DCS的軟件系統(tǒng)

　　DCS的軟件體系通?？梢詾橛脩籼峁┫喈?dāng)豐富的功能軟件模塊和功能軟件包，控制工程師利用DCS提供的組態(tài)軟件，將各種功能軟件進(jìn)行適當(dāng)?shù)摹敖M裝連接”（即組態(tài)），生成滿足控制系統(tǒng)的要求各種應(yīng)用軟件。

　?。?）現(xiàn)場控制單元的軟件系統(tǒng)

　　現(xiàn)場控制單元的軟件主要包括以實時數(shù)據(jù)庫為中心的數(shù)據(jù)巡檢、控制算法、控制輸出和網(wǎng)絡(luò)通信等軟件模塊組成。實時數(shù)據(jù)庫起到了中心環(huán)節(jié)的作用，在這里進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，各執(zhí)行代碼都與它交換數(shù)據(jù)，用來存儲現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)、控制輸出以及某些計算的中間結(jié)果和控制算法結(jié)構(gòu)等方面的信息。

　　數(shù)據(jù)巡檢模塊用以實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)、故障信號的采集，并實現(xiàn)必要的數(shù)字濾波、單位變換、補償運算等輔助功能。DCS的控制功能通過組態(tài)生成，不同的系統(tǒng)，需要的控制算法模塊各不相同，通常會涉及以下一些模塊：算術(shù)運算模塊、邏輯運算模塊、PID控制模塊、變型PID模塊、手自動切換模塊、非線性處理模塊、執(zhí)行器控制模塊等等。控制輸出模塊主要實現(xiàn)控制信號以故障處理的輸出。

　?。?）操作站的軟件系統(tǒng)

　　DCS中的操作站用以完成系統(tǒng)的開發(fā)、生成、測試和運行等任務(wù)，這就需要相應(yīng)的系統(tǒng)軟件支持，這些軟件包括操作系統(tǒng)、編程語言及各種工具軟件等。一套完善的DCS，在操作站上運行的應(yīng)用軟件應(yīng)能實現(xiàn)如下功能：實時數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)管理、歷史數(shù)據(jù)庫管理、圖形管理、歷史數(shù)據(jù)趨勢管理、數(shù)據(jù)庫詳細(xì)顯示與修改、記錄報表生成與打印、人機接口控制、控制回路調(diào)節(jié)、參數(shù)列表、串行通信和各種組態(tài)等。

　　DCS控制系統(tǒng)在制漿造紙生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　過去在造紙生產(chǎn)中自動控制的應(yīng)用十分有限， 主要集中在制漿過程的局部簡單儀表控制和紙機的電氣傳動控制方面， 大量的控制內(nèi)容是通過現(xiàn)場人工調(diào)整實現(xiàn)的。改革開放以來， 通過國外先進(jìn)技術(shù)裝備的引進(jìn)， 使造紙生產(chǎn)中自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛。市場上對紙張質(zhì)量和價格的競爭日趨激烈， 使造紙企業(yè)認(rèn)識到了投入更大的力量和資金關(guān)注自動控制技術(shù)應(yīng)用的必要性。近年來， 許多廠家在生產(chǎn)過程的重點環(huán)節(jié)進(jìn)行了自控系統(tǒng)的技術(shù)改造， 如蒸煮控制、盤磨控制、配漿控制、上漿流送控制、紙機傳動、紙機干燥部多段通氣控制（熱泵控制） 和水分定量檢測等方面， 取得了明顯的效果。正朝著整廠集中控制的方向發(fā)展。

　　制漿、造紙生產(chǎn)大致可分為： 制漿工段、造紙工段、堿回收工段、水處理工段。作為其輔助工段， 堿回收工段和水處理工段， 也是造紙生產(chǎn)中重要組成部分，DCS 控制系統(tǒng)在這2 個工段中也得到了非常廣泛應(yīng)用。在此， 著重介紹DCS 控制系統(tǒng)在制漿和造紙2 個工段中的應(yīng)用。

　　1 制漿、造紙生產(chǎn)的控制要求

　　1. 1 制漿工段

　　制漿工段的自動化控制主要集中在蒸煮、磨漿、配漿、打漿的控制方面， 其主要控制參數(shù)有： 液位、溫度、壓力、流量和濃度等。從過程控制上來說， 既有對生產(chǎn)過程的定速電動機和電磁閥進(jìn)行邏輯、順序的控制; 又有對罐類和工藝管道上的各種閥門進(jìn)行工藝參數(shù)的P ID 調(diào)節(jié)， 以使液位、溫度、壓力、流量和濃度等參數(shù)滿足生產(chǎn)工藝要求; 還有對配漿泵、蒸煮管、喂料螺旋機、上料系統(tǒng)等等設(shè)備變速驅(qū)動要求的控制。

