隨著社會的高速發(fā)展，現(xiàn)階段生產企業(yè)的自動化程度越來越高，傳統(tǒng)意義上的設備在性能上已經不能滿足現(xiàn)在生產的需求了，隨著物品生產工藝性能要求不斷提高，對生產自動控制的要求也越來越高了。正是這樣，DCS 控制系統(tǒng)應運而生。本次 XX 高新企業(yè)造紙設備進行改造，運用先進的 DCS 自控系統(tǒng)，對配漿的涂料進行精濾除泡，提高紙的涂布質量。
1 系統(tǒng)改造方案的確定與要求
1.1 改造控制方案的確定
在生產造紙配漿時，涂料漿中不可避免與空氣接觸，導致了在涂料中有氣泡的存在。而氣泡的存在影響了涂布的質量，所以必須盡量減少氣泡量的存在。本系統(tǒng)改造核心主要是將造紙涂料中的氣體部分給消除掉，主要是涂料通過氣泡除氣器，將氣泡過濾掉。本設計采用兩道通道，可以輪流卻換，當其中一通道被堵塞時，可以選擇性切換另一通道。每條通道設計帶有兩個除氣器，這樣保證了多余的氣體氣泡給消除掉。本次項目設計的工藝流程圖設計如圖 1 所示。
圖1改造工藝流程圖
從涂料車間制備好的涂料，經過管道輸送到改裝的攪拌罐攪拌均勻，然后經過一級過濾工序（粗濾），將體積比較大的涂料雜質顆粒過濾出來，再送入混合罐中。在混合罐中經過和其他成分的料劑混合攪拌后，再經過二級過濾工序（精濾），將微小雜質顆粒的物料過濾出來。然后物料送入最重要的一道工序———除氣裝置。除氣裝置將涂料中的氣泡過濾出來，經過輔助設備真空泵的作用下，將分離出來的氣體抽到真空罐中。過濾出來的涂料質量精細勻稱，最后被送入上料平臺進行涂布，保證的紙質的質量。
1.2 系統(tǒng)改造的要求
本次改造對這次控制要求如下：
（1）控制系統(tǒng)對整個供料過程監(jiān)視和控制，具有顯示，操作，調節(jié)，啟動聯(lián)鎖和保護聯(lián)等功能，根據(jù)工藝功能實現(xiàn)設備的自動啟停，各閥門的打開和關閉，同時還能從監(jiān)控界面對所有顯示數(shù)據(jù)進行手動強制。
（2）對系統(tǒng)中重要部分的控制，譬如溫度，壓力，流量及閥門的開度值，電機的速度比例等均顯示在界面圖上，方便操作人員的紀錄和對工藝過程的監(jiān)控控制。
2 儀表的選用
（1）液位選用差壓變送器。根據(jù)涂料的化工成分，選擇抗腐蝕的陶瓷壓力變送器 E+H/PMC51，如圖2（a）所示。
（2）控制閥在管道中實現(xiàn)管道的開關及走向。本次設計選擇的是帶有 NI4-DSU35-2AP4X2 回訊傳感器的圖爾克旋轉控制閥，如圖 2（b）所示。
（3）流量計的種類繁多，本設計選擇 E+H 質量流量計 Promass-80F，如圖 2（c）所示。
（4）為了實現(xiàn)上料平臺供料的高精度控制，提高涂布的質量，在平臺前的供料入口處安裝一個閥門定位器，實現(xiàn)對流量的高精度控制。這里選擇高精度的西門子 SIPART PS2 定位器，如圖 2（d 所示。
（5）在管道中各個重要設備位置進出口中，需要安裝壓力傳感器，以便對各個管道進行壓力的監(jiān)控，出現(xiàn)壓力偏差時及時處理，保證管道各個環(huán)節(jié)流量的流通順暢。本次設計選擇 Cerabar T PMP131 壓力傳感器，如圖 2（e）所示，是一種擴散硅測量元件壓力。
圖 2
3 DCS 控制系統(tǒng)系統(tǒng)結構
3.1 華章 DCS 系統(tǒng)整體結構圖
DCS 通常采用若干個控制器（過程站）對一個生產過程中的眾多控制點進行控制，各控制器間通過網絡連接并可進行數(shù)據(jù)交換。生產控制操作采用計算機操作站，通過網絡與控制器連接，收集生產數(shù)據(jù)，傳達操作指令。
從結構上劃分，DCS 包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分；操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)；管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS 系統(tǒng)），作為 DCS 更高層次的應用，目前，國內紙行業(yè)應用到這一層的系統(tǒng)較少。圖 3 為華章 DCS 系統(tǒng)整體結構圖。
