摘要:制漿造紙過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程，具有高度不確定性、非線性、關(guān)連性、大滯后和狀態(tài)不完全性等特點(diǎn)，目前控制系統(tǒng)以現(xiàn)場(chǎng)總線為核心，正朝著整廠集中控制的方向發(fā)展，控制內(nèi)容更具廣泛性，控制方式更具專(zhuān)業(yè)化。本文分析了我國(guó)制漿造紙自控及儀表的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，闡述了自動(dòng)控制系統(tǒng)在制漿造紙生產(chǎn)中的重要作用，對(duì)具體的控制方式進(jìn)行了探討?！　￡P(guān)鍵詞:自動(dòng)控制；儀表；通訊；現(xiàn)場(chǎng)總線；PROFIBUS-DP；DCS

　　制漿造紙生產(chǎn)的自動(dòng)控制，過(guò)去應(yīng)用的范圍十分有限，主要集中在制漿過(guò)程的局部簡(jiǎn)單儀表控制和紙機(jī)的電氣傳動(dòng)控制方面，大量的控制內(nèi)容是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人工調(diào)整實(shí)現(xiàn)的。改革開(kāi)放以來(lái)，通過(guò)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品的引進(jìn)，以及借鑒相關(guān)行業(yè)自動(dòng)控制方面的經(jīng)驗(yàn)，自動(dòng)控制在造紙生產(chǎn)中逐步得到了應(yīng)用,正朝著整廠集中控制的方向發(fā)展。近年來(lái)，許多廠家在生產(chǎn)過(guò)程的重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行了自控系統(tǒng)的技術(shù)改造，如蒸煮控制、盤(pán)磨控制、配漿控制、上漿流送控制、紙機(jī)傳動(dòng)、紙機(jī)干燥部多段通氣控制（熱泵控制）和水分定量檢測(cè)等方面，取得了明顯的效果。

　　1.1制制漿過(guò)程

　　制漿過(guò)程的自動(dòng)化控制主要集中在蒸煮、磨漿、配漿和打漿的控制，主要控制參數(shù)有：液位、溫度、壓力、流量和濃度等。從過(guò)程控制的層面上來(lái)說(shuō)，一方面對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的電動(dòng)機(jī)和電磁閥進(jìn)行邏輯、順序的控制；另一方面對(duì)罐類(lèi)和工藝管道上的各種閥門(mén)進(jìn)行工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)。制漿設(shè)備中，單體設(shè)備較多，由于種種原因，制漿設(shè)備本體的機(jī)電一體化產(chǎn)品不多，相當(dāng)部分企業(yè)在制漿過(guò)程中自動(dòng)化程度普遍不高。近些年盤(pán)磨、擠漿機(jī)、熱分散等設(shè)備在自動(dòng)化控制方面有了較大的進(jìn)步，設(shè)備性能有所改善；在配漿和上漿濃度調(diào)節(jié)部分的改造較多，對(duì)提高和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，取得了一定效果。

　　制漿生產(chǎn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)最初可以認(rèn)為是儀表控制系統(tǒng)和繼電器邏輯控制系統(tǒng)的結(jié)合，主要由二次儀表作為控制器來(lái)進(jìn)行單回路或多回路的自動(dòng)控制。許多廠家一直延用至今，基本上是一種獨(dú)立、分離的控制。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，以PLC為主流產(chǎn)品的控制器得到了普遍的應(yīng)用。由于最初的PLC控制器以邏輯、順序控制為主，形成了一方面采用PLC控制器進(jìn)行電動(dòng)機(jī)、電磁閥的聯(lián)鎖和控制；另一方面采用二次儀表作為控制器來(lái)進(jìn)行單回路或多回路的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。從80年代末期開(kāi)始，PLC控制器的功能和技術(shù)概念發(fā)生了重大變化，以一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)的面貌出現(xiàn)；而且在組態(tài)方便性和靈活性上有了很大改善，以其容量、速度、字長(zhǎng)、周期等為指標(biāo)，形成了系列產(chǎn)品，從而具備了從事復(fù)雜控制的能力。PLC控制器在制漿造紙生產(chǎn)的局部自動(dòng)控制中得到了普遍的應(yīng)用。

