年產0萬噸高強瓦楞紙項目中的應用

1、.年產10萬噸高強瓦楞紙項目中的應用MACS在銀河紙業(yè)年產10萬噸高強瓦楞紙中的應用 一、前言銀河紙業(yè)股份有限公司根據國內紙品市場的需求，于2001年上馬了一套10萬噸/年高強瓦楞紙生產線，北京和利時系統股份有限公司的MACS系統憑借其優(yōu)良的產品性能贏得的市場口碑和和利時公司在造紙行業(yè)的業(yè)績被選用作為該項目的控制系統。2002年6月份，該項目成功開車并正常生產，2002年底，銀河紙業(yè)公司又上馬了與一期項目規(guī)模相同的二期工程，控制系統同樣是MACS系統。一期項目與二期項目的控制系統的軟硬件完全相同，在以下的說明中，均是以一期的控制系統為例來說明的。二、工藝概述及控制要求1、 工藝概述本生產裝置是

2、使用麥草為原料生產瓦楞紙的面紙。選用上海造紙機械廠生產的4400/600的高速紙機，生產效率高、產品質量穩(wěn)定。整個裝置分為半化學漿車間、抄造車間、廢紙車間三個部分。半化學車間是漿料制備車間，把麥草制成可以抄造紙頁的紙漿；抄造車間包括輔料制備、打配漿、紙頁抄造幾部分；廢紙車間主要是用收購來的廢紙進行脫墨、打漿來制作紙漿。因為生產的是瓦楞紙的面紙，在半化學車間制取紙漿時沒有漂白工序，也沒有堿回收車間。1.1、半化學車間半化學車間包括備料、連蒸、磨漿、洗漿、篩選等工序。主要的工藝過程是：首先把麥草料粉碎、除雜，這一過程是在備料工段來完成的。然后把處理后的麥草段送到連蒸器里進行連續(xù)蒸煮，該裝置的蒸煮設

3、備選用的是單斜管式蒸煮器，在蒸煮工段，麥草段被蒸煮變?yōu)闈{料。接著蒸煮之后的漿料被送到磨漿機磨漿，在此，漿料被打碎到一定的叩解度，之后漿料被送到洗篩工段。從洗篩工段出來的紙漿將被送往抄造車間。1.2、抄造車間在抄造車間，按照功能大致分為三部分：輔料及配漿工段、紙機濕部工段、紙機干部工段。輔料及配漿工段包括輔料制備、配漿系統和白水系統。紙機濕部包括水系統、真空系統、流送系統等。紙機干部包括通風系統、QCS、紙機傳動等。1.3、廢紙車間廢紙車間主要是用收購來的廢紙進行脫墨、打漿來制作紙漿。該車間包括碎漿、除雜除沙、脫墨、篩漿等工段。2、 工藝對控制系統的要求2.1、 自動化水平要求此生產裝置為企業(yè)新

4、建裝置。企業(yè)原有的生產線大多為手工操作，基地式儀表較多。存在著操作工人強度較大、數量較多；勞動生產率低；質量不穩(wěn)定；產量很難提高等現象。為了擺脫這種不利處境，在該項目上馬時，銀河紙業(yè)公司就選用了技術先進、系統穩(wěn)定的MACS系統作為裝置的控制系統。2.2、半化學車間主要工藝的控制連蒸工段：該項目是堿法制漿，采用單斜管蒸煮器，連續(xù)蒸煮系統生產具有連續(xù)性，因此對自動控制要求較高。要控制的目標：蒸汽和動力消耗均衡；堿液濃度、流量、溫度；蒸煮管轉速；蒸煮管溫度；蒸汽壓力、流量；從而達到控制成漿質量的目的。計量器VI1測量原料進入量，蒸煮管內螺旋推進器的轉速VI3反映出蒸煮時間。蒸煮溫度和壓力非常重要，直

