制漿造紙生產(chǎn)的自動控制，過去應用的范圍十分有限，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，通過國外先進技術產(chǎn)品的引進，以及借鑒相關行業(yè)自動控制方面的經(jīng)驗，自動控制在造紙生產(chǎn)中逐步得到了應用,正朝著整廠集中控制的方向發(fā)展。近年來，許多廠家在生產(chǎn)過程的重點環(huán)節(jié)進行了自控系統(tǒng)的技術改造，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。 1 現(xiàn)狀及特點 1.1 制漿過程 制漿過程的自動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。從過程控制的層面上來說，一方面對生產(chǎn)過程的電動機和電磁閥進行邏輯、順序的控制；另一方面對罐類和工藝管道上的各種閥門進行工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)。制漿設備中，單體設備較多，由于種種原因，制漿設備本體的機電一體化產(chǎn)品不多，相當部分企業(yè)在制漿過程中自動化程度普遍不高。近些年盤磨、擠漿機、熱分散等設備在自動化控制方面有了較大的進步，設備性能有所改善；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)的自動控制系統(tǒng)最初可以認為是儀表控制系統(tǒng)和繼電器邏輯控制系統(tǒng)的結合，主要由二次儀表作為控制器來進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。隨著電子技術的發(fā)展，從20世紀80年代開始，以PLC為主流產(chǎn)品的控制器得到了普遍的應用。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控制器進行電動機、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進行單回路或多回路的自動調(diào)節(jié)控制。從80年代末期開始，PLC控制器的功能和技術概念發(fā)生了重大變化，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，以其容量、速度、字長、周期等為指標，形成了系列產(chǎn)品，從而具備了從事復雜控制的能力。PLC控制器在制漿造紙生產(chǎn)的局部自動控制中得到了普遍的應用。 新型操作終端的出現(xiàn)和CRT顯示技術的進步，特別是PLC控制器通訊能力的加強，使智能的、動態(tài)的人機界面越來越多地應用在制漿生產(chǎn)的關鍵控制點，如蒸球、磨漿、配漿等部分，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)定的刷新時間內(nèi)提供各種實時數(shù)據(jù)，顯示相關狀態(tài)參數(shù)、設定值與實測值，且以數(shù)字量形式或棒圖形式顯示組態(tài)相關參數(shù)圖形；同時，觸摸式界面還具有各種操作功能，可進行參數(shù)的設定和邏輯控制。為了在控制室可清楚地反映生產(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)進行控制。 制漿造紙的生產(chǎn)過程，從控制上來說，是一個多設備協(xié)調(diào)的聯(lián)動系統(tǒng)，尤其是企業(yè)向著大規(guī)?；姆较虬l(fā)展，原有落后的控制方式越來越不能滿足生產(chǎn)的要求。這樣DCS就應運而生。 DCS，即集散控制系統(tǒng)，又名分布式的計算機控制系統(tǒng)，是利用計算機技術對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)測、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術。它是由計算機技術、信號處理技術、測量技術、通信網(wǎng)絡技術、CRT顯示技術和人機接口技術相互滲透發(fā)展起來的。DCS集散型控制系統(tǒng)，從結構上講就是將采集和控制分散在多個現(xiàn)場控制站，而將操作和監(jiān)視功能集中在一個或多個操作站。它從硬件上采用標準化、模塊化和系列化產(chǎn)品，系統(tǒng)上各工作站是通過網(wǎng)絡接口相聯(lián)接的，各工作站能完全獨立地運行。系統(tǒng)的實時控制網(wǎng)絡使系統(tǒng)資源共享，對系統(tǒng)結構組態(tài)進行在線修正、在線維修。它的突出優(yōu)點是系統(tǒng)的硬件和軟件都具有靈活的組態(tài)和配置能力。軟件的開放性尤為突出。 制漿造紙生產(chǎn)過程的DCS控制系統(tǒng)包括若干個子工段控制系統(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。每個控制子系統(tǒng)既有著相對的獨立性，又彼此互相聯(lián)系。因此整個系統(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通過系統(tǒng)總線把車間和各工段的DCS聯(lián)成一個網(wǎng)絡。