趙東明 韓擁春

摘 要： 本文主要介紹了造紙機(jī)的輔助控制系統(tǒng)在紙機(jī)系統(tǒng)的控制內(nèi)容和系統(tǒng)集成以及方案設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，全面的紙機(jī)輔助設(shè)備的控制和監(jiān)測(cè)，能夠全面提高造紙機(jī)的自動(dòng)化裝備水平，提高了生產(chǎn)管理水平和生產(chǎn)效率，并減少減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞： MCS網(wǎng)絡(luò)；遠(yuǎn)程IO站；控制功能

隨著造紙工業(yè)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)紙廠DCS系統(tǒng)和紙機(jī)主傳動(dòng)控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，但紙機(jī)的輔助控制系統(tǒng)也就是MCS系統(tǒng)，應(yīng)用很少或者只是一些輔助電機(jī)的簡(jiǎn)單現(xiàn)場(chǎng)操作和信號(hào)聯(lián)鎖，缺乏綜合而全面的輔助設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視和控制，這也是我國(guó)目前與國(guó)外先進(jìn)紙機(jī)的自動(dòng)化裝備水平的主要差距。

1、紙機(jī)輔助控制的主要部分

通常，一條紙機(jī)生產(chǎn)線包括網(wǎng)部、壓榨部、前烘干部、施膠后烘干部、卷紙機(jī)等幾大部分，具體包括各傳動(dòng)點(diǎn)的稀油站、相應(yīng)液壓站的加壓控制、網(wǎng)毯干網(wǎng)的張力檢測(cè)、網(wǎng)壓部的高壓噴水管移動(dòng)電機(jī)控制、網(wǎng)毯跑偏檢測(cè)和聯(lián)鎖、導(dǎo)輥升降、引紙繩的張緊、自動(dòng)引紙吹風(fēng)、刮刀電機(jī)移動(dòng)、刮刀的抬起和加壓、氣罩門的升降、引紙水針的控制、全輻斷紙裝置、卷紙機(jī)的自動(dòng)換卷等氣控、液控和電控設(shè)備。

紙機(jī)的輔助控制系統(tǒng)，我們稱之為MCS系統(tǒng)。

2、MCS系統(tǒng)的的硬件設(shè)計(jì)

針對(duì)造紙機(jī)的設(shè)備配置和工藝要求的研究分析，采集各設(shè)備和信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)的IO信號(hào)，可為紙機(jī)的輔助設(shè)備提供一個(gè)全面的自動(dòng)化控制系統(tǒng)解決方案。整個(gè)MCS系統(tǒng)，建立以CPU為核心的主站和若干個(gè)遠(yuǎn)程IO站，采用通用工業(yè)協(xié)議構(gòu)建控制網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)的操作根據(jù)工藝要求采用現(xiàn)場(chǎng)按鈕控制和現(xiàn)場(chǎng)操作屏以及上位機(jī)進(jìn)行操作控制相結(jié)合，它能夠讓用戶通過(guò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)方便的實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，系統(tǒng)組態(tài)和數(shù)據(jù)采集，將所有的組件無(wú)縫的集成在一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)。高性能的工業(yè)CPU處理器集成了EtherNet/IP接口，可以對(duì)驅(qū)動(dòng)器和現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)HMI設(shè)備連接實(shí)現(xiàn)相關(guān)通訊控制。我們以紙機(jī)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)部、壓榨部、前烘干部、施膠后烘干部、卷紙機(jī)等六大部分，設(shè)立6個(gè)現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)作為遠(yuǎn)程IO站，就近IO信號(hào)分別進(jìn)6個(gè)現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)的IO站，同時(shí)EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)能夠提供一整套控制、組態(tài)以及數(shù)據(jù)采集服務(wù)。EtherNet/IP使用TCP/IP實(shí)現(xiàn)通訊/信息交換服務(wù)，使用UDP/IP實(shí)現(xiàn)控制應(yīng)用的I/O通訊服務(wù)。這種基于廣泛采納的標(biāo)準(zhǔn)的組合使得該網(wǎng)絡(luò)具有同時(shí)支持信息數(shù)據(jù)交換和實(shí)時(shí)控制應(yīng)用的功能，是目前應(yīng)用實(shí)例最多的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品。