　　制漿生產(chǎn)的自動控制系統(tǒng)最初是儀表控制系統(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進(jìn)行單回路或多回路的自動控制， 許多廠家一直延用至今， 基本上是一種獨立、分離的控制， 操作繁瑣， 勞動強度大。隨著電子技術(shù)的發(fā)展， 從20 世紀(jì)80 年代末期開始， PLC 控制器的功能和技術(shù)概念發(fā)生了重大變化， 開始以一個過程控制系統(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， 具備了從事復(fù)雜控制功能、自整定功能、中斷切換功能、參數(shù)存儲功能等等， 使整個控制過程能夠輕松實現(xiàn)。

　　新型的操作終端和觸摸式界面的出現(xiàn)， 特別是PLC 控制器通訊能力的加強， 智能的、動態(tài)的人機界面越來越多地在制漿生產(chǎn)的關(guān)鍵控制點， 如： 蒸煮器、盤磨、擠漿機、熱分散、雜質(zhì)分離機、配漿等控制比較復(fù)雜部分中得到了應(yīng)用。在被控現(xiàn)場配置液晶或等離子顯示真彩操作終端， 可方便地通過現(xiàn)場總線與PLC 連接， 形成獨立的操作系統(tǒng)， 既可作為總線上的1 個從站， 又可與設(shè)備成套作為1 個產(chǎn)品。操作終端和觸摸式界面按用戶要求顯示各狀態(tài)參數(shù)。可以數(shù)字量形式和以棒圖形式顯示; 也可以趨勢圖的形式顯示其相關(guān)參數(shù)。同時， 具有各種操作功能， 可進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定和邏輯操作控制。為了在控制室中清楚地反映生產(chǎn)過程的整體和局部信息， 利用上位計算機， 對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)測、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面中， 觀察到生產(chǎn)過程的狀態(tài)， 并在專用的操作終端上或直接在控制顯示器上對生產(chǎn)過程的各項工藝參數(shù)進(jìn)行修改、存取、控制。

　　1. 2 造紙工段

　　造紙工段的生產(chǎn)過程， 從控制上來說， 是一個多設(shè)備協(xié)調(diào)的聯(lián)動系統(tǒng)。造紙過程的自動化控制突出地表現(xiàn)在紙機的傳動控制方面， 造紙機電氣傳動控制系統(tǒng)歷來是造紙裝備最重要的部分之一， 是紙機運行的一個極為重要的環(huán)節(jié)， 直接影響造紙生產(chǎn)的正常運行。因紙種的變化， 紙機的工作車速變化較大， 漿料配比、紙張?zhí)匦浴⒓垯C運行情況的變化， 使紙機車速需要有較大范圍的調(diào)整; 電網(wǎng)電壓、頻率和負(fù)荷的波動， 也會引起紙機車速的變化， 紙在紙機的成形、壓榨、烘干、壓光、卷取等各部分會產(chǎn)生伸長或收縮， 受到不同的張力作用， 因此， 要求造紙機傳動控制系統(tǒng)是一個穩(wěn)定、精確、同步、協(xié)調(diào)的變速傳動系統(tǒng)。除此而外， 上漿系統(tǒng)、蒸氣冷凝水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、損紙系統(tǒng)、涂料制備系統(tǒng)等也是十分重要的， 考慮到這些系統(tǒng)的控制與制漿的DCS 控制有些類似， 因此不再贅述， 在此僅介紹造紙主傳動控制系統(tǒng)。

　　紙機一般有網(wǎng)部、壓榨部、烘干部、施膠部、壓光部和卷紙組成。產(chǎn)品品種及車速的不同對控制的要求也不同。目前幾乎毫無例外地采用多點分部傳動的傳動形式， 客觀上對自控制系統(tǒng)提出了快速、精確、穩(wěn)定和可靠等較高的要求; 又因紙機傳動在造紙生產(chǎn)中的特殊重要地位， 紙機電氣傳動控制的一般配置由中型或大型PLC 控制單元、矢量型變頻單元、遠(yuǎn)程操作終端和生產(chǎn)管理計算機組成。運用PRO F IBU S2D P 通訊協(xié)議構(gòu)成先進(jìn)的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)， 快速傳輸各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)， 執(zhí)行生產(chǎn)指令， 控制各傳動點的運行狀態(tài)。

　　目前大都采用全數(shù)字驅(qū)動單元。其通訊功能強， 具有多種通訊協(xié)議; 參數(shù)范圍廣， 可適用于各種應(yīng)用場合; 能自動測試負(fù)載特性， 實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化; 能通過磁通電流控制自動進(jìn)行負(fù)載補償; 能滿足造紙工業(yè)的各種特殊工藝要求， 如力矩控制， 張力控制， 卷徑計算等; 其保護(hù)功能多， 如過溫、過壓、欠壓、失步、接地錯誤等; 內(nèi)裝斜波積分發(fā)生器， 可產(chǎn)生各種積分時間等。實踐證明， 紙機主傳動系統(tǒng)自采用數(shù)字式驅(qū)動裝置以來， 控制精度和系統(tǒng)的安全可靠性大大提高， 已完全能夠滿足紙機向大型、高速發(fā)展的需要。

