DCS的軟件系統

　　DCS的軟件體系通常可以為用戶提供相當豐富的功能軟件模塊和功能軟件包，控制工程師利用DCS提供的組態軟件，將各種功能軟件進行適當的“組裝連接”（即組態），生成滿足控制系統的要求各種應用軟件。

　　（1）現場控制單元的軟件系統

　　現場控制單元的軟件主要包括以實時數據庫為中心的數據巡檢、控制算法、控制輸出和網絡通信等軟件模塊組成。實時數據庫起到了中心環節的作用，在這里進行數據共享，各執行代碼都與它交換數據，用來存儲現場采集的數據、控制輸出以及某些計算的中間結果和控制算法結構等方面的信息。

　　數據巡檢模塊用以實現現場數據、故障信號的采集，并實現必要的數字濾波、單位變換、補償運算等輔助功能。DCS的控制功能通過組態生成，不同的系統，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、執行器控制模塊等等。控制輸出模塊主要實現控制信號以故障處理的輸出。

　　（2）操作站的軟件系統

　　DCS中的操作站用以完成系統的開發、生成、測試和運行等任務，這就需要相應的系統軟件支持，這些軟件包括操作系統、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用軟件應能實現如下功能：實時數據庫、網絡管理、歷史數據庫管理、圖形管理、歷史數據趨勢管理、數據庫詳細顯示與修改、記錄報表生成與打印、人機接口控制、控制回路調節、參數列表、串行通信和各種組態等。

　　DCS控制系統在制漿造紙生產中的應用

　　過去在造紙生產中自動控制的應用十分有限， 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， 大量的控制內容是通過現場人工調整實現的。改革開放以來， 通過國外先進技術裝備的引進， 使造紙生產中自動控制系統的應用日益廣泛。市場上對紙張質量和價格的競爭日趨激烈， 使造紙企業認識到了投入更大的力量和資金關注自動控制技術應用的必要性。近年來， 許多廠家在生產過程的重點環節進行了自控系統的技術改造， 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。正朝著整廠集中控制的方向發展。

　　制漿、造紙生產大致可分為： 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， 也是造紙生產中重要組成部分，DCS 控制系統在這2 個工段中也得到了非常廣泛應用。在此， 著重介紹DCS 控制系統在制漿和造紙2 個工段中的應用。

　　1 制漿、造紙生產的控制要求

　　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， 既有對生產過程的定速電動機和電磁閥進行邏輯、順序的控制; 又有對罐類和工藝管道上的各種閥門進行工藝參數的P ID 調節， 以使液位、溫度、壓力、流量和濃度等參數滿足生產工藝要求; 還有對配漿泵、蒸煮管、喂料螺旋機、上料系統等等設備變速驅動要求的控制。

　　制漿生產的自動控制系統最初是儀表控制系統和繼電器邏輯控制系統的結合， 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， 操作繁瑣， 勞動強度大。隨著電子技術的發展， 從20 世紀80 年代末期開始， PLC 控制器的功能和技術概念發生了重大變化， 開始以一個過程控制系統的面貌出現; 而且在組態方便性和靈活性上有了很大改善， 具備了從事復雜控制功能、自整定功能、中斷切換功能、參數存儲功能等等， 使整個控制過程能夠輕松實現。

　　新型的操作終端和觸摸式界面的出現， 特別是PLC 控制器通訊能力的加強， 智能的、動態的人機界面越來越多地在制漿生產的關鍵控制點， 如： 蒸煮器、盤磨、擠漿機、熱分散、雜質分離機、配漿等控制比較復雜部分中得到了應用。在被控現場配置液晶或等離子顯示真彩操作終端， 可方便地通過現場總線與PLC 連接， 形成獨立的操作系統， 既可作為總線上的1 個從站， 又可與設備成套作為1 個產品。操作終端和觸摸式界面按用戶要求顯示各狀態參數。可以數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參數。同時， 具有各種操作功能， 可進行參數的設定和邏輯操作控制。為了在控制室中清楚地反映生產過程的整體和局部信息， 利用上位計算機， 對生產過程進行集中監測、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， 觀察到生產過程的狀態， 并在專用的操作終端上或直接在控制顯示器上對生產過程的各項工藝參數進行修改、存取、控制。

