【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 控制，混合漿池液位的控制及聯(lián)鎖控制，各控制部分具有耦合作用。絕干量配比的控制較為復(fù)雜，損紙漿、自制漿的濃度、流量變化等都會(huì)對(duì)配比控制產(chǎn)生干擾。同時(shí)配比控制時(shí)又要考慮到節(jié)省能耗。通過(guò)對(duì)配比的分析，對(duì)配比中比重占較大的自制漿。我們將自制漿泵滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，而讓廢漿泵根據(jù)給定的配比。采用帶有延遲環(huán)節(jié)的增量PID控制算法控制。損紙漿和自制漿的濃度的控制，由于兩者相互不影響，且受其他影響較少。我們分別通過(guò)控制相應(yīng)電動(dòng)閥的開(kāi)度來(lái)控制加水量，從而控制紙漿的濃度。采用較為典型的閉環(huán)控制策略，控制算法采用增量式PID控制。紙漿液位的控制，紙漿液位的控制是本控制系統(tǒng)的一個(gè)難點(diǎn)，由于攪拌器的動(dòng)作及液位本身的不穩(wěn)定，給液位控制帶來(lái)了困難。我們采用了帶聯(lián)鎖的液位寬限開(kāi)關(guān)控制策略：（1）以成漿池液位為主控制對(duì)象。設(shè)立成漿池液位高低限開(kāi)關(guān)，成漿池液位高于高限開(kāi)關(guān)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉損漿池泵和自制漿池泵：如果成漿池液位低于低限開(kāi)關(guān)時(shí)，根據(jù)自制漿池和損漿池液位要求，確定是否啟動(dòng)損漿池泵和自制漿池泵控制。（2）考慮到液位的波動(dòng)，在對(duì)采集的液位數(shù)據(jù)進(jìn)行平均濾波的同時(shí)，對(duì)限位開(kāi)關(guān)值設(shè)立寬限，寬限值的大小通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)確定。當(dāng)液位波動(dòng)值小于寬限值時(shí)，則不動(dòng)作，只有當(dāng)液位變化值大于寬限值時(shí)才進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作。（3）考慮到損漿池與自制漿池的聯(lián)鎖要求，啟動(dòng)損漿池泵和自制漿池泵時(shí)必須滿(mǎn)足：損漿池和自制漿池的液位必須同時(shí)都大于設(shè)定的下限值。同時(shí)，濃度控制電動(dòng)閥也產(chǎn)生聯(lián)鎖動(dòng)作[5]。 自身鍛煉通過(guò)這次設(shè)計(jì)，把理論和實(shí)踐相結(jié)合，加強(qiáng)了對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí) 。用的是和利時(shí)的DCS控制系統(tǒng)，學(xué)習(xí)了和利時(shí)的硬件和軟件。通過(guò)做造紙廠(chǎng)的配漿這一塊滲透到自動(dòng)化行業(yè)，對(duì)DCS系統(tǒng)有了更深的了解。 2 流程簡(jiǎn)介 工段工藝過(guò)程 工藝流程圖工藝流程見(jiàn)圖21。該流程中各種漿料分別通過(guò)各自的濃度控制回路對(duì)其漿濃度進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)控制；助劑和各種恒定濃度的漿料分別通過(guò)流量控制回路進(jìn)入混合槽；每個(gè)流量控制回路的給定值是由混合槽液位控制回路輸出和配比設(shè)定值共同控制的。圖21 工藝流程圖[6] 自動(dòng)控制方框圖系統(tǒng)組成方塊圖如圖22所示，漿濃度檢測(cè)采用BTG公司的動(dòng)刀式濃度計(jì)和旋轉(zhuǎn)式濃度計(jì)；流量計(jì)采用了KROHNE公司的電磁流量計(jì)；漿濃度調(diào)節(jié)和漿流量調(diào)節(jié)采用溫州利普自控設(shè)備有限公司的調(diào)節(jié)閥。圖22 系統(tǒng)方框圖[6] 配漿的目的配漿的目的是使各種紙漿如：各種木漿、損紙漿、廢紙漿、淀粉液、分散膠、礬土液等漿液能夠按照一定的比例配置，以滿(mǎn)足生產(chǎn)各種定量的紙張的需要。 配漿的控制圖23 濃度控制框圖配漿控制的目的是使各種紙漿、輔料等能夠按照一定的比例配置。其中各種漿液的加入量使用比例控制，設(shè)定值為預(yù)先設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行。并且，這些流量比例控制均受到配漿池液位信號(hào)的連鎖控制。