5、接影響蒸煮質量，TIC1和TIC3兩個溫度控制回路來調節(jié)蒸煮器內的溫度，保證蒸煮器內的溫度相對穩(wěn)定。LIC1、LIC2、LIC3和FIC1構成堿液濃度調節(jié)系統，其中FIC1調節(jié)濃堿和黑液的配比，通過堿液濃度調節(jié)系統和流量調節(jié)系統FIC3來穩(wěn)定用堿量和液比。從而，保證原料量、用堿量、液比、蒸煮溫度和時間的穩(wěn)定，保證蒸煮質量的穩(wěn)定。打漿工段：打漿的目的是通過打漿的機械作用，處理水中的紙漿纖維，使其發(fā)生物理化學變化而獲得一些特定的性質，以滿足紙或紙板生產的質量要求。打漿工段主要控制的是漿的叩解度。通過檢測進入打漿機的紙漿流量、濃度的參數，這兩個參數相乘就是紙漿的絕干量。通過濃度信號來控制進未磨紙漿儲

6、槽的進清水量，從而達到控制進磨漿機紙漿濃度的目的。通過控制進磨漿機紙漿的閥門開度大小用來調整進打漿機紙漿的流量。對打漿度的控制是打漿機控制的難點，也是打漿機控制的重點。首先，打漿機的磨電機、進/退刀電機均為變頻器控制。當打漿的量為一定的值時，也就是說，當打漿的紙漿絕干量為一個常量時，磨電機的電流值與紙漿的打漿度（叩解度）成某一個曲線特性，當打漿度為一個常量時，磨電機的電流值與打漿的紙漿絕干量成一個正比的關系。因此，用紙漿絕干量（紙漿流量、濃度的乘積）乘以磨電機的電流值得出一個變量，然后把這個變量作為紙漿打漿度的一個表征變量，用這個信號來控制打漿機的進/退刀電機。這個控制方案對打漿機的控制能取得

7、比較好的控制效果。打漿機控制方案圖篩洗工段：制漿的方法多種多樣，但在制漿的過程中難免會帶有夾雜物，如未分蒸解分、粗纖維束、粗木條，或泥砂、沉淀物、鐵銹等雜物。這些雜物如果不除去，不僅會損壞機器使生產不能正常進行，而且會紙頁或其他最終產品出現嚴重的質量問題。篩漿機和除砂器部分自動化較高。篩漿機控制主要流程如下：篩洗工段的控制內容1、進洗漿機的紙漿濃度與流量控制 篩漿機控制方案流程圖2、各段洗漿機的漿料液位控制3、洗漿機洗滌水流量控制4、后段黑流槽與前段洗漿機洗滌流量均勻控制5、黑液槽黑液密度檢測6、洗漿機轉鼓速度控制（洗漿機帶變頻器）7、進洗漿機熱水溫度與流量控制8、進振動平篩的漿濃度與流量控制

8、（含稀釋流量）9、壓力篩進漿口與良漿出口差壓檢測及良漿閥與尾渣閥的遙控操作，防止和排除篩孔（縫）堵塞。自動反沖洗控制：A、  在保證設備水封要求情況下，水封壓力不能低于下限，超過下限要自動停車，超過上限要自動報警。B、  P=P1-P2,根據不同漿流量與不同規(guī)格篩孔（縫）配置，P要求也不同，一般P3448KP,正常值取40KP，系統設定上限報警值一般在100KP。 、  當篩筒堵塞時，P2值下降，P34KP時，V2快速關斷。  當P恢復到正常值時，V2緩慢打開。  初始時，P4-8KP開始打開V2。  V1固定閥位連續(xù)排渣。P76KP