各DCS子系統(tǒng)主要由基本I/O單元、過程主站、操作站、報警站、操作終端、顯示器、報警打印機和報告打印機組成，再加上生產(chǎn)現(xiàn)場的檢測儀表和執(zhí)行機以及控制中心組成一個完整的造紙生產(chǎn)的自動控制系統(tǒng)。 DCS控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結構一般分為過程控制級、自動化級和現(xiàn)場級。系統(tǒng)硬件配置一般為： 工業(yè)控制計算機作為操作員站組成上位機管理系統(tǒng)。 大型控制器組成自動化中心控制系統(tǒng)。 操作顯示終端作為現(xiàn)場人機界面。 分布式遠程控制站作為控制單元。 過程控制級的操作界面采用工業(yè)控制計算機，使用標準軟件和網(wǎng)絡，以實現(xiàn)過程診斷、過程監(jiān)視、控制及信息管理。標準的顯示和操作窗口,實時顯示工藝流程控制點的過程參數(shù)，操作員可以很方便地通過動態(tài)畫面，實時監(jiān)視設備狀態(tài)，如液位高低，閥門開度、電機啟停等；同時，根據(jù)該工段的工藝流程需要，及時對設備進行控制。對于調(diào)節(jié)回路有兩種控制方式，即自動調(diào)節(jié)和手動調(diào)節(jié)。當點擊畫面上的自動手動旋轉(zhuǎn)開關，可以切換自動手動方式。在自動狀態(tài)下，調(diào)節(jié)回路由PLC進行控制，自動調(diào)節(jié)閥門的開度。此時，若點擊閥門，將出現(xiàn)提示窗口，提示此時是處于自動狀態(tài)下，不能手動調(diào)節(jié)閥門。若處于手動狀態(tài)下，操作工可以自行調(diào)節(jié)閥門開度。發(fā)現(xiàn)異常事件，作出提示、報警及處理命令；并可調(diào)閱與修改控制參數(shù)，遠程切換工作狀態(tài)，故障診斷及報表打印；也可保存生產(chǎn)報表及報警信息。過程控制級的PC機，通過生產(chǎn)管理網(wǎng)絡，接受中心PLC的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，向經(jīng)營管理網(wǎng)絡傳送各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)及接受各類生產(chǎn)任務。過程控制站的控制能力至關重要，主要以控制功能塊的能力、數(shù)量、組態(tài)方便性和靈活性來衡量；過程控制站的可靠性和環(huán)境適應性同樣重要，可通過冗余配置使其可靠性更高，但目前在造紙生產(chǎn)線的應用還很少見，其主要考慮的是其性能價格比的原因。 自動化級均采用裝有單處理器或多處理器的高性能大型PLC控制器。自動化級與過程控制級的通訊由工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)。與現(xiàn)場級的通訊由PROFIBUS-DP通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)，作為一部分的中心控制單元，根據(jù)工藝要求控制現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)。完成各現(xiàn)場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化中心控制系統(tǒng)，即過程控制級。系統(tǒng)容易擴展和具備網(wǎng)絡通訊能力；采用分布式結構，遠程智能化接口提供了各種電壓和保護等級的數(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。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，每一工段配置一臺上位監(jiān)控微機，作為普通級操作員站，操作員可通過上位機對現(xiàn)場設備進行操作和控制。 現(xiàn)場級，主要由標準的系統(tǒng)產(chǎn)品連接在現(xiàn)場總線上。 1、現(xiàn)場操作面板。操作面板適合于分散的、與設備相關的控制和監(jiān)視。不同的傳動和傳動組均可有標準的圖形顯示及相同的操作步驟。現(xiàn)場操作與顯示終端以動態(tài)圖形實時顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場操作人員可通過觸摸屏操作現(xiàn)場設備。 2、遠程I/O站。遠程I/O站通過現(xiàn)場控制網(wǎng)絡、聯(lián)接中心控制PLC、交換各種實時信息；通過I/O口，聯(lián)接智能過程控制儀、變送器等實施調(diào)節(jié)控制。根據(jù)現(xiàn)場設備的布局，采用分布式布局,就地實時響應生產(chǎn)過程事件，極大地減少了現(xiàn)場至控制室的電纜聯(lián)線，使生產(chǎn)過程控制局部化、模塊化，不僅提高了系統(tǒng)的性能，使風險系數(shù)降低，而且又有利于系統(tǒng)的擴展與維護。 3、驅(qū)動單元，如變頻控制器，調(diào)節(jié)閥等。 監(jiān)控系統(tǒng)是DCS系統(tǒng)的一個重要組成部分，采用的過程監(jiān)控系統(tǒng)的特點適合于對過程事件的快速反應。