【文章內(nèi)容簡介】 控制，各控制部分具有耦合作用。絕干量配比的控制較為復雜，損紙漿、自制漿的濃度、流量變化等都會對配比控制產(chǎn)生干擾。同時配比控制時又要考慮到節(jié)省能耗。通過對配比的分析，對配比中比重占較大的自制漿。我們將自制漿泵滿負荷運行，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。我們分別通過控制相應(yīng)電動閥的開度來控制加水量，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)的一個難點，由于攪拌器的動作及液位本身的不穩(wěn)定，給液位控制帶來了困難。我們采用了帶聯(lián)鎖的液位寬限開關(guān)控制策略：（1）以成漿池液位為主控制對象。設(shè)立成漿池液位高低限開關(guān)，成漿池液位高于高限開關(guān)時，自動關(guān)閉損漿池泵和自制漿池泵：如果成漿池液位低于低限開關(guān)時，根據(jù)自制漿池和損漿池液位要求，確定是否啟動損漿池泵和自制漿池泵控制。（2）考慮到液位的波動，在對采集的液位數(shù)據(jù)進行平均濾波的同時，對限位開關(guān)值設(shè)立寬限，寬限值的大小通過實際試驗確定。當液位波動值小于寬限值時，則不動作，只有當液位變化值大于寬限值時才進行相關(guān)動作。（3）考慮到損漿池與自制漿池的聯(lián)鎖要求，啟動損漿池泵和自制漿池泵時必須滿足：損漿池和自制漿池的液位必須同時都大于設(shè)定的下限值。同時，濃度控制電動閥也產(chǎn)生聯(lián)鎖動作[5]。 自身鍛煉通過這次設(shè)計，把理論和實踐相結(jié)合，加強了對理論知識的學習 。用的是和利時的DCS控制系統(tǒng)，學習了和利時的硬件和軟件。通過做造紙廠的配漿這一塊滲透到自動化行業(yè)，對DCS系統(tǒng)有了更深的了解。 2 流程簡介 工段工藝過程 工藝流程圖工藝流程見圖21。該流程中各種漿料分別通過各自的濃度控制回路對其漿濃度進行獨立調(diào)節(jié)控制；助劑和各種恒定濃度的漿料分別通過流量控制回路進入混合槽；每個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] 自動控制方框圖系統(tǒng)組成方塊圖如圖22所示，漿濃度檢測采用BTG公司的動刀式濃度計和旋轉(zhuǎn)式濃度計；流量計采用了KROHNE公司的電磁流量計；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)值進行。并且，這些流量比例控制均受到配漿池液位信號的連鎖控制。即：當配漿池液位達到高高限時，流量閥門全關(guān)，同時，自動關(guān)閉相關(guān)的漿液輸送泵，當配漿池液位達到低限時，流量比例控制程序恢復控制，同時自動啟動相關(guān)的漿液輸送泵。各種漿液儲槽出口設(shè)置濃度變送器用來控制加入清水量，從而達到控制起濃度穩(wěn)定的目的。各種漿液儲槽的液位通過控制進入儲槽漿液量來控制[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雜，其影響因素比較多，損紙漿及木漿的濃度、流量變化都會對配比控制產(chǎn)生影響。在保持損紙漿和木漿的濃度相對穩(wěn)定的情況下，還要解決損紙漿和木漿的流量控制問題，此時絕干量主要的決定因素是流量。根據(jù)對配漿過程的分析，我們可以保持一個漿池泵的頻率一定，調(diào)節(jié)另一個漿池泵的頻率來調(diào)節(jié)流量的大小。兩種漿種在配漿過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)絕干量配比計算出的比重較大的漿種的流量超過管道的最大的流量，此時就不能達到預(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負荷運行，控制木漿流量的電動閥開度保持在一個固定的值，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中的絕干量計算模塊具有單位及量程轉(zhuǎn)換和絕干量計算的功能。濃度和流量信號均為物理量，有各自的物理意義，單位也不相同，則量程范圍也不同，要對兩者進行一定的處理才能夠正確的計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，將兩者分開控制，通過分別控制相應(yīng)的電動閥的開度來控制加水量的大小，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)不同被控對象實現(xiàn)負反饋控制的需要，工業(yè)調(diào)節(jié)器都設(shè)置正、反作用開關(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u 隨著被調(diào)量y的增大而增大，此時整個調(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，否則會使系統(tǒng)的控制性能更糟，甚至帶來生產(chǎn)事故。由濃度控制的原理可知，當調(diào)節(jié)加水量的電動閥的開度增大時，會使系統(tǒng)的濃度變小，此時控制器的輸出信號應(yīng)該減小，使電動閥的開度減小，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)中要檢測損紙漿池、木漿池和混合漿池的液位。檢測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低而影響配比過程的正常進行，控制比較簡單，相比之下混合漿池液位的控制比較復雜。在系統(tǒng)的控制目標中已經(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。各個漿池的液位變化關(guān)系到系統(tǒng)是否能夠正常、穩(wěn)定運行。