以太網(wǎng)還被用來(lái)連接上位機(jī)操作員站、工程師站和過(guò)程控制站，實(shí)現(xiàn)報(bào)文數(shù)據(jù)的高速傳輸，為操作員迅速、準(zhǔn)確、有效的干預(yù)系統(tǒng)、在線修改參數(shù)和設(shè)置系統(tǒng)工作方式提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)；作為開(kāi)放式的公共信息網(wǎng)，它為MCS控制系統(tǒng)與其他第三方控制系統(tǒng)（如傳動(dòng)系統(tǒng)，QCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)，MES系統(tǒng)）之間的通訊提供了標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口，同時(shí)也構(gòu)成了未來(lái)工廠信息網(wǎng)的一個(gè)部分。

3、MCS系統(tǒng)的的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

下圖為MCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：

4、MCS系統(tǒng)的的控制和聯(lián)鎖功能

紙機(jī)生產(chǎn)線包括網(wǎng)部、壓榨部、前烘干部、施膠機(jī)、后烘干部、卷紙機(jī)等， 現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備IO信號(hào)就近接入相應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)內(nèi)IO站，程序功能實(shí)現(xiàn)和滿足工藝控制和聯(lián)鎖邏輯要求，把聯(lián)鎖條件信號(hào)傳輸給紙機(jī)主傳動(dòng)控制系統(tǒng)，以保證紙機(jī)主傳動(dòng)設(shè)備的正常運(yùn)行和設(shè)備安全，各檢測(cè)信號(hào)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控和及時(shí)報(bào)警并自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

網(wǎng)部包括底網(wǎng)啟動(dòng)、面網(wǎng)啟動(dòng)允許條件、聯(lián)鎖停機(jī)條件等，如需啟動(dòng)底層網(wǎng)，需要滿足自動(dòng)張緊器已張緊、急停信號(hào)未輸入、吸移輥不在下降限位位置、面網(wǎng)復(fù)合輥未閉合，才可啟動(dòng)底層網(wǎng)。當(dāng)?shù)拙W(wǎng)停止時(shí)，面網(wǎng)同時(shí)停，復(fù)合輥同時(shí)抬起，且相應(yīng)的造紙車間的流送系統(tǒng)的成漿泵、沖漿泵也同時(shí)停止。底網(wǎng)與面網(wǎng)速差大于1%時(shí)，面網(wǎng)復(fù)合輥抬起同時(shí)停止上漿。

啟動(dòng)網(wǎng)部后，高壓噴水裝置就會(huì)自動(dòng)開(kāi)閥噴水并擺動(dòng)，網(wǎng)停止時(shí)高壓噴水同時(shí)停止擺動(dòng)及噴水。刮刀電機(jī)也與網(wǎng)部的運(yùn)行狀態(tài)聯(lián)鎖，在聯(lián)鎖狀態(tài)，網(wǎng)部運(yùn)行時(shí)，刮刀就會(huì)自行擺動(dòng)，網(wǎng)停止時(shí)刮刀同時(shí)停止擺動(dòng)。

網(wǎng)部跑偏檢測(cè)是在每張網(wǎng)的傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)分別裝了二個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)，一個(gè)是跑偏報(bào)警信號(hào)，另一個(gè)是跑偏停車信號(hào)。當(dāng)MCS系統(tǒng)收到網(wǎng)跑偏報(bào)警信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)上發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提示操作人員及時(shí)人工干預(yù)和處理問(wèn)題；而當(dāng)MCS系統(tǒng)收到網(wǎng)跑偏停車信號(hào)時(shí)，為防止信號(hào)有誤而產(chǎn)生誤動(dòng)作，需延時(shí)3秒后，MCS系統(tǒng)輸出停止命令給主傳動(dòng)系統(tǒng)，主傳動(dòng)系統(tǒng)隨后停止相關(guān)傳動(dòng)分部，以保護(hù)網(wǎng)和相關(guān)設(shè)備。

面網(wǎng)復(fù)合輥在無(wú)速差信號(hào)時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)操作起落，當(dāng)面網(wǎng)與底層網(wǎng)速差大于1%時(shí)，面網(wǎng)復(fù)合輥會(huì)自動(dòng)上升到上限位。

