摘要：山東信和造紙工程股份有限公司十幾年來專注于高速衛(wèi)生紙機的研發(fā)與應(yīng)用，不斷地推出新技術(shù)，現(xiàn)在已研發(fā)出5600/1800高速衛(wèi)生紙機，在節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)方面成效顯著，而且強化了高速衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化功能。為高速衛(wèi)生紙機智能化提供了新的數(shù)據(jù)平臺。

關(guān)鍵詞：高速衛(wèi)生紙機；數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化；節(jié)能

山東信和造紙工程股份有限公司與浙江中控、陜西西微兩家公司緊密合作，在幅寬2，850～5，600mm、車速1，200m/min以上的衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線控制系統(tǒng)方面追求精細化生產(chǎn)，不斷完善數(shù)字化、智能化功能，實現(xiàn)最大化的節(jié)能降耗。

1" "一種與信息化融合的造紙自控系統(tǒng)新模式

傳統(tǒng)的造紙自控系統(tǒng)的局限性：雖然也具有完善的控制功能，能夠充分滿足生產(chǎn)的各種要求，但僅局限于生產(chǎn)車間內(nèi)部運行，缺少與外界的溝通和聯(lián)系，成為“信息孤島”，不利于企業(yè)向信息化方向的發(fā)展。這種DCS的配置如圖1所示。

為解決這個問題，配置了兩個服務(wù)器，提高了系統(tǒng)的信息傳遞功能，如圖2、圖3所示。

單網(wǎng)的特點為：①操作員站（OS）直接從CPU讀數(shù)據(jù)，在某一時刻上下只能有一對組合交換數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)流容易發(fā)生擁堵；③通訊速度慢，OS個數(shù)受限。

雙網(wǎng)雙服務(wù)器的特點為：①所有的CPU從現(xiàn)場讀取的數(shù)據(jù)都送至服務(wù)器；②所有的OS都從服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)；③信息傳遞快捷，數(shù)據(jù)流可有序高效運行；④OS個數(shù)不受限。

雙網(wǎng)雙服務(wù)器控制的優(yōu)點為：配置了兩個工業(yè)以太網(wǎng)，提升了企業(yè)的信息管理功能：①控制網(wǎng)專用于對制漿、造紙的自動控制（屬于物聯(lián)網(wǎng)范疇）；②管理網(wǎng)除了搭載OS對自動控制進行監(jiān)控外，還可通過防火墻與各管理部門在廠內(nèi)局域網(wǎng)上互聯(lián)互通，可搭載ERP、MES、EMS、SCM、PDM、MC等各種信息化軟件。

這些軟件原來是在不同部門單獨運行的，現(xiàn)在在這個平臺上可互聯(lián)互通，將更多的生產(chǎn)要素更為科學(xué)地整合，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)。

依賴互聯(lián)網(wǎng)中虛擬專用通道實現(xiàn)遠程控制連接（如圖4所示）：可提供和傳輸各種遠程的實時運行數(shù)據(jù)。

由于局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)兩者是不兼容的，因此，遠程維護中心（圖4中局域網(wǎng)1）的計算無法通過互聯(lián)網(wǎng)直接訪問客戶端（圖4中局域網(wǎng)2）。通過VPN可以基于互聯(lián)網(wǎng)在兩個遠距離的局域網(wǎng)間建立起一條虛擬的專用通道，其作用就像架設(shè)了一條光纜，維護中心的計算機可直接監(jiān)控客戶端的PLC，進行遠程維護。

基于IPSEC VPN模式實現(xiàn)造紙PLC遠程維護：①VPN虛擬專用通道的安全保障 ②動態(tài)IP地址的解決方案。

Web網(wǎng)頁發(fā)布服務(wù)器（見圖6）的用途為：給移動終端（手機、平板電腦）提供生產(chǎn)現(xiàn)場的各種信息。信息是用HTML文件形式表達。除文字外，還可以有電子表格、圖形甚至是視頻。它們以網(wǎng)頁的格式存放于Web服務(wù)器中，用手機即可在異地（包括在國外）瀏覽這些網(wǎng)頁，以便隨時掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的產(chǎn)量、噸紙漿耗、能耗等信息。