對于一個工業(yè)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全、可靠和穩(wěn)定運行是設(shè)計人員必須要考慮的重要部分。為了達到預(yù)期的控制目的，需要對液位進行高低限控制。通過對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)出報警信號的同時啟動聯(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）對混合漿池的液位進行高液位和低液位控制，當混合漿池的液位高于設(shè)定的高位限制時，同時自動關(guān)閉損紙紙漿泵和木漿泵，暫停配比，防止成漿池漿滿；當混合漿池液位低于設(shè)定的低位限制時，此時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有達到設(shè)定的低液位，即能夠使配比正常進行，則同時啟動損紙漿泵和木漿泵，啟動配比，否則同時自動關(guān)閉損紙漿泵和木漿泵，發(fā)出報警信號，提醒工作人員進行處理。（2）考慮到液位的波動問題，對采集的液位數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波的同時對設(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。當成漿池的液位低于設(shè)定的高位值與下限偏差之差時，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)的動作；當其液位高于設(shè)定的高位值與上限偏差之和時，進行第一條所述的相應(yīng)動作。此處我們沒有控制混合漿池的液位在一個給定值，而是讓其在一個較寬的范圍內(nèi)變化。液位的波動較大，如果控制液位在一個給定值，必然使閥門等硬件工具頻繁的動作，縮短機械壽命，增加系統(tǒng)的成本。同時將成漿池的液位控制在一個固定的給定值沒有多大的實際意義，我們只要保證在生產(chǎn)進行的過程中，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警木漿池液位報警木漿泵木漿電動閥損紙漿池液位報警損紙漿泵損紙漿電動閥上限上限報警報警/不報警關(guān)關(guān)報警/不報警關(guān)關(guān)兩限之間不報警報警關(guān)關(guān)報警/不報警關(guān)關(guān)兩限之間不報警報警/不報警關(guān)關(guān)報警關(guān)關(guān)兩限之間不報警不報警開開不報警開開下限下限報警報警關(guān)關(guān)報警/不報警關(guān)關(guān)下限下限報警報警/不報警關(guān)關(guān)報警關(guān)關(guān)下限下限報警不報警開開不報警開開3 硬件選型 點表 測點清單（1）AI清單圖31 AI測點清單（2）AO清單圖32 AO測點清單 儀器儀表 濃度計采用武漢字通儀表有限公司的DBNZ一1200型的動刀式紙漿濃度變送器．電動調(diào)節(jié)閥上海中泰自動化儀表廠的ZAZC型電動調(diào)節(jié)閥。流量計采用上海光華儀表廠的IDG150S型的電磁流量計，檢測精度為0．5％。長時間測量計誤差小于l％。伺服放大器采用上海自動化儀表十一廠的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。 和利時硬件表31 控制系統(tǒng)清單序號信號類型要求數(shù)量實配數(shù)量模塊類型模塊數(shù)量1模擬量輸入AI4～20mA3140FM148C52模擬量輸出AO2124FM15133合計52648(一套兼工程師站）序號名稱規(guī)格型號單位數(shù)量生產(chǎn)廠家1操作員站主機E5300 套2HP2顯示器22液晶顯示器臺2HP3網(wǎng)卡　臺4INTEL序號名稱規(guī)格型號單位數(shù)量生產(chǎn)廠家1主機柜FP101面1和利時2擴展柜FP201面1和利時324V系統(tǒng)電源FM910（1：1冗余均流）塊4和利時424V系統(tǒng)電源SM910塊2和利時5主控單元FM801（1：1冗余）塊4和利時6主控單元固定底座FM301塊1和利時7DP總線終端匹配器FM192TR塊2和利時8DP重復器FM1201塊1和利時9DP重復器端子板FM1303塊1和利時10模擬量輸入模塊FM148C塊5和利時11模擬量輸出模塊FM151塊3和利時12普通端子底座FM131塊8和利時序號名稱規(guī)格型號單位數(shù)量生產(chǎn)廠家1操作員站操作系統(tǒng)軟件 預(yù)裝WIN XP套1微軟2操作員站實時監(jiān)控軟件套1和利時3控制算法組態(tài)軟件套1和利時4控制器運行軟件套2和利時 硬件功能簡介 主控單元FM801（1）簡介FM801型主控單元是MACS系統(tǒng)現(xiàn)場控制站的核心設(shè)備，與專用機籠配合使用。實現(xiàn)對本站下IO模塊數(shù)據(jù)的采集及運算和接受服務(wù)器的組態(tài)命令及數(shù)據(jù)交換。通過冗余以太網(wǎng)接口把現(xiàn)場控制站的所有數(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)指標表32 FM801技術(shù)指標型號 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) 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 長寬高= 305mm安裝 通過導軌槽插裝在機籠中，用螺絲固定工作溫度 0℃~45℃工作濕度 5~90%相對濕度,不凝結(jié)存儲溫度 15℃~65℃存儲濕度 5~95%相對濕度,不凝結(jié) 24V系統(tǒng)電源（1）簡介FM910電源模塊是一種開關(guān)電源, 實現(xiàn)220VAC到24VDC的轉(zhuǎn)換, 與專用機籠配合使用（如FM300