壓榨部的控制包括壓榨允許啟動(dòng)條件、壓區(qū)閉合檢測(cè)、壓區(qū)加壓， 提升 閉合、吸移輥提升/下降、毛布導(dǎo)輥打開(kāi)、高壓噴水?dāng)[動(dòng)、刮刀擺動(dòng)、毛布跑偏檢測(cè)等，還有稀油站和液壓站的聯(lián)鎖和報(bào)警指示。稀油站一般出油壓力不能低于3.5Bar，出油壓力低于3.5Bar時(shí)，在操作臺(tái)上有報(bào)警指示，如15分鐘不恢復(fù)系統(tǒng)即發(fā)出壓榨部聯(lián)鎖停機(jī)信號(hào)。在實(shí)行壓區(qū)閉合或加壓時(shí)，MCS系統(tǒng)有聯(lián)鎖保護(hù)，只能在無(wú)速差的情況下才可操作，當(dāng)壓區(qū)上/下輥出現(xiàn)速差時(shí)，上/下輥會(huì)自行脫開(kāi)。

烘干部分前烘干部和后烘干部，包括干部稀油站、引紙繩張緊器、斷紙檢測(cè)、氣罩門提升控制、紙尾割刀裝置，全幅斷紙刀裝置等。

紙尾割刀裝置主要有：斷紙吹氣、向下吹氣、圓刀啟動(dòng)/停止、圓刀移動(dòng)。整個(gè)裝置主要作引紙用，裝置上還有三個(gè)限位檢測(cè)，分別為操作側(cè)限位、引紙位限位、傳動(dòng)側(cè)限位。當(dāng)出現(xiàn)斷紙時(shí)，在自動(dòng)狀態(tài)下自動(dòng)吹氣并啟動(dòng)圓刀，引紙成功后，圓刀擴(kuò)幅到傳動(dòng)側(cè)，到達(dá)傳動(dòng)側(cè)限位后，圓刀會(huì)自動(dòng)停止。

卷紙機(jī)控制包括卷紙輥啟動(dòng)、卷紙主臂、輔臂、輥庫(kù)及自動(dòng)換卷裝置、刮刀擺動(dòng)、卷紙裝置及緩沖制動(dòng)裝置。卷紙機(jī)可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作和全自動(dòng)操作兩種方式。輔臂擺動(dòng)是通過(guò)電機(jī)、減速箱和傳動(dòng)系統(tǒng)完成，當(dāng)輔臂擺動(dòng)到預(yù)位置時(shí)將卷紙輥送到主臂上，主臂擺動(dòng)是通過(guò)液壓缸控制，使紙卷與卷紙缸保持恒定的壓力。當(dāng)紙卷達(dá)到規(guī)定的要求時(shí)（計(jì)長(zhǎng)或測(cè)量直徑）。主臂將紙卷推向末端，完成卷紙。待位輥?zhàn)宇A(yù)先放置在機(jī)架上，當(dāng)需要放輥時(shí)，液壓系統(tǒng)控制自動(dòng)取輥、放輥。紙卷緩沖及制動(dòng)裝置主要用來(lái)控制紙卷的轉(zhuǎn)動(dòng)，由抱閘、緩沖、氣控配合完成。當(dāng)紙卷達(dá)到規(guī)定的要求時(shí)（計(jì)長(zhǎng)或測(cè)量直徑），完成自動(dòng)換卷。各操作臺(tái)上裝了壓力傳感器，當(dāng)氣壓低于設(shè)定值時(shí)，就會(huì)輸出氣壓低報(bào)警指示。

上位機(jī)集中監(jiān)視并記錄各數(shù)據(jù)狀態(tài)；，歷史數(shù)據(jù)的記錄，可供生產(chǎn)管理人員和維護(hù)人員進(jìn)行分析和優(yōu)化控制，以便更好的維護(hù)正常生產(chǎn)。

總之，把紙機(jī)的各輔助設(shè)備包括電氣、液壓、氣控各IO信號(hào)分類整合，統(tǒng)一接入到就近IO站，分站操作、全面控制和聯(lián)鎖的投入，提高了生產(chǎn)工藝控制精度和生產(chǎn)效率，整體提升國(guó)產(chǎn)紙機(jī)的自動(dòng)化裝備水平?！?/p>