9、時，DCS報警，此時一般P2=0,即良漿出口F=0。篩筒需用人工清洗。 周期性控制：根據原料不同，采用周期性控制，降低尾漿排放量，自動反沖洗控制。 通過上面的控制調節(jié)作用使洗漿機的上漿濃度、漿層厚度、漿料液位、洗滌水流量、洗滌液溫度等影響冼滌效果的因素，也是操作工藝參數穩(wěn)定在合適的范圍內，以保證洗滌過程正常運行。穩(wěn)定篩選段進漿濃度與流量，稀釋水流量，壓力篩進漿口與良漿出口的壓差，防止和排除篩孔堵塞，使得篩選凈化過程得以正常運行。除砂器流程圖除砂器控制過程說明程序開始：1、 關閉沉砂閥22、 打開排砂閥1和沖洗閥3除砂器開始排砂，并延時10秒。3、 關閉排砂閥14、 打開排氣閥4除砂器開始排氣，

10、并延時15秒5、 關閉沖洗閥3和排氣閥4。6、 打開沉砂閥2除砂器開始沉砂，并延時15分鐘。至此完成一個循環(huán)。2.3、抄造車間主要工藝的控制輔料制備：在造紙行業(yè)，生產不同種類的紙張可能需要不同種類的輔料，不同種類的輔料的工藝流程和工藝要求也不同。在該項目上，輔料有淀粉、礬土、松香膠等。制備的過程是間歇式的，要控制的內容是配料控制、反映溫度曲線控制等。輔料制備控制流程圖配漿系統：配漿控制的目的是使各種紙漿、輔料等能夠按照一定的比例配置。其中各種漿液的加入量使用比例控制，設定值為預先設定的數值進行。并且，這些流量比例控制均受到配漿池液位信號的連鎖控制。即：當配漿池液位達到高高限時，流量閥門全關，同

11、時，自動關閉相關的漿液輸送泵，當配漿池液位達到低限時，流量比例控制程序恢復控制，同時自動啟動相關的漿液輸送泵。配漿控制流程圖濕部系統：流漿箱是抄紙過程中的一個重要設備，其主要控制參數有三個，即漿的液位，唇板處的總壓及漿/網速比。總壓控制可使噴射到網上的紙漿的速度保持連續(xù)一致，從而保證紙纖維分布均勻。液位控制的目的為了獲得紙漿流域以保持適當的湍流來限制纖維的絮聚。漿速/網速比對紙頁的成開有和結構有著決定性的影響，是影響成紙物理性能的重要因素。 流漿箱控制流程圖1、流漿箱液位控制通過調節(jié)成漿池泵出口管道上的閥門開度大小來控制從成漿池到流漿箱的制漿流量以及紙漿總量，從而達到控制流漿箱液位的目的。閉環(huán)

12、控制回路的被控量就是流漿箱液位。 2、流漿箱唇板處的總壓控制對流漿箱的控制一般來講遵循一下原理：V2=2gh 其中：V噴漿速度（m/s） g重力加速度（9.8m/s2） h總壓頭（m） 上述公式說明：要想維持從流漿箱到濕部網上的流漿具有必要的噴漿速度，流漿箱內的壓頭必須隨網速的平方成正比變化?，F在所采用的兩種：敞開式和密封壓力式。一般來講，敞開式流漿箱只適用于工作速度在200m/min以下的紙機，新式的高速紙機的流漿箱基本上都選用密封壓力式流漿箱。在成漿池出口泵（即進流漿箱漿泵出口）設置調節(jié)閥，通過調節(jié)該閥門的開度大小來調節(jié)流漿箱的液位。3、漿速網速比控制 紙頁在網上成形時受到紙料在網上的沉積

13、速度、堰口噴漿速度與網速之間的關系的影響。有些紙為了最佳成形要求堰口噴漿速度比網速稍快。實際上，這時紙料在網上產生前涌，因此稱這種現象為超前。多數紙種要求堰口噴漿速度大，結果會導致網對紙料有一種牽引作用，這種現象被稱為滯后。 網速通過測速編碼器來測得，但流漿箱的堰口噴漿速度可以通過V2=2gh來取得。為了控制堰口噴漿速度V，可以通過控制h來實現。即就是控制流漿箱內部壓力。 流漿箱內部壓力控制方式為比例控制。流漿箱內部壓力PID調節(jié)的給定制為：ST-1201×ST-1201×比例系數。干部系統：烘缸三段供汽要求控制每一段的溫度壓力以及流量等參數，但是，這些參數在系統三段之間相