　　新型操作終端的出現(xiàn)和CRT顯示技術(shù)的進(jìn)步，特別是PLC控制器通訊能力的加強(qiáng)，使智能的、動(dòng)態(tài)的人機(jī)界面越來(lái)越多地應(yīng)用在制漿生產(chǎn)的關(guān)鍵控制點(diǎn)，如蒸球、磨漿、配漿等部分，在被控現(xiàn)場(chǎng)配置液晶或等離子顯示真彩操作終端，可方便的與PLC聯(lián)接，融入控制器的操作系統(tǒng)中。觸摸式界面在用戶規(guī)定的刷新時(shí)間內(nèi)提供各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，顯示相關(guān)狀態(tài)參數(shù)、設(shè)定值與實(shí)測(cè)值，且以數(shù)字量形式或棒圖形式顯示組態(tài)相關(guān)參數(shù)圖形；同時(shí)，觸摸式界面還具有各種操作功能，可進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定和邏輯控制。為了在控制室可清楚地反映生產(chǎn)過(guò)程的整體和局部信息，利用上位計(jì)算機(jī)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、操作和管理。操作人員可以從控制室的顯示器上所顯示的不同畫(huà)面中，觀察到生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)，并在專(zhuān)用的操作終端上或直接在控制顯示器上對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行控制。

　　制漿造紙的生產(chǎn)過(guò)程，從控制上來(lái)說(shuō)，是一個(gè)多設(shè)備協(xié)調(diào)的聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，尤其是企業(yè)向著大規(guī)模化的方向發(fā)展，原有落后的控制方式越來(lái)越不能滿足生產(chǎn)的要求。這樣DCS就應(yīng)運(yùn)而生。

　　DCS，即集散控制系統(tǒng)，又名分布式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術(shù)。它是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CRT顯示技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)相互滲透發(fā)展起來(lái)的。DCS集散型控制系統(tǒng)，從結(jié)構(gòu)上講就是將采集和控制分散在多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，而將操作和監(jiān)視功能集中在一個(gè)或多個(gè)操作站。它從硬件上采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化產(chǎn)品，系統(tǒng)上各工作站是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口相聯(lián)接的，各工作站能完全獨(dú)立地運(yùn)行。系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)使系統(tǒng)資源共享，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組態(tài)進(jìn)行在線修正、在線維修。它的突出優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的硬件和軟件都具有靈活的組態(tài)和配置能力。軟件的開(kāi)放性尤為突出。

　　制漿造紙生產(chǎn)過(guò)程的DCS控制系統(tǒng)包括若干個(gè)子工段控制系統(tǒng)：如濕法備料及連蒸、白水回收、洗選漂、抄紙、烘缸三段通汽、上漿濃度和QCS等等。每個(gè)控制子系統(tǒng)既有著相對(duì)的獨(dú)立性，又彼此互相聯(lián)系。因此整個(gè)系統(tǒng)采用控制環(huán)節(jié)分散、數(shù)據(jù)處理集中的方式，即多操作站的DCS系統(tǒng)。DCS通過(guò)系統(tǒng)總線把車(chē)間和各工段的DCS聯(lián)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。各DCS子系統(tǒng)主要由基本I/O單元、過(guò)程主站、操作站、報(bào)警站、操作終端、顯示器、報(bào)警打印機(jī)和報(bào)告打印機(jī)組成，再加上生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)儀表和執(zhí)行機(jī)以及控制中心組成一個(gè)完整的造紙生產(chǎn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。DCS控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般分為過(guò)程控制級(jí)、自動(dòng)化級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。系統(tǒng)硬件配置一般為：