即：當(dāng)配漿池液位達(dá)到高高限時(shí)，流量閥門(mén)全關(guān)，同時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉相關(guān)的漿液輸送泵，當(dāng)配漿池液位達(dá)到低限時(shí)，流量比例控制程序恢復(fù)控制，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)的漿液輸送泵。各種漿液儲(chǔ)槽出口設(shè)置濃度變送器用來(lái)控制加入清水量，從而達(dá)到控制起濃度穩(wěn)定的目的。各種漿液儲(chǔ)槽的液位通過(guò)控制進(jìn)入儲(chǔ)槽漿液量來(lái)控制[6]。 如右圖23所示： 控制要求 絕干量配比控制絕干量的配比控制比較復(fù)雜，其影響因素比較多，損紙漿及木漿的濃度、流量變化都會(huì)對(duì)配比控制產(chǎn)生影響。在保持損紙漿和木漿的濃度相對(duì)穩(wěn)定的情況下，還要解決損紙漿和木漿的流量控制問(wèn)題，此時(shí)絕干量主要的決定因素是流量。根據(jù)對(duì)配漿過(guò)程的分析，我們可以保持一個(gè)漿池泵的頻率一定，調(diào)節(jié)另一個(gè)漿池泵的頻率來(lái)調(diào)節(jié)流量的大小。兩種漿種在配漿過(guò)程中所占的比重不一樣，而管道的流量是一定的。若保持其中比重較小的漿種的流量不變，調(diào)節(jié)比重較大的漿種的流量，可能出現(xiàn)根據(jù)絕干量配比計(jì)算出的比重較大的漿種的流量超過(guò)管道的最大的流量，此時(shí)就不能達(dá)到預(yù)期的控制效果，所以要保持比重較大的漿種的流量一定。損紙漿和木漿中木漿占的比重較大，我們可以使木漿泵滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，控制木漿流量的電動(dòng)閥開(kāi)度保持在一個(gè)固定的值，損漿泵根據(jù)給定的配比，采用增量式PID 控制。絕干量配比控制的控制框圖如圖23所示。圖24 絕干量配比控制的控制框圖圖 23中的絕干量計(jì)算模塊具有單位及量程轉(zhuǎn)換和絕干量計(jì)算的功能。濃度和流量信號(hào)均為物理量，有各自的物理意義，單位也不相同，則量程范圍也不同，要對(duì)兩者進(jìn)行一定的處理才能夠正確的計(jì)算損紙漿和自制紙漿的絕干量。 濃度控制由于損紙漿與木漿的濃度是互不影響的，且由前面所述其受其他的影響較小，將兩者分開(kāi)控制，通過(guò)分別控制相應(yīng)的電動(dòng)閥的開(kāi)度來(lái)控制加水量的大小，調(diào)節(jié)濃度。采用最常用的PID控制。濃度控制的系統(tǒng)框圖如圖24所示。圖25 濃度控制框圖在圖4 中有一個(gè)反作用變換模塊，其功能是改變調(diào)節(jié)器的正、反作用方式。為了適應(yīng)不同被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋控制的需要，工業(yè)調(diào)節(jié)器都設(shè)置正、反作用開(kāi)關(guān)，以便根據(jù)需要將調(diào)節(jié)器置于正作用或者反作用方式。所謂正作用方式是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u 隨著被調(diào)量y的增大而增大，此時(shí)整個(gè)調(diào)節(jié)器的增益為“＋”。處于反作用方式下，u隨著被調(diào)量y的增大而減小，調(diào)節(jié)器的增益為“－”。只有根據(jù)被控對(duì)象的特性正確選擇調(diào)節(jié)器的作用方式才能夠有效的控制被控量，否則會(huì)使系統(tǒng)的控制性能更糟，甚至帶來(lái)生產(chǎn)事故。由濃度控制的原理可知，當(dāng)調(diào)節(jié)加水量的電動(dòng)閥的開(kāi)度增大時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)的濃度變小，此時(shí)控制器的輸出信號(hào)應(yīng)該減小，使電動(dòng)閥的開(kāi)度減小，增大濃度，以保證濃度穩(wěn)定在給定值，因此調(diào)節(jié)器應(yīng)該選擇反作用方式。 液位及聯(lián)鎖控制系統(tǒng)中要檢測(cè)損紙漿池、木漿池和混合漿池的液位。檢測(cè)損紙漿池液位和木漿池液位，目的是為了使損紙漿池和木漿池的液位不至于過(guò)低而影響配比過(guò)程的正常進(jìn)行，控制比較簡(jiǎn)單，相比之下混合漿池液位的控制比較復(fù)雜。在系統(tǒng)的控制目標(biāo)中已經(jīng)介紹到，混合漿池的液位與本系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制有著密切的關(guān)系。