14、互影響較大，要控制使得每一段都具有不同的溫度和壓力，即使蒸汽總壓力或各段壓力受到外界干擾而波動。三段供汽控制流程圖三段供汽是根據干燥溫度要求，把整個干燥部的烘缸分為三段（三群）各段間進汽總管與乏汽總管用閥門隔開。通汽方式是首先將新鮮蒸汽通入要求較高溫度的一組烘缸中，然后將這些烘缸排出的冷凝水和乏汽（尚未冷凝的蒸汽）導至水汽分離器，析出二次蒸汽，送入要求溫度稍低的一組烘缸中，再將這一段烘缸排出的冷凝水和乏汽送至水汽分離器，在排出二次蒸汽，供最后一組烘缸使用，最后一組烘缸要求溫度最低，由最后一組烘缸排出的冷凝水和蒸汽，也必須送至水汽分離器，冷凝水送回鍋爐房使用（其它兩組烘缸的冷凝水也同樣送回鍋爐房

15、使用）。為了有效地排出冷凝水，并利用二次蒸汽，各段烘缸之間必須維持30千帕以上的差壓，在這個系統中，除了蒸汽自然循環(huán)外，還有連接最后一段冷凝水管上的真空泵來加強循環(huán)，真空泵使最后一組烘缸和冷凝水管間與其他組烘缸造成必要的壓力差，可排出進入烘缸的空氣。 2.4、廢紙車間工藝控制要求碎漿、除沙除雜、篩漿工段的工藝控制要求基本與制漿車間（半化學車間）相同。3、系統規(guī)模 整個項目分三個車間，其控制測點均為常規(guī)測點，即：420mA模擬量輸入測點（AI測點），Pt100模擬量輸入測點（Pt100測點），420mA模擬量輸出測點（AO測點），干觸點開關量輸入測點（DI測點），繼電器開關量輸出測點（DO測點）

16、?？刂埔?guī)模如下表所示：車間半化學車間抄造車間廢紙車間小計AI 測點16827180519Pt100 測點824840AO測點11212824264DI 測點256160112528DO測點448304112864小計9928873362215三、控制系統的實現1、控制系統的選擇 利用在造紙行業(yè)應用比較成功的集散控制系統對生產過程中電氣、儀表等反映的工藝設備參數進行集中管理。銀河紙業(yè)公司經過對國內外控制系統性能、價格、過程服務、工程能力的綜合分析比較，最后決定選用由北京和利時系統工程股份公司生產的新一代現場總線DCS產品MACS系統。2、控制系統的特點MACS系統是基于現場總線技術設計的新一代D

17、CS系統。具有如下特點：a.危險分散措施過程I/O單元采用的智能化設計方法，可有效地將部分控制或采集運算分散到各I/O單元，降低主控單元的負擔，提高可靠性。另一方面，一旦主控制器發(fā)生故障，各單元仍能完成基本的輸入輸出功能。如控制輸出的自動保持功能，回路控制的獨立執(zhí)行等b.故障隔離措施所有過程輸入輸出單元都采用可靠的光電隔離技術，使各單元之間和單元與上位機之間的CPU無任何電氣聯系，從而提高系統的抗干擾能力、可靠性和安全性。在同一單元的不同通道間及邏輯功能側和現場信號側，也提供了隔離措施，可消除由于現場地電位差對系統造成的損壞。c.迅速排除故障措施現場控制站的所有單元上均帶有CPU，每單元均可進