過程監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能： 圖形系統(tǒng)：通過組態(tài)，可構成豐富多彩的動態(tài)參數(shù)控制畫面。 信息報警：捕捉過程信息和本地事件，將這些內(nèi)容歸在檔案庫中，并在需要時有選擇地提取它們，或直接轉(zhuǎn)移到相關的過程畫面上產(chǎn)生報警信息。 生產(chǎn)報表：提供一套報表系統(tǒng)，可方便地對歷史數(shù)據(jù)或即時數(shù)據(jù)組合生成用戶所需的生產(chǎn)報表。 工藝流程圖：動態(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行狀況，便于調(diào)度管理。 設備工況運行圖：動態(tài)顯示各廠內(nèi)設備的實時運行狀態(tài)，隨時了解廠內(nèi)的設備及生產(chǎn)情況。 瀏覽系統(tǒng)：在自動化系統(tǒng)的服務器中，應支持3～10個客戶的網(wǎng)上瀏覽，這樣，業(yè)主在一些管理或技術部門的辦公室里，可以對整個工廠的運行情況進行瀏覽。 系統(tǒng)自診斷：集成控制系統(tǒng)應有一套完整的自診斷功能，可以在運行中自動地診斷出系統(tǒng)的任何一個部件是否出現(xiàn)故障，并且在監(jiān)控軟件中及時、準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點及相關信息。在系統(tǒng)或工藝設備發(fā)生故障后，I/O狀態(tài)應返回到工藝要求預設置的狀態(tài)上。 系統(tǒng)操作權限：整個監(jiān)控系統(tǒng)應有多個操作級別，每個級別均應有各自的用戶和口令，它能防止用戶越權存取顯示數(shù)據(jù)和系統(tǒng)功能，具有相當高的安全可靠性。 1.2 造紙過程 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。因紙種變化，紙機的速比變化較大，漿料配比、不同紙張?zhí)匦缘?，使紙機車速需要有較大范圍的調(diào)整；同時電網(wǎng)電壓、頻率和負荷的波動，也會引起紙機車速的變化，烘干部各段不同的加熱溫度，都會使紙頁產(chǎn)生縱向的收縮，因此，要求紙機傳動控制系統(tǒng)是一個穩(wěn)定、精確、同步、協(xié)調(diào)的變速傳動系統(tǒng)。造紙生產(chǎn)過程的電氣傳動，分為定速傳動和變速傳動。定速傳動主要有泵類、攪拌類電機，現(xiàn)在對于大功率定速電機的控制，已逐步推廣采用具備良好起動功能的軟起動控制器。由于紙機傳動控制目前幾乎毫無例外地采用多點分部傳動的形式，客觀上對自動控制系統(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較大型PLC控制單元、矢量型變頻單元和生產(chǎn)管理計算機組成。運用PROFIBUS通訊協(xié)議構成先進的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，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)。 近些年電氣傳動系統(tǒng)普遍采用國外進口控制裝置，傳動系統(tǒng)的穩(wěn)速精度、動態(tài)響應和可靠性等方面得到了大大提高。其通訊功能強，具有多種通訊協(xié)議；參數(shù)范圍廣，可適用于各種應用場合；能自動測試負載特性，實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化； 能通過磁通電流控制自動進行負載補償，完善的保護功能如：過溫、過壓、欠壓、失步、接地錯誤等等；如力矩控制、張力控制、卷徑計算等，能滿足造紙工業(yè)的各種特殊工藝要求，使長期困擾廠家的國產(chǎn)模擬控制裝置的諸多問題有了根本性的改變，提高了生產(chǎn)效益。目前傳動系統(tǒng)已由最初的模擬控制向全數(shù)字網(wǎng)絡通訊方向過渡，后者分辨率更高、控制更精確，同時，作為整廠集中控制系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，便于與其它有關部分通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡聯(lián)接，因此，一些著名品牌高檔次的控制器正越來越多地得到應用。 與制漿過程所不同的是，紙機本體設備如：流漿箱、壓光機、卷紙機、切紙機、復卷機等，設備本體配備的自動化技術水平是較高的。 實踐證明，紙機主傳動系統(tǒng)自普遍采用數(shù)字式驅(qū)動裝置以來，控制精度和系統(tǒng)的安全可靠性得到了極大提高，已完全能夠滿足紙機向大型、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紙頁質(zhì)量檢測控制系統(tǒng)是一種新型高技術產(chǎn)品，是紙機控制紙頁質(zhì)量的最有效的手段。目前國外產(chǎn)品占主要地位，國內(nèi)研究開發(fā)多年，與國外產(chǎn)品尚有較大差距。目前在大中型紙機上的應用還是較為普遍的，為監(jiān)測紙頁水分定量，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現(xiàn)真正意義上的閉環(huán)自動控制。