各個(gè)漿池的液位變化關(guān)系到系統(tǒng)是否能夠正常、穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于一個(gè)工業(yè)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行是設(shè)計(jì)人員必須要考慮的重要部分。為了達(dá)到預(yù)期的控制目的，需要對(duì)液位進(jìn)行高低限控制。通過(guò)對(duì)高低限的判斷可以使系統(tǒng)做出相應(yīng)的處理，若有漿池液位越限，發(fā)出報(bào)警信號(hào)的同時(shí)啟動(dòng)聯(lián)鎖控制。就本系統(tǒng)而言，我們采用帶聯(lián)鎖控制的液位控制系統(tǒng)，具體的控制策略為：（1）對(duì)混合漿池的液位進(jìn)行高液位和低液位控制，當(dāng)混合漿池的液位高于設(shè)定的高位限制時(shí)，同時(shí)自動(dòng)關(guān)閉損紙紙漿泵和木漿泵，暫停配比，防止成漿池漿滿(mǎn)；當(dāng)混合漿池液位低于設(shè)定的低位限制時(shí)，此時(shí)要考慮損紙漿池和木漿池的液位，如果損紙漿池和木漿池的液位都沒(méi)有達(dá)到設(shè)定的低液位，即能夠使配比正常進(jìn)行，則同時(shí)啟動(dòng)損紙漿泵和木漿泵，啟動(dòng)配比，否則同時(shí)自動(dòng)關(guān)閉損紙漿泵和木漿泵，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒工作人員進(jìn)行處理。（2）考慮到液位的波動(dòng)問(wèn)題，對(duì)采集的液位數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波的同時(shí)對(duì)設(shè)定的限位值給與一定的變化范圍，即給定上限偏差和下限偏差。當(dāng)成漿池的液位低于設(shè)定的高位值與下限偏差之差時(shí)，則根據(jù)混合漿池的液位與設(shè)定的成漿池液位的低液位的比較情況執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作；當(dāng)其液位高于設(shè)定的高位值與上限偏差之和時(shí)，進(jìn)行第一條所述的相應(yīng)動(dòng)作。此處我們沒(méi)有控制混合漿池的液位在一個(gè)給定值，而是讓其在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)變化。液位的波動(dòng)較大，如果控制液位在一個(gè)給定值，必然使閥門(mén)等硬件工具頻繁的動(dòng)作，縮短機(jī)械壽命，增加系統(tǒng)的成本。同時(shí)將成漿池的液位控制在一個(gè)固定的給定值沒(méi)有多大的實(shí)際意義，我們只要保證在生產(chǎn)進(jìn)行的過(guò)程中，混合漿池一直有紙漿供后續(xù)環(huán)節(jié)使用就可以了[6]。系統(tǒng)具體的聯(lián)鎖控制關(guān)系見(jiàn)表21。表21 系統(tǒng)聯(lián)鎖控制關(guān)系混合漿池液位混合漿池液位報(bào)警木漿池液位報(bào)警木漿泵木漿電動(dòng)閥損紙漿池液位報(bào)警損紙漿泵損紙漿電動(dòng)閥上限上限報(bào)警報(bào)警/不報(bào)警關(guān)關(guān)報(bào)警/不報(bào)警關(guān)關(guān)兩限之間不報(bào)警報(bào)警關(guān)關(guān)報(bào)警/不報(bào)警關(guān)關(guān)兩限之間不報(bào)警報(bào)警/不報(bào)警關(guān)關(guān)報(bào)警關(guān)關(guān)兩限之間不報(bào)警不報(bào)警開(kāi)開(kāi)不報(bào)警開(kāi)開(kāi)下限下限報(bào)警報(bào)警關(guān)關(guān)報(bào)警/不報(bào)警關(guān)關(guān)下限下限報(bào)警報(bào)警/不報(bào)警關(guān)關(guān)報(bào)警關(guān)關(guān)下限下限報(bào)警不報(bào)警開(kāi)開(kāi)不報(bào)警開(kāi)開(kāi)3 硬件選型 點(diǎn)表 測(cè)點(diǎn)清單（1）AI清單圖31 AI測(cè)點(diǎn)清單（2）AO清單圖32 AO測(cè)點(diǎn)清單 儀器儀表 濃度計(jì)采用武漢字通儀表有限公司的DBNZ一1200型的動(dòng)刀式紙漿濃度變送器．