2" " 大規(guī)模定制式生產(chǎn)（MC）

2.1" 我國造紙行業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀

造紙行業(yè)與其他制造業(yè)相似，長期以來都是采用大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的模式。因為這種模式生產(chǎn)成本低、效率高、利于市場競爭。而下游的客戶端為了原料有充分的保障，一般也對生產(chǎn)側(cè)下較大的訂單。

另一方面，生產(chǎn)過剩造成市場競爭激烈，催生了客戶端的個性化需求，迫使生產(chǎn)側(cè)務(wù)必改變原有的生產(chǎn)模式，生產(chǎn)廠家為了減少大量的庫存，加快資金的流動運轉(zhuǎn)，在給生產(chǎn)廠家安排訂單時往往采用小批量、多批次的形式。從而使生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品更換頻次增加，每個生產(chǎn)品種的生產(chǎn)周期也大大縮短。由于目前產(chǎn)品切換依靠人工經(jīng)驗費時費力，影響了產(chǎn)品的日產(chǎn)量、經(jīng)濟效益低。這種客戶端的個性化需求，將是今后的新常態(tài)。生產(chǎn)側(cè)必須作出相應(yīng)的升級改造才能在競爭中獲得優(yōu)勢。

信息化的迅猛發(fā)展，使實現(xiàn)“大規(guī)模定制（MC）”成為可能，自動化、信息化大數(shù)據(jù)相應(yīng)融合后具有可采集、分析、判斷、大存貯、快速功能切換等過程管控。即完成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、實時/關(guān)系數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)全流程自動化儀器儀表全覆蓋。完成關(guān)鍵崗位智能配置，構(gòu)建一個“可測可控、可產(chǎn)可管”的縱向集成環(huán)境，各項功能切換效率快捷、數(shù)據(jù)也更準(zhǔn)確，生產(chǎn)效率也得到大幅提高，使“大規(guī)模”與“個性化定制”互連互通，及其與企業(yè)不同環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)集成統(tǒng)一。

2.2" 項目采用的策略及實施方法

實施對象的特點：項目實施的對象是一家生活用紙生產(chǎn)企業(yè)，這家工廠給客戶提供的產(chǎn)品種類大致有7種（見表1）。

采用的漿料有3類：針葉木漿、闊葉木漿、竹漿。由于生產(chǎn)同一種產(chǎn)品而使用不同的漿料時會產(chǎn)生不同的生產(chǎn)流程，因此理論上應(yīng)該產(chǎn)生3×7=21種生產(chǎn)流程。

采用的策略：針對以上生產(chǎn)流程進行組合設(shè)計，即將整個生產(chǎn)流程細分為多種不同模塊，分組管理，工程師可以按照數(shù)據(jù)分組進行數(shù)據(jù)管理，以對應(yīng)不同產(chǎn)品，通過眾多模塊的不同有效組合，從而得到不同的生產(chǎn)流程，各種不同的生產(chǎn)流程則對應(yīng)于生產(chǎn)不同的產(chǎn)品。

按照“集中管理，分散控制”的原則，根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品不同，紙機制漿生產(chǎn)線最多需要有21種不同的生產(chǎn)流程，將這些信息進行綜合運算處理，進行模塊化操作生產(chǎn)，根據(jù)不同定量品種的轉(zhuǎn)換而相互切換。即首先把整個生產(chǎn)過程按設(shè)備優(yōu)化調(diào)整來分類，確定了21個生產(chǎn)主模塊，再對每個生產(chǎn)主模塊劃分管理范圍，按生產(chǎn)工藝要求的不同量化數(shù)據(jù)進行有效分類，確定3個左右的分模塊，形成了21×3=63個標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模塊，由這些模塊組成“流程模塊集群”，對這些模塊進行不同的組合，可得到不同的“流程模塊集群”。

當(dāng)需要將生活用紙產(chǎn)品1轉(zhuǎn)換成不同的產(chǎn)品2時，由如圖7所示的切換過程完成轉(zhuǎn)換任務(wù)。

項目實施的條件及運行的實際效果：

（1）生產(chǎn)車間需具備完善的集成自動控制系統(tǒng)，無需人員具體操作，以及相應(yīng)的智能儀表、閥門等自控設(shè)備來采集不同的數(shù)據(jù)。圍繞“數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、智慧行動”全過程思路及原則，進行專業(yè)性分析和管理。因為“流程模塊集群”給出的運行數(shù)據(jù)是各設(shè)備參數(shù)的設(shè)定值，需要通過集成自控系統(tǒng)才能變?yōu)閷嶋H運行值，以便有效的分析和數(shù)據(jù)集中報告。