　　●工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為操作員站組成上位機(jī)管理系統(tǒng)。

　　●大型控制器組成自動(dòng)化中心控制系統(tǒng)。

　　●操作顯示終端作為現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面。

　　●分布式遠(yuǎn)程控制站作為控制單元。

　　過(guò)程控制級(jí)的操作界面采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，使用標(biāo)準(zhǔn)軟件和網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)過(guò)程診斷、過(guò)程監(jiān)視、控制及信息管理。標(biāo)準(zhǔn)的顯示和操作窗口,實(shí)時(shí)顯示工藝流程控制點(diǎn)的過(guò)程參數(shù)，操作員可以很方便地通過(guò)動(dòng)態(tài)畫(huà)面，實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)，如液位高低，閥門(mén)開(kāi)度、電機(jī)啟停等；同時(shí)，根據(jù)該工段的工藝流程需要，及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。對(duì)于調(diào)節(jié)回路有兩種控制方式，即自動(dòng)調(diào)節(jié)和手動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)點(diǎn)擊畫(huà)面上的自動(dòng)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，可以切換自動(dòng)手動(dòng)方式。在自動(dòng)狀態(tài)下，調(diào)節(jié)回路由PLC進(jìn)行控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度。此時(shí)，若點(diǎn)擊閥門(mén)，將出現(xiàn)提示窗口，提示此時(shí)是處于自動(dòng)狀態(tài)下，不能手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)。若處于手動(dòng)狀態(tài)下，操作工可以自行調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度。發(fā)現(xiàn)異常事件，作出提示、報(bào)警及處理命令；并可調(diào)閱與修改控制參數(shù)，遠(yuǎn)程切換工作狀態(tài)，故障診斷及報(bào)表打印；也可保存生產(chǎn)報(bào)表及報(bào)警信息。過(guò)程控制級(jí)的PC機(jī)，通過(guò)生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，接受中心PLC的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，向經(jīng)營(yíng)管理網(wǎng)絡(luò)傳送各類(lèi)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及接受各類(lèi)生產(chǎn)任務(wù)。過(guò)程控制站的控制能力至關(guān)重要，主要以控制功能塊的能力、數(shù)量、組態(tài)方便性和靈活性來(lái)衡量；過(guò)程控制站的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性同樣重要，可通過(guò)冗余配置使其可靠性更高，但目前在造紙生產(chǎn)線的應(yīng)用還很少見(jiàn)，其主要考慮的是其性能價(jià)格比的原因。

　　自動(dòng)化級(jí)均采用裝有單處理器或多處理器的高性能大型PLC控制器。自動(dòng)化級(jí)與過(guò)程控制級(jí)的通訊由工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的通訊由PROFIBUS-DP通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，作為一部分的中心控制單元，根據(jù)工藝要求控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。完成各現(xiàn)場(chǎng)PLC所組成的子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制。目前較為普遍的配置是采用大型控制器組成自動(dòng)化中心控制系統(tǒng)，即過(guò)程控制級(jí)。系統(tǒng)容易擴(kuò)展和具備網(wǎng)絡(luò)通訊能力；采用分布式結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程智能化接口提供了各種電壓和保護(hù)等級(jí)的數(shù)字、模擬I/O單元，可以集中放置，也可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)。為使人員方便操作，并考慮到工藝工程師和控制工程師的需要，每一工段配置一臺(tái)上位監(jiān)控微機(jī)，作為普通級(jí)操作員站，操作員可通過(guò)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行操作和控制。

　　現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，主要由標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)產(chǎn)品連接在現(xiàn)場(chǎng)總線上。

　?。?）現(xiàn)場(chǎng)操作面板。操作面板適合于分散的、與設(shè)備相關(guān)的控制和監(jiān)視。不同的傳動(dòng)和傳動(dòng)組均可有標(biāo)準(zhǔn)的圖形顯示及相同的操作步驟?，F(xiàn)場(chǎng)操作與顯示終端以動(dòng)態(tài)圖形實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員可通過(guò)觸摸屏操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

　?。?)遠(yuǎn)程I/O站。遠(yuǎn)程I/O站通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)接中心控制PLC、交換各種實(shí)時(shí)信息；通過(guò)I/O口，聯(lián)接智能過(guò)程控制儀、變送器等實(shí)施調(diào)節(jié)控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的布局，采用分布式布局,就地實(shí)時(shí)響應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程事件，極大地減少了現(xiàn)場(chǎng)至控制室的電纜聯(lián)線，使生產(chǎn)過(guò)程控制局部化、模塊化，不僅提高了系統(tǒng)的性能，使風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)降低，而且又有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展與維護(hù)。

　?。?)驅(qū)動(dòng)單元，如變頻控制器，調(diào)節(jié)閥等。

　　監(jiān)控系統(tǒng)是DCS系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，采用的過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)適合于對(duì)過(guò)程事件的快速反應(yīng)。過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能：

　　圖形系統(tǒng)：通過(guò)組態(tài)，可構(gòu)成豐富多彩的動(dòng)態(tài)參數(shù)控制畫(huà)面。

　　信息報(bào)警：捕捉過(guò)程信息和本地事件，將這些內(nèi)容歸在檔案庫(kù)中，并在需要時(shí)有選擇地提取它們，或直接轉(zhuǎn)移到相關(guān)的過(guò)程畫(huà)面上產(chǎn)生報(bào)警信息。

　　生產(chǎn)報(bào)表：提供一套報(bào)表系統(tǒng)，可方便地對(duì)歷史數(shù)據(jù)或即時(shí)數(shù)據(jù)組合生成用戶所需的生產(chǎn)報(bào)表。