3.1.1 過程控制站
主要是將過程非控變量進行數(shù)據(jù)采集和預處理，而且對實時數(shù)據(jù)進一步加工處理，供 CRT 操作站顯示，從而實現(xiàn)開環(huán)監(jiān)視，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控計算機。輸出裝置在有上位機的情況下，能以開關量或者模擬量信號的方式，向終端元件儀器輸出計算機控制命令。
圖 3 華章 DCS 系統(tǒng)整體結構圖
3.1.2 工程師站
工程師站可以對 DCS 進行組態(tài)（程序組態(tài)及畫面組態(tài)）上傳，下載修改等等功能及對控制站進行配置。另外還可以增加或減少操作站，基本上就是整個DCS 軟硬件組態(tài)的操作窗口。同時，工程師站具有操作員站實時監(jiān)控的功能，可以把工程師站作為操作員站使用。
3.1.3 操作員站
操作員站的主要功能就是操作人員通過操作員站可以了解現(xiàn)場運行的狀態(tài)，各種參數(shù)運行的當前值，是否有異常情況發(fā)生等，并且可以進行基本的參數(shù)修改設置，對工藝過程進行控制及調節(jié)，保證了生產過程的安全可靠及工藝質量的穩(wěn)定一致。
4 DCS 監(jiān)控界面設計
本次設計是運用浙江華章的 HZ-DCS-3000 系統(tǒng)，它的人機界面技術是在美國羅克韋爾自動化公司開發(fā)用于監(jiān)視與控制自動化設備和過程的人機界面軟件 RSVIW32 的基礎下進行了內容的豐富和加工，使其更適合我國自控技術人員的應用。
（1）編輯主控制界面圖形
圖 4 操作界面 1
圖 5 操作界面 2
（2）創(chuàng)建聯(lián)鎖對應圖形
1）普通電機控制界面
電機狀態(tài)：運行為綠色，停止為紅色；電機故障：無故障為綠色，有為紅色；啟動失敗：正常為綠色，啟動失敗為紅色；外部停止：正常為綠色，外部停止為紅色；準備不足：無為綠色，有為黃色。
圖 6 普通電機控制界面圖
2）變頻電機控制界面
電機狀態(tài)：運行為綠色，停止為紅色；變頻故障：無故障為綠色，有為紅色；啟動失敗：正常為綠色，啟動失敗為紅色；外部停止：正常為綠色，外部停止為紅色；準備不足：無為綠色，有為黃色。
圖 7 變頻電機控制界面圖
3）開關閥
狀態(tài)是指閥的實際狀態(tài)開為綠色關為紅色；報警是指閥的狀態(tài)與命令不一致，有報警為黃色，無為綠色；
命令是指上位機發(fā)出的控制指令。
圖8開關閥控制圖
4）液位，壓力，流量的指示與控制
SP 表示該回路的設定值；
PV 是指該回路的實際值；
MV 是指該閥的手動給定開度；
OUT 是指實際給閥門的開度；
PV/SP 是該回路手自動切換。
圖 9 液位、壓力、流量的指示與控制圖
5 結論
5.1 研究的內容及結果
本文以供料 DCS 自動化控制系統(tǒng)為背景，在搜集大量資料的基礎上，對設備元件型號的選取，控制系統(tǒng)的硬件配置、軟件組態(tài)以及程序控制過程的編寫設計。本文主要完成的工作和取得的成果如下：
（1）對供料系統(tǒng)的工藝流程與工作原理進行了系統(tǒng)研究。
（2）對供料處理裝置的自動化控制系統(tǒng)進行了詳細的改造設計，完成了系統(tǒng)元件的選取，DCS 控制系統(tǒng)的硬件配置、參數(shù)組態(tài)、控制程序編寫等工作；完成了理想的人機界面圖的編輯。
5.2 主要創(chuàng)新點
本論文的主要創(chuàng)新點有：
（1）結合改造的工藝過程，設計出了具有顯示、操作，報警，調節(jié)，啟動聯(lián)鎖和保護聯(lián)鎖，檢測數(shù)據(jù)，集中采集等功能的供料裝置。
（2）自主開發(fā)出了供料 DCS 自動控制系統(tǒng)。通過軟件和硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)物料在不同階段監(jiān)控及控制。設計出理想的人機界面控制圖，方便操作人員易于操作，監(jiān)控，診斷的界面圖，涉及到閥門，電機，溫度，壓力，流量等，幾乎所有重要的設備參數(shù)控制。
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