（2）本實施項目是將信息技術(shù)與企業(yè)生產(chǎn)不斷加深融合，涵蓋先進制造、大數(shù)據(jù)、云服務(wù)與物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)、客戶需求分析技術(shù)以及裝備的運維、優(yōu)化。因此需要一個局域網(wǎng)環(huán)境及貯存大數(shù)據(jù)的服務(wù)器以便后期進行綜合管理平臺的實施。

（3）本實施項目是MC的初步試運行，目前只在車間制漿及流送部分作了實際應(yīng)用，生產(chǎn)產(chǎn)品的切換可以由以前的數(shù)小時縮短到數(shù)分鐘很短時間，實現(xiàn)生產(chǎn)過程與人、物的高度集成與協(xié)作，有效提升生產(chǎn)作業(yè)效率。

3" " 高速衛(wèi)生紙機的數(shù)字化

高速衛(wèi)生紙機現(xiàn)場自動化控制平臺是生產(chǎn)過程控制數(shù)據(jù)的來源，因此，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場各自動化控制系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的交換與共享比以往任何時候都更為迫切，在高速衛(wèi)生紙機上優(yōu)化控制邏輯，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的“一鍵化”操作，使“現(xiàn)場無人值守，或少人值守”得以成為現(xiàn)實，并且在開機和斷紙后能很快達到質(zhì)量目標(biāo)值。從而達到提質(zhì)、增產(chǎn)、降耗的目的，高速衛(wèi)生紙機生產(chǎn)平臺的數(shù)字化、智能化不但能提高紙機的運行效率，穩(wěn)定生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品品質(zhì)，而且更加節(jié)約能耗，降低生產(chǎn)成本，不斷引導(dǎo)企業(yè)從常規(guī)化管理邁向精細化閉環(huán)管理。衛(wèi)生紙機數(shù)字化控制方案如圖8所示。

流漿箱是造紙機械的重要設(shè)備之一，對紙幅形成和紙張質(zhì)量具有決定性作用。采用“電動式唇板微調(diào)裝置”的紙幅橫向定量控制系統(tǒng)“唇板微調(diào)裝置”，可以對紙張橫幅定量作一定的調(diào)整，但以往必須由操作工現(xiàn)場手工調(diào)節(jié)，不僅費時費力，而且很難調(diào)到令人滿意的程度。由山東信和造紙工程股份有限公司研制的“電動式唇板微調(diào)裝置”中，微調(diào)裝置采用了步進電機及配套的執(zhí)行機構(gòu)，可在電腦上直接對所有的微調(diào)裝置進行遙控，而且調(diào)節(jié)精度很高，且可適用于任何流漿箱。

電動式唇板微調(diào)裝置的基本功能是：①精確控唇板開度；②指示微調(diào)裝置的位置狀態(tài)。

另外，設(shè)置關(guān)鍵軸承和刮刀的振動傳感器，以快速判斷軸承壽命和紙病產(chǎn)生的原因。通過刮刀的振動分析，判斷是烘缸噴涂的涂層問題還是研磨中高數(shù)字的問題，或者是其他問題，可以較精準(zhǔn)地找出問題所在。

4" 結(jié)語

數(shù)字化智能化把用戶的想法變?yōu)橛小靶巍?，?shù)據(jù)采集更靈活，對紙機的運行數(shù)據(jù)更能有效地進行分析管理，掌握日常運行狀態(tài)，有助于在事前采取預(yù)防措施。萬一發(fā)生故障時也能了解事發(fā)前的操作狀態(tài)，以便查明原因并總結(jié)經(jīng)驗。一定程度上減少了決策的盲目性，從而提高了企業(yè)管理的效率和水平。

參考文獻

［1］夏吉瑞，張鳳玉.高速衛(wèi)生紙機的智能化［J］.中華紙業(yè)，2016（8）：74.

［2］胡美琴，韓菲，張敏杰.制漿造紙過程控制全面解決方案［J］.中華紙業(yè)，2015（2）：3.

［3］王孟效.自動控制新技術(shù)在造紙生產(chǎn)中的應(yīng)用兼談一種基于互聯(lián)網(wǎng)的造紙過程控制遠程服務(wù)平臺［J］.中華紙業(yè)，2016（1）.