電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上海中泰自動(dòng)化儀表廠(chǎng)的ZAZC型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。流量計(jì)采用上海光華儀表廠(chǎng)的IDG150S型的電磁流量計(jì)，檢測(cè)精度為0．5％。長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量計(jì)誤差小于l％。伺服放大器采用上海自動(dòng)化儀表十一廠(chǎng)的ZPE一2010型伺服放大器．變頻器采用日本富士通公司的5000G11S，P11S變頻器。 和利時(shí)硬件表31 控制系統(tǒng)清單序號(hào)信號(hào)類(lèi)型要求數(shù)量實(shí)配數(shù)量模塊類(lèi)型模塊數(shù)量1模擬量輸入AI4～20mA3140FM148C52模擬量輸出AO2124FM15133合計(jì)52648(一套兼工程師站）序號(hào)名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量生產(chǎn)廠(chǎng)家1操作員站主機(jī)E5300 套2HP2顯示器22液晶顯示器臺(tái)2HP3網(wǎng)卡　臺(tái)4INTEL序號(hào)名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量生產(chǎn)廠(chǎng)家1主機(jī)柜FP101面1和利時(shí)2擴(kuò)展柜FP201面1和利時(shí)324V系統(tǒng)電源FM910（1：1冗余均流）塊4和利時(shí)424V系統(tǒng)電源SM910塊2和利時(shí)5主控單元FM801（1：1冗余）塊4和利時(shí)6主控單元固定底座FM301塊1和利時(shí)7DP總線(xiàn)終端匹配器FM192TR塊2和利時(shí)8DP重復(fù)器FM1201塊1和利時(shí)9DP重復(fù)器端子板FM1303塊1和利時(shí)10模擬量輸入模塊FM148C塊5和利時(shí)11模擬量輸出模塊FM151塊3和利時(shí)12普通端子底座FM131塊8和利時(shí)序號(hào)名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量生產(chǎn)廠(chǎng)家1操作員站操作系統(tǒng)軟件 預(yù)裝WIN XP套1微軟2操作員站實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件套1和利時(shí)3控制算法組態(tài)軟件套1和利時(shí)4控制器運(yùn)行軟件套2和利時(shí) 硬件功能簡(jiǎn)介 主控單元FM801（1）簡(jiǎn)介FM801型主控單元是MACS系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站的核心設(shè)備，與專(zhuān)用機(jī)籠配合使用。實(shí)現(xiàn)對(duì)本站下IO模塊數(shù)據(jù)的采集及運(yùn)算和接受服務(wù)器的組態(tài)命令及數(shù)據(jù)交換。通過(guò)冗余以太網(wǎng)接口把現(xiàn)場(chǎng)控制站的所有數(shù)據(jù)上傳到MACS系統(tǒng)服務(wù)器，操作員站/工程師站指令也通過(guò)以太網(wǎng)下傳到FM801。FM801接口電路原理框圖如下：圖33 FM801接口電路原理框圖（2）FM801技術(shù)指標(biāo)表32 FM801技術(shù)指標(biāo)型號(hào) FM801電源輸入電壓（直流） 24VDC177。5%電源功耗（MAX） 10W硬件配置CPU 嵌入式Intel 486DX4100 兼容處理器DRAM 16MBSRAM 1MB（帶電池）SSD(固態(tài)盤(pán)) 8M（預(yù)裝操作系統(tǒng)）通訊接口SNET 2 路10Mbps 以太網(wǎng)，RJ45 接口（10BaseT）CNET 1 路，ProfiBusDP 協(xié)議主/從站位置 ProfibusDP 主站其它外形 長(zhǎng)寬高= 305mm安裝 通過(guò)導(dǎo)軌槽插裝在機(jī)籠中，用螺絲固定工作溫度 0℃~45℃工作濕度 5~90%相對(duì)濕度,不凝結(jié)存儲(chǔ)溫度 15℃~65℃存儲(chǔ)濕度 5~95%相對(duì)濕度,不凝結(jié) 24V系統(tǒng)電源（1）簡(jiǎn)介FM910電源模塊是一種開(kāi)關(guān)電源, 實(shí)現(xiàn)220VAC到24VDC的轉(zhuǎn)換, 與專(zhuān)用機(jī)籠配合