　　工藝流程圖：動(dòng)態(tài)顯示全廠工藝流程，使操作人員能了解全廠各工藝段的運(yùn)行狀況，便于調(diào)度管理。

　　設(shè)備工況運(yùn)行圖：動(dòng)態(tài)顯示各廠內(nèi)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，隨時(shí)了解廠內(nèi)的設(shè)備及生產(chǎn)情況。

　　瀏覽系統(tǒng)：在自動(dòng)化系統(tǒng)的服務(wù)器中，應(yīng)支持3～10個(gè)客戶的網(wǎng)上瀏覽，這樣，業(yè)主在一些管理或技術(shù)部門(mén)的辦公室里，可以對(duì)整個(gè)工廠的運(yùn)行情況進(jìn)行瀏覽。

　　系統(tǒng)自診斷：集成控制系統(tǒng)應(yīng)有一套完整的自診斷功能，可以在運(yùn)行中自動(dòng)地診斷出系統(tǒng)的任何一個(gè)部件是否出現(xiàn)故障，并且在監(jiān)控軟件中及時(shí)、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)及相關(guān)信息。在系統(tǒng)或工藝設(shè)備發(fā)生故障后，I/O狀態(tài)應(yīng)返回到工藝要求預(yù)設(shè)置的狀態(tài)上。

　　系統(tǒng)操作權(quán)限：整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有多個(gè)操作級(jí)別，每個(gè)級(jí)別均應(yīng)有各自的用戶和口令，它能防止用戶越權(quán)存取顯示數(shù)據(jù)和系統(tǒng)功能，具有相當(dāng)高的安全可靠性。

　　1.2制造紙過(guò)程

　　造紙過(guò)程的自動(dòng)化控制突出地表現(xiàn)在紙機(jī)的傳動(dòng)控制方面。因紙種變化，紙機(jī)的速比變化較大，漿料配比、不同紙張?zhí)匦缘?，使紙機(jī)車(chē)速需要有較大范圍的調(diào)整；同時(shí)電網(wǎng)電壓、頻率和負(fù)荷的波動(dòng)，也會(huì)引起紙機(jī)車(chē)速的變化，烘干部各段不同的加熱溫度，都會(huì)使紙頁(yè)產(chǎn)生縱向的收縮，因此，要求紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)穩(wěn)定、精確、同步、協(xié)調(diào)的變速傳動(dòng)系統(tǒng)。造紙生產(chǎn)過(guò)程的電氣傳動(dòng)，分為定速傳動(dòng)和變速傳動(dòng)。定速傳動(dòng)主要有泵類(lèi)、攪拌類(lèi)電機(jī)，現(xiàn)在對(duì)于大功率定速電機(jī)的控制，已逐步推廣采用具備良好起動(dòng)功能的軟起動(dòng)控制器。由于紙機(jī)傳動(dòng)控制目前幾乎毫無(wú)例外地采用多點(diǎn)分部傳動(dòng)的形式，客觀上對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)提出了快速、精確、穩(wěn)定和可靠等較高的要求；又因紙機(jī)傳動(dòng)在生產(chǎn)中的特殊重要地位，紙機(jī)電氣傳動(dòng)控制的一般配置由較大型PLC控制單元、矢量型變頻單元和生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)組成。運(yùn)用PROFIBUS通訊協(xié)議構(gòu)成先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，傳輸各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，執(zhí)行生產(chǎn)指令；控制各傳動(dòng)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。

　　近些年電氣傳動(dòng)系統(tǒng)普遍采用國(guó)外進(jìn)口控制裝置，傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)速精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和可靠性等方面得到了大大提高。其通訊功能強(qiáng)，具有多種通訊協(xié)議；參數(shù)范圍廣，可適用于各種應(yīng)用場(chǎng)合；能自動(dòng)測(cè)試負(fù)載特性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化；

　　能通過(guò)磁通電流控制自動(dòng)進(jìn)行負(fù)載補(bǔ)償，完善的保護(hù)功能如：過(guò)溫、過(guò)壓、欠壓、失步、接地錯(cuò)誤等等；如力矩控制、張力控制、卷徑計(jì)算等，能滿足造紙工業(yè)的各種特殊工藝要求，使長(zhǎng)期困擾廠家的國(guó)產(chǎn)模擬控制裝置的諸多問(wèn)題有了根本性的改變，提高了生產(chǎn)效益。目前傳動(dòng)系統(tǒng)已由最初的模擬控制向全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通訊方向過(guò)渡，后者分辨率更高、控制更精確，同時(shí)，作為整廠集中控制系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，便于與其它有關(guān)部分通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，因此，一些著名品牌高檔次的控制器正越來(lái)越多地得到應(yīng)用。

