yuǎn)，同時為了避免信號傳輸時的干擾，上位機與PLC之間采用了光纖通信方式。其配置情況如圖6所示。

3.3 PLC編程

ControlLogix系統(tǒng)的專用編程軟件是RSLogix5000，它的功能十分強大，不僅能用來對控制器進(jìn)行常規(guī)的編程，更多地用于組態(tài)和監(jiān)控，所有對外交換的信息，不管是I／O刷新信息還是與外設(shè)備的通信信息，統(tǒng)統(tǒng)要經(jīng)過編程軟件的組態(tài)或編程，更重要的是它面對系統(tǒng)的監(jiān)視功能和診斷功能，所有它屬下模塊的工作狀態(tài)全部在它的監(jiān)視之下，其診斷結(jié)果將明了地告知問題所在，可正確迅速地查找原因。

3.3.1 干粉泡漿

圖6 PLC配置圖

主要是電機的起停、聚合罐的液位與漿料固含、緩沖罐的液位控制。聚合罐攪拌器與絞龍、旋轉(zhuǎn)閥聯(lián)鎖，開機順序是攪拌器、絞龍、旋轉(zhuǎn)閥，若攪拌器跳停，則絞龍、旋轉(zhuǎn)閥都自動關(guān)閉，若絞龍?zhí)?，則旋轉(zhuǎn)閥自動關(guān)閉；聚合罐的液位與漿料固含的控制可自動與手動切換，其中主程序流程圖如圖7所示。圖7中，Xg為實測固含量，Cs為固含量設(shè)定值，a為固含量偏置值，XL為液位實測值，XM為液位上限值。

3.3.2 濕磨線

主要有磨機、油泵與錐泵的啟停，其中磨機與油泵的先后順序必須是啟動油泵后才能啟動磨機，停止磨機后才能停止油泵。再有磨機的功率與油溫報警、噸功率計算等。

3.3.3 產(chǎn)品篩選

篩選系統(tǒng)中，除了液位控制，送料泵、錐泵、攪拌電機和振動篩的啟?？刂仆?，重要的是離心機的控制，包括油泵啟后離心機的延時與條件控制，手動與自動沖洗控制，油溫、油位、振動、扭矩、軸承溫度等的報警指示與聯(lián)鎖停機的控制等。

至于分散劑添加控制，是根據(jù)漿料的干噸流量數(shù)值，利用變頻泵自動比例添加或手動定值添加。

圖7 聚合罐控制主程序流程圖

4 結(jié)束語

系統(tǒng)經(jīng)過反復(fù)調(diào)試運行，生產(chǎn)過程穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量符合生產(chǎn)要求，明顯地降低了工人的勞動強度，改善了工作環(huán)境，提高了生產(chǎn)效率。

［1］姬常州，劉立穎.Control Logix5000在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.機電工程技術(shù)，2005，34（8）：90－92.

［2］唐文軍，田力，鄧廣龍，等.Control Logix控制系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2006，25（6）：76－77.

［3］鄧?yán)?Control Logix系統(tǒng)實用手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2009.