　　紙機主傳動系統(tǒng)的操作現(xiàn)場可以安裝觸摸式彩色操作終端， 也可以采用傳統(tǒng)的操作臺按鈕的形式。操作終端具有多個不同對象的畫面， 如線速度， 負(fù)荷， 等棒圖與趨勢、文本或圖形列表， 可進(jìn)行過程值的輸入、切換， 如啟動、停止、運行、爬行、速度微調(diào)、負(fù)荷均衡等操作; 并具有故障報警及特殊狀態(tài)的提示。

　　2 DCS 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)及構(gòu)成

　　DCS， 即集散控制系統(tǒng)， 又名分布式的計算機控制系統(tǒng)， 是利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)測、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術(shù)。它是由計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、測量技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CRT 顯示技術(shù)和人機接口技術(shù)相互滲透發(fā)展起來的。它既不同于分散的儀表控制， 又不同于集中的計算機控制系統(tǒng)， 它具備通用性、系統(tǒng)可以靈活組態(tài)、控制功能完備、顯示操作集中、人機界面友好、運行安全可靠的顯著特性。對于提高生產(chǎn)過程的自動化水平， 提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率具有特別重要的意義。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現(xiàn)場控制站中， 而將操作和監(jiān)視功能集中在一個或多個操作站中。它從硬件上采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化產(chǎn)品， 并具有熱插拔功能， 維護(hù)方便。系統(tǒng)上各工作站是通過網(wǎng)絡(luò)接口相連接的， 系統(tǒng)的實時控制網(wǎng)絡(luò)使系統(tǒng)資源共享。通訊總線的應(yīng)用， 使原先復(fù)雜繁瑣的接線工作變得簡單了許多， 也節(jié)省了大量的接線材料。

　　控制系統(tǒng)的控制對象是生產(chǎn)中的各種參數(shù)， 這些參數(shù)通過不同的變送器、傳動裝置等， 最終以模擬量、數(shù)字量

　　2 大類信號送到就近的站點。各站點又以數(shù)字方式， 經(jīng)小型可編程控制器PLC （主要對單臺控制要求復(fù)雜的設(shè)備， 如雜質(zhì)分離機、熱分散機等） 或遠(yuǎn)程I?O 站點， 通過現(xiàn)場控制總線PRO F IBU S2D P 方式， 以9. 6 K～ 12M 的波特率將相關(guān)的信息送到自動控制主站可編程控制器PLC。主站可編程控制器PLC 將相關(guān)的信息按工藝要求和連鎖關(guān)系， 進(jìn)行邏輯運算， 數(shù)據(jù)處理后再經(jīng)過各站點送到各執(zhí)行機構(gòu)或顯示終端。

　　在制漿過程中， 因其控制點多而復(fù)雜， PLC 主站采用大型控制器組成自動化中心控制系統(tǒng)， 系統(tǒng)可以集中放置， 也可以分散安裝在現(xiàn)場遠(yuǎn)程I?O 站。變頻器完成制漿過程中變速設(shè)備的驅(qū)動。變送器將液位、溫度、壓力、流量和濃度實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成4～ 20 mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號， 發(fā)送到遠(yuǎn)程 I?O 站。那些控制要求復(fù)雜的設(shè)備， 用小型PLC 和觸摸屏單獨對其控制， 即可獨立控制和操作， 也可作為一從站與DCS 系統(tǒng)連網(wǎng)。為方便操作人員， 并考慮到工藝工程師和控制工程師的需要， 配置數(shù)臺觸摸屏或 2 臺上位監(jiān)控機， 作為普通級操作員站或工程師站， 對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行操作和控制。各站點之間用 1 根二芯屏蔽電纜—— PRO F IBU S2D P 總線連接。其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

　　在造紙傳動中， PLC 主站采用中、大型控制器組成自動化中心控制系統(tǒng)， 主要從站是變頻控制器， 觸摸屏取代了原來的操作臺。根據(jù)產(chǎn)品品種的不同， 所使用的變頻器控制方式也不同。如今， 豐富的變頻器市場為我們作不同的項目提供了選擇余地。PLC 主站按工藝要求， 以速度鏈的形式將變頻控制器有機地聯(lián)結(jié)起來。紙機傳動中負(fù)荷分配既可在PLC 主站由編程人員來完成; 也可以將主?從傳動點通過專用接口用光纜連接， 形成一個獨立主傳動站點。在例子里使用的是后一種方式。其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。 容易擴展并具備各種網(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)等級的數(shù)字、模擬 I?O 單元，

　　3 小 結(jié)

上述 2 例結(jié)構(gòu)原理， 是我們在實際工作中成功的典型例子。DCS 控制系統(tǒng)的應(yīng)用， 大大增強了生產(chǎn)自動化的水平， 提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率， 減輕了操作人員的勞動強度， 方便了工人的維修保養(yǎng)等等。正是DCS 控制系統(tǒng)諸多的優(yōu)點， 這種控制方式才得到了越來越多的應(yīng)用。