　　與制漿過(guò)程所不同的是，紙機(jī)本體設(shè)備如：流漿箱、壓光機(jī)、卷紙機(jī)、切紙機(jī)、復(fù)卷機(jī)等，設(shè)備本體配備的自動(dòng)化技術(shù)水平是較高的。

　　實(shí)踐證明，紙機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)自普遍采用數(shù)字式驅(qū)動(dòng)裝置以來(lái)，控制精度和系統(tǒng)的安全可靠性得到了極大提高，已完全能夠滿足紙機(jī)向大型、高速發(fā)展的需要。除此而外，上漿系統(tǒng)、蒸汽冷凝水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、損紙系統(tǒng)、涂料制備系統(tǒng)等控制也是十分重要的。

　　QCS紙頁(yè)質(zhì)量檢測(cè)控制系統(tǒng)是一種新型高技術(shù)產(chǎn)品，是紙機(jī)控制紙頁(yè)質(zhì)量的最有效的手段。目前國(guó)外產(chǎn)品占主要地位，國(guó)內(nèi)研究開(kāi)發(fā)多年，與國(guó)外產(chǎn)品尚有較大差距。目前在大中型紙機(jī)上的應(yīng)用還是較為普遍的，為監(jiān)測(cè)紙頁(yè)水分定量，掌握工藝參數(shù)提供了很大幫助；便于產(chǎn)品質(zhì)量的控制。但由于種種原因，絕大部分并未與上漿濃度和烘缸溫度實(shí)現(xiàn)真正意義上的閉環(huán)自動(dòng)控制。

　　2.1制控制系統(tǒng)以現(xiàn)場(chǎng)總線為核心

　　自動(dòng)控制系統(tǒng)向綜合化、開(kāi)放化發(fā)展已成必然，工廠自動(dòng)化要求各類(lèi)設(shè)備之間的通訊能力更強(qiáng)，相互融合。以現(xiàn)場(chǎng)總線為核心的集散自動(dòng)控制系統(tǒng)FCS正在興起，開(kāi)放的結(jié)構(gòu)將方便地與所有控制設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，成為真正集成的、貫穿全系統(tǒng)的新型自動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　2.1.1制全集成自動(dòng)化思想

　　隨著工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制系統(tǒng)能夠在系統(tǒng)各層次之間的數(shù)據(jù)交換量迅速增大，這就為實(shí)現(xiàn)一種全集成自動(dòng)化控制思想提供了基礎(chǔ)。

　　全集成自動(dòng)化思想就是用一種系統(tǒng)完成原來(lái)由多種系統(tǒng)搭配起來(lái)才能完成所有功能的系統(tǒng)。應(yīng)用這種解決方案，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少了大量接口部件，應(yīng)用全集成自動(dòng)化可以克服上位機(jī)和工業(yè)控制器之間、連續(xù)控制和邏輯控制之間、集中與分散之間的界限。同時(shí)，全集成自動(dòng)化解決方案還可以為所有的自動(dòng)化應(yīng)用提供統(tǒng)一的技術(shù)環(huán)境，主要包括：統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)一的通訊、統(tǒng)一的組態(tài)和編輯軟件等。基于這種環(huán)境，各種各樣不同的技術(shù)可以在一個(gè)用戶接口下，集成在一個(gè)有全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)中。

　　2.1.2制現(xiàn)場(chǎng)總線

　　工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)是保證生產(chǎn)高效可靠運(yùn)行的重要手段，20世紀(jì)90年代，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用，標(biāo)志著自動(dòng)化技術(shù)的又一次飛躍，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)備間的一對(duì)一聯(lián)線，不僅增加安裝維護(hù)費(fèi)用，也降低了系統(tǒng)的可靠性，帶來(lái)安全隱患；模擬信號(hào)傳輸，限制了傳輸媒體和傳輸結(jié)構(gòu)的選擇，信號(hào)的精確度受到影響。因此，工廠構(gòu)建一個(gè)合理的局域網(wǎng)是十分重要的，不僅要考慮控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和安全性，還必須考慮與工廠原有控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)和可能擴(kuò)建工程生產(chǎn)線的聯(lián)網(wǎng)，以達(dá)到數(shù)據(jù)通訊資源共享的目的。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的核心，本質(zhì)上是一種數(shù)字化通信協(xié)議，是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字化、全分散、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)；由于其在工業(yè)控制自動(dòng)化的前沿地位，代表了技術(shù)發(fā)展的方向。