18、行周期性自診斷。診斷主要包括CPU與內存等的自檢、開關量輸出回讀比較、模擬量輸入通道的正確性比較判斷、模擬量輸出通道的正確性比較等。診斷結果每秒鐘都上傳到上位機的系統狀態(tài)圖中顯示d.各種運行提示系統中所有單元上均有狀態(tài)指示燈包括運行燈、故障燈、網絡通信燈等。e.可帶電插拔一旦發(fā)現故障，可帶電對故障單元進行更換。由于采用了特殊保護措施，系統中所有過程I/O單元均可帶電拔插，對系統的運行不會產生任何影響。3、控制系統的結構該項目分為三個車間，因此把DCS系統也劃分為三個相互獨立又相互聯系的子系統，每個子系統各自成為一個完整的DCS系統，同時，通過MNET網段把三個子系統聯起來，實現數據和資源的共享

19、，通過設置和登錄不同級別的用戶，可以在一個子系統上對其他兩個子系統進行監(jiān)視和操作。系統結構圖如下所示：其中：半化學車間設立兩個現場控制站，4個操作員站，其中兩個操作員站兼作服務器站，其中一個操作員站兼作工程師站，分別安裝于兩個控制室。抄造車間設立三個現場控制站（分別為調漿工段、濕部工段和干部工段現場控制站），6個操作員站，其中兩個操作員站兼作服務器站，其中一個操作員站兼作工程師站，分別安裝于三個控制室。廢紙車間設立一個現場控制站，一個擴展柜，2個操作員站，其中兩個操作員站兼作服務器站，其中一個操作員站兼作工程師站，安裝于廢紙控制室。服務站主要負責對域內系統數據的集中管理和監(jiān)視，包括：報警、日志

20、、等事件的捕捉和記錄管理，并為域內其他各站的數據請求（包括實時數據、時件信息和歷史記錄）提供服務和為其他域的數據請求提供服務。工程師站（由操作員站兼任）完成組態(tài)修改及下裝，包括：數據庫、圖形、控制算法、報表的組態(tài)，參數配置，操作員站、服務站、現場控制站及過程I/O模塊的配置組態(tài)，數據下裝和增量下裝等。操作員站進行生產現場的監(jiān)視和管理，包括：工藝流程圖顯示，報表打印，控制操作，歷史趨勢顯示，報警管理等?，F場控制站又稱I/O站，是MACS系統實現數據采集和過程控制的重要站點，主要完成數據采集、工程單位變換、控制和聯鎖算法、控制輸出、通過系統網絡將數據和診斷結果傳送到系統服務器等功能?，F場控制站由主

21、控單元、智能IO單元、電源單元和專用機柜四部分組成，在主控單元和智能IO單元上，分別固化了實時控制軟件和IO單元運行軟件?，F場控制站內部采用了分布式的結構，與系統網絡相連接的是現場控制站的主控單元，冗余配置。主控單元通過控制網絡（CNET）與各個智能IO單元實現連接。 MACS系統采用FM1系列I/O模塊及DP主站組成現成控制站，采用ProfibusDP現場總線技術，構成先進的、可靠的DCS分布式控制系統。I/O模塊和底座組成現場模塊單元（FMU），在現場總線控制系統中成為DP從站。現場控制站主要由I/O模塊、底座、電源模塊、終端匹配器、DP主站接口卡組成。4、MACSII系統的網絡結構 MACS系統的網絡由上到下分為管理網絡、系統網絡和控制網絡三個層次，管理網絡實現工程師站、操作員站、打印服務站、高級計算站與系統服務器的互連，系統網絡實現現場控制站與系統服務器的互連，控制網絡實現現場控制站與過程I/O模塊的通訊。 MACS系統網絡采用可靠性高的雙冗余結構，應用時可以保證在任何一條網絡失效的情況下都不影響系統通信。系統的網絡的拓撲結構為星型，中央節(jié)點為服務器。管理網絡(MNET)由100M高速冗余以太網絡構成，用于系統服務器與工程師站、操作站、高級計算站的連接，完成工程師站的數據下裝，操作員站、打印服