　　1. 2 造紙工段

　　造紙工段的生產過程， 從控制上來說， 是一個多設備協調的聯動系統。造紙過程的自動化控制突出地表現在紙機的傳動控制方面， 造紙機電氣傳動控制系統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節， 直接影響造紙生產的正常運行。因紙種的變化， 紙機的工作車速變化較大， 漿料配比、紙張特性、紙機運行情況的變化， 使紙機車速需要有較大范圍的調整; 電網電壓、頻率和負荷的波動， 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是一個穩定、精確、同步、協調的變速傳動系統。除此而外， 上漿系統、蒸氣冷凝水系統、真空系統、損紙系統、涂料制備系統等也是十分重要的， 考慮到這些系統的控制與制漿的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。

　　紙機一般有網部、壓榨部、烘干部、施膠部、壓光部和卷紙組成。產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提出了快速、精確、穩定和可靠等較高的要求; 又因紙機傳動在造紙生產中的特殊重要地位， 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、遠程操作終端和生產管理計算機組成。運用PRO F IBU S2D P 通訊協議構成先進的現場總線網絡， 快速傳輸各種生產數據， 執行生產指令， 控制各傳動點的運行狀態。

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

　　紙機主傳動系統的操作現場可以安裝觸摸式彩色操作終端， 也可以采用傳統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， 負荷， 等棒圖與趨勢、文本或圖形列表， 可進行過程值的輸入、切換， 如啟動、停止、運行、爬行、速度微調、負荷均衡等操作; 并具有故障報警及特殊狀態的提示。

　　2 DCS 控制系統的實現及構成

　　DCS， 即集散控制系統， 又名分布式的計算機控制系統， 是利用計算機技術對生產過程進行集中監測、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、通信網絡技術、CRT 顯示技術和人機接口技術相互滲透發展起來的。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， 它具備通用性、系統可以靈活組態、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。對于提高生產過程的自動化水平， 提高產品質量、提高勞動生產率具有特別重要的意義。DCS 集散型控制系統， 從結構上講就是將采集和控制分散在多個現場控制站中， 而將操作和監視功能集中在一個或多個操作站中。它從硬件上采用標準化、模塊化和系列化產品， 并具有熱插拔功能， 維護方便。系統上各工作站是通過網絡接口相連接的， 系統的實時控制網絡使系統資源共享。通訊總線的應用， 使原先復雜繁瑣的接線工作變得簡單了許多， 也節省了大量的接線材料。

　　控制系統的控制對象是生產中的各種參數， 這些參數通過不同的變送器、傳動裝置等， 最終以模擬量、數字量

　　2 大類信號送到就近的站點。各站點又以數字方式， 經小型可編程控制器PLC （主要對單臺控制要求復雜的設備， 如雜質分離機、熱分散機等） 或遠程I?O 站點， 通過現場控制總線PRO F IBU S2D P 方式， 以9. 6 K～ 12M 的波特率將相關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 將相關的信息按工藝要求和連鎖關系， 進行邏輯運算， 數據處理后再經過各站點送到各執行機構或顯示終端。

　　在制漿過程中， 因其控制點多而復雜， PLC 主站采用大型控制器組成自動化中心控制系統， 系統可以集中放置， 也可以分散安裝在現場遠程I?O 站。變頻器完成制漿過程中變速設備的驅動。變送器將液位、溫度、壓力、流量和濃度實時數據轉換成4～ 20 mA 的標準信號， 發送到遠程 I?O 站。那些控制要求復雜的設備， 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 系統連網。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， 配置數臺觸摸屏或 2 臺上位監控機， 作為普通級操作員站或工程師站， 對現場設備進行操作和控制。各站點之間用 1 根二芯屏蔽電纜—— PRO F IBU S2D P 總線連接。其結構如圖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， 主要從站是變頻控制器， 觸摸屏取代了原來的操作臺。根據產品品種的不同， 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結起來。紙機傳動中負荷分配既可在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。其結構如圖2 所示。 容易擴展并具備各種網絡通訊能力; 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字、模擬 I?O 單元，

　　3 小 結

上述 2 例結構原理， 是我們在實際工作中成功的典型例子。DCS 控制系統的應用， 大大增強了生產自動化的水平， 提高了產品質量和生產效率， 減輕了操作人員的勞動強度， 方便了工人的維修保養等等。正是DCS 控制系統諸多的優點， 這種控制方式才得到了越來越多的應用。