　　PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線由于其高實(shí)時(shí)性及技術(shù)較為成熟，在全世界范圍得到了廣泛的應(yīng)用，也是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最普遍的一種。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線是基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)EN50170的開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線，它主要用于現(xiàn)場(chǎng)控制及檢測(cè)采集單元的數(shù)據(jù)交換，采用令牌調(diào)度原理進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，主要包括最高波特率可達(dá)12 M 的高速總線PROFIBUS-DP（H 2 ）和用于過(guò)程的本安型低速總線P R O F I B U S - P A（H 1 ）。D P 和P A的完美結(jié)合使得PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線在結(jié)構(gòu)和性能上優(yōu)于其他現(xiàn)場(chǎng)總線。既適合于自動(dòng)化系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)單元的通訊，也可用于直接連接帶有接口的變送器、執(zhí)行器、傳動(dòng)裝置和其它現(xiàn)場(chǎng)儀表及設(shè)備，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行采集、監(jiān)控和處理，用一對(duì)雙絞線替代了傳統(tǒng)的大量的傳輸電纜。

　　2.1.3制儀表(總線型變送器)

　　由于控制系統(tǒng)發(fā)生了新的變革，為了適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的要求，儀表、變送器已經(jīng)從模擬型、智能型發(fā)展到了現(xiàn)場(chǎng)總線型?，F(xiàn)場(chǎng)總線作為一種數(shù)字式通信網(wǎng)絡(luò)從控制室一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，使過(guò)去采用點(diǎn)到點(diǎn)式的模擬量信號(hào)傳輸變?yōu)槎帱c(diǎn)一線的串行數(shù)字式傳輸。在現(xiàn)場(chǎng)總線型變送器中，其優(yōu)越性是顯而易見(jiàn)的：全數(shù)字傳輸，穩(wěn)定性和精確度高于智能型變送器，除了保持智能型變送器優(yōu)良的測(cè)量性能外，還增加了運(yùn)算和控制功能，內(nèi)嵌有PID控制、邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、累加等模塊，用戶通過(guò)組態(tài)軟件對(duì)這些功能模塊進(jìn)行任意調(diào)用，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)控制。

　　多變量測(cè)量是現(xiàn)場(chǎng)總線型變送器又一特點(diǎn)，即一臺(tái)變送器可以同時(shí)測(cè)量多個(gè)過(guò)程變量。由于每臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線型變送器內(nèi)配有多個(gè)感測(cè)元件，它就可以同時(shí)測(cè)量多個(gè)過(guò)程變量，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸出去。目前，世界各大儀表生產(chǎn)廠都相繼推出了現(xiàn)場(chǎng)總線型變送器，通過(guò)認(rèn)證的變送器已經(jīng)有60多種。

　　綜上所述，現(xiàn)場(chǎng)總線型變送器已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的變送器了，它是一個(gè)集變送、控制和通信功能于一身的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)總線型變送器的出現(xiàn)，必會(huì)給儀表和自動(dòng)化領(lǐng)域帶來(lái)新的革命性變革。

　　2.2制控制內(nèi)容的廣泛性和控制方式的專(zhuān)業(yè)化

　　制漿造紙過(guò)程是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，自動(dòng)化控制是根據(jù)生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)和要求，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程、實(shí)時(shí)有效的控制，更好地為生產(chǎn)工藝服務(wù)，因此，控制內(nèi)容將進(jìn)一步擴(kuò)大，控制系統(tǒng)的控制模式或方法將更加符合或貼近生產(chǎn)實(shí)際，更具有獨(dú)創(chuàng)性和專(zhuān)業(yè)性。在控制方式上，應(yīng)用如自適應(yīng)、自診斷、最優(yōu)化等手段，在軟件的設(shè)計(jì)中采用容錯(cuò)等新的先進(jìn)的技術(shù)成果，在增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，結(jié)合制漿造紙生產(chǎn)的設(shè)備與工藝實(shí)際，提高系統(tǒng)控制的實(shí)際效果，成為自動(dòng)控制方面努力的目標(biāo)。

　　按照系統(tǒng)分散控制的概念，生產(chǎn)過(guò)程的系統(tǒng)劃分會(huì)更細(xì)、更單元化。隨著制漿造紙生產(chǎn)設(shè)備的不斷進(jìn)步，單機(jī)本體設(shè)備的自動(dòng)化程度會(huì)有所提高，控制系統(tǒng)的層次會(huì)更加分明，會(huì)形成既相互獨(dú)立，又全系統(tǒng)貫通的自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)。如造紙生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)將分為過(guò)程控制DCS系統(tǒng)、設(shè)備控制MCS系統(tǒng)、質(zhì)量控制QCS系統(tǒng)、斷紙監(jiān)測(cè)WMS系統(tǒng)、紙病監(jiān)測(cè)WIS系統(tǒng)，馬達(dá)控制中心MCC等,而這些系統(tǒng)又都將被集成在一個(gè)更大的網(wǎng)絡(luò)中。

　　麥草濕法備料和蒸煮工段近幾年紛紛由間歇蒸煮向連續(xù)蒸煮變革。連續(xù)蒸煮工段應(yīng)用DCS系統(tǒng)較為普遍。鑒于連蒸系統(tǒng)的工藝過(guò)程是一個(gè)高溫高壓過(guò)程，具有一定的危險(xiǎn)性，控制系統(tǒng)的發(fā)展將首先高度重視系統(tǒng)的安全性和可靠性，除軟件的設(shè)計(jì)中采用容錯(cuò)技術(shù)外，CPU雙備冗余系統(tǒng)應(yīng)被考慮；其次，通過(guò)銷(xiāo)鼓計(jì)量器的草片量與加入“T”型管藥液的流量的比值控制是蒸煮的關(guān)鍵，運(yùn)行中比值的控制精度影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因現(xiàn)采用以銷(xiāo)鼓計(jì)量器的轉(zhuǎn)速比間接檢測(cè)草片量的方法，誤差較大，有待改進(jìn)；洗、選、漂工段，除砂器和壓力篩的進(jìn)漿和出漿壓力的壓力差，應(yīng)得到有效的控制，以提高除砂和篩選的效果；對(duì)于雙輥或雙網(wǎng)擠漿機(jī)，采用雙點(diǎn)傳動(dòng)、具有負(fù)荷均衡分配的變速控制會(huì)得到推廣，使得濃縮過(guò)程變得容易調(diào)整；在漂白部分，對(duì)于進(jìn)入混合器的氧化物漂劑，應(yīng)實(shí)現(xiàn)流量的自動(dòng)控制；在磨漿部分，無(wú)論是單盤(pán)磨、雙盤(pán)磨或錐型磨，采用功率控制磨漿間距的方法是完全成熟的，主要受到進(jìn)退刀傳動(dòng)機(jī)構(gòu)精度的制約，如采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，將顯著改善設(shè)備品質(zhì)。

　　國(guó)內(nèi)廢紙制漿中，熱分散設(shè)備才開(kāi)始應(yīng)用，從系統(tǒng)上講熱分散生產(chǎn)線對(duì)自動(dòng)控制的要求是較高的，控制的內(nèi)容有溫度、壓力、位置間隙等，其控制系統(tǒng)有待于進(jìn)一步完善。

　　由于紙機(jī)生產(chǎn)向高產(chǎn)量、高品質(zhì)的方向發(fā)展，對(duì)紙漿的配漿及濃度控制的要求不斷提高，因此，上漿濃度的調(diào)節(jié)和控制將越來(lái)越普遍地得到應(yīng)用。造紙過(guò)程的多分部傳動(dòng)近年應(yīng)用變頻控制技術(shù)效果顯著，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)期恒定負(fù)載下的連續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)的熱穩(wěn)定狀態(tài)較為理想。各分部傳動(dòng)點(diǎn)應(yīng)處于硬速度特性，由于紙頁(yè)經(jīng)過(guò)加熱會(huì)出現(xiàn)收縮變化，在壓光、卷取部需要一定幅度的軟特性，除了加裝張力傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)速度補(bǔ)償外，在中小紙機(jī)上利用矢量型變頻器具有的自適應(yīng)功能塊，根據(jù)輸出轉(zhuǎn)距的變化，通過(guò)速度補(bǔ)償自適應(yīng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)間接張力控制應(yīng)得到推廣應(yīng)用，以減少斷頭和人工干預(yù)。

　　但驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)優(yōu)化功能沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)，在遇到負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，快速的抑制和調(diào)整的時(shí)間還不適應(yīng)，特別在大型高速紙機(jī)上，變頻器直流側(cè)母線電壓過(guò)高的情況時(shí)有發(fā)生，因此，采用公共直流母線作為各逆變器的饋電系統(tǒng)會(huì)得到更多的應(yīng)用。

　　紙機(jī)過(guò)程控制將歸類(lèi)于DCS系統(tǒng)：包括上漿系統(tǒng)、蒸汽冷凝水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、損紙系統(tǒng)和涂料制備系統(tǒng)。紙機(jī)設(shè)備本體的過(guò)程控制內(nèi)容將統(tǒng)一規(guī)劃，稱(chēng)為MCS。流漿箱的流速與壓力、潤(rùn)滑油的循環(huán)、壓榨部的線壓、網(wǎng)部的搖振和移動(dòng)噴水、網(wǎng)和毛毯的糾偏、壓光機(jī)的液壓系統(tǒng)、卷取部的氣動(dòng)系統(tǒng)等將在設(shè)備本體控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，集中管理。

　　MCC馬達(dá)控制中心將向智能化方向發(fā)展，如果條件允許，將摒棄MCC室內(nèi)放置遠(yuǎn)程I/O的模式，每個(gè)電機(jī)控制單元，可看作FCS系統(tǒng)控制下的一個(gè)執(zhí)行器。若采用PROFIBUS P聯(lián)接，則每個(gè)電機(jī)就是一個(gè)DP站點(diǎn)。

　　紙頁(yè)質(zhì)量控制系統(tǒng)QCS的應(yīng)用會(huì)更廣泛。為能幫助改善質(zhì)量，提高產(chǎn)量和降低成本，除了紙頁(yè)定量和水分的測(cè)量和控制外，還包括灰分、厚度、白度、光澤度、平滑度、透明度、涂布量等內(nèi)容的測(cè)量和控制。重要的是QCS應(yīng)與上漿濃度和烘缸溫度等相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)真正意義上的閉環(huán)自動(dòng)控制。對(duì)于普通紙機(jī)，選用縱向質(zhì)量測(cè)量和控制；對(duì)于大型或有特殊要求的紙機(jī)，還會(huì)增加橫向質(zhì)量測(cè)量和控制。

　　斷紙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)WMS目前在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用還極少見(jiàn)，即采用攝像技術(shù)在紙機(jī)容易斷紙的地方進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄，斷紙發(fā)生時(shí)，該系統(tǒng)將自動(dòng)追溯存儲(chǔ)在攝像機(jī)中的斷紙前一定時(shí)區(qū)所捕捉到的斷紙信號(hào)和相關(guān)紙病信號(hào)，圖像會(huì)與生產(chǎn)同步，使技術(shù)人員快速判定斷紙區(qū)域和斷紙?jiān)?。紙病監(jiān)測(cè)系統(tǒng)WIS，用于在線檢驗(yàn)如斑點(diǎn)、孔洞、皺紋、裂口、條痕等紙病，可與切紙機(jī)聯(lián)接，剔除次品。檢驗(yàn)數(shù)據(jù)也用于質(zhì)量管理，確定紙病的成因。

　　目前制漿造紙企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程如烘缸表面溫度控制、烘箱干燥溫度連續(xù)控制、壓榨輥線壓力控制、紙頁(yè)張力控制等還是采用間接的或手控的方式進(jìn)行的。這些都有待于推廣和應(yīng)用。

　　制漿造紙過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程，也是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，具有高度不確定性、非線性、關(guān)連性、大滯后和狀態(tài)不完全性。目前，國(guó)內(nèi)造紙行業(yè)的自動(dòng)化水平總的來(lái)說(shuō)還屬落后的，我們應(yīng)從生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化控制等底層自動(dòng)化方面開(kāi)始做起。在系統(tǒng)配置時(shí)，應(yīng)使廠家的有關(guān)技術(shù)人員充分了解所選的控制系統(tǒng)的硬件、軟件及其技術(shù)特性；結(jié)合工藝設(shè)備及其控制要求，應(yīng)充分考慮管理信息系統(tǒng)的要求，使全廠的控制系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)能夠相互通信、相互調(diào)閱的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。以便使廠部生產(chǎn)指揮部門(mén)可更迅速、更全面地掌握全廠生產(chǎn)過(guò)程、狀態(tài)，指揮調(diào)整工藝運(yùn)行參數(shù)，及時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度和優(yōu)化，為企業(yè)的發(fā)展服務(wù)。相信較短的時(shí)間內(nèi)我國(guó)制漿造紙自控及儀表的控制水平會(huì)有一個(gè)飛躍。