制浆造纸DCS系统(上)

一、DCS系统的作用

1、扩大生产规模
现代企业为了提高市场竞争力、降低生产成本、提高产品质量,正逐步向大型化、高度自动化发展。
理论上所有生产过程可由人来判断并进行手动控制,在老式、低速生产线上经常可以看到这种控制方式。但在现代化、高速运行生产线上再熟练的操作人员也根本不可能跟上快速运行设备的节奏,根本不可能达到及时控制生产工艺参数的要求,而且再熟练的人员也会犯错,一旦出错可能会对生产设备产生灾难性的影响。
所以越先进的生产线,就越需要一套先进的自动化控制系统去实现快速、准确地调整生产中重要的工艺参数,或在紧急突发事件中快速响应以保护生产线上昂贵的设备,这种控制系统就是我们所说的DCS系统。
2、配合先进设备使用
现在许多新型的制浆、造纸设备必须配合自动化控制系统使用,比如鼓式碎浆机、纤维分级筛、多园盘白水回收装置、蒸汽冷凝水系统以及QCS系统等等。这些设备从设计上就摒弃了人工操作的方式,只有通过自动化控制系统才能使这些设备发挥功用。
3、强化生产管理
生产过程中的历史数据、趋势、报表、报警信息对生产管理具有不可估量的意义。传统人工记录既不准确也不及时。现在由自动化控制系统完成数据的采集和整理归档,并可向智能工厂直接提供这些数据,实现指导、分析生产管理。
4、提高产品质量
好的产品质量必须是由连续、稳定的生产线实现的。自动化控制系统最主要的目的就是为工艺生产提供稳定的保证。
5、降低生产成本
同样,连续、稳定的生产线生产成本是最低的。自动化控制系统有效有效的避免了频繁启停带来的资源浪费,同时还在生产中提供最合理的生产原料配比。另外,自动化控制系统还节约了大量的重复劳动,节约了人力资源。



二、DCS系统的组成
DCS系统通常由五部分组成:过程站、I/O单元、操作站和工程师站、通讯网络、操作控制软件
过程站
过程站一般又称为控制器,是自动化控制系统中的核心部件。主要担负的功能有:各种信号的处理和计算、各种控制算法的计算和实现、逻辑功能的计算和实现;网络功能的实现、报警信息的处理、历史数据的处理等等。
过程站的各种功能的实现必须结合相应的平台组态软件。在平台软件中对过程站进行功能、网络、报警、历史数据处理等组态及下载后,过程站开始各作。
合理选择控制器,就能合理选择最合适的控制系统。对控制器的基本要求是:足够合理强大的功能、经得起考验的电气和机械性能、开放的通讯体系、合理的价格。
过程站必须具有的功能:
● 逻辑连锁功能;
● 报警监视;
● 复杂控制运算功能;
● 模拟量值计算;
● 开关量值计算;
● 趋势、报表、统计功能。




过程站

I/O单元

现场仪表传送的是4-20mA或0-10V的模拟量信号,现场执行机构接受的也是这样的模拟量信号,而过程站所能识别和处理的是2进制的数字信号,因此仪表和电气设备的信号的输入输出需要相应的I/O单元来实现。I/O单元的主要功能就是将现场仪表或电机的输入电信号转换成过程站能识别的数字值。同时,将过程站处理后的数字值转换成相应的电信号输出到现场执行机构和电机。

I/O单元必须要具备足够稳定的电气和机械性能才能胜任在各种条件下正常工作,比如强电磁干扰、严重的水蒸汽和灰尘、高频振动、浪涌等等。

I/O单元还必须要能实现灵活布置,可根据需要布置在任何地方。高度可靠要求的DCS系统中I/O单元还必须具有故障的自诊断功能、宽电热插拔、冗余等功能。

操作员站和工程师站

操作员站是一台用于操作、监视、报警、趋势显示、记录和打印报表的PV机。操作员站通常装有操作软件以完成上述功能,并且是通过通讯网络同过程控制站相连。

工程师站是一台用于组态过程控制软件,诊断、监视过程控制站运行情况,供QCS工程师开发、测试、维护DCS系统使用的计算机。根据系统规模大小,操作员站要求能够灵活布置。在小规模的应用中通常将操作员站兼作工程师站。

通讯网络

DCS中一般采用两层通讯网络结构:过程级和操作级。

过程级通讯网络:现场I/O模块,特别是模拟量的采样数据(机器代码,213/扫描周期)十分庞大,同时现场干扰因素较多,因此应该采用数据吞吐量大、抗干扰能力强的网络通讯标准,一般也成为现场总线通讯标准。

现场总线硬件基于R485等工业设备上广泛支持的通讯方式,符合现场通讯的要求。

操作级通讯网络:I/O的采样数据经CPU转换后变为整形数据或实形数据,在操作级网络上传输。因此操作级网络可以采用数据吞吐量适中、传输速度快、连接方便的网络标准。同时因操作级网络一般布置在控制室内,为抗干扰的要求相对较低。支持TCP/IP协议标准以太网就是一种常用的操作级通讯网络。

海天DCS系统使用的操作级通讯网络为工业以太网。介质有光纤、粗缆、双绞线多种。过程级通讯网络为PROFIBUSDP网络。





软件

DCS系统的软件分为两种:操作软件和组态编程软件。

操作软件安装在操作员站上,由普通操作员,实现对生产线设备和工艺参数的控制。

组态编程软件安装在工程师站上,实现DCS系统的设计组态和系统的维护。

DCS组成部分中的前4点是构成一个DCS系统的基础,而软件才是一个DCS系统的灵魂,操作方便、美观、安全、易学、符合用户生产需要的软件才是一个合格的DCS系统软件。

海天斯威福特具有多年专注于制浆造纸行业自控领域的先进经验,海天斯威福特通过各种大小纸机自动化控制系统项目的成功应用。已经提炼出用于各种制浆造纸生产线的控制软件模块。

这些控制模块一方面都经过了现场的反复测试,将会极大地缩短调试时间和试车成本。

另一方面是海天与用户长期沟通的集大成。能充分满足中国制浆造纸用户使用习惯和要求。

三、海天制浆、造纸行业解决方案

海天自动化系统最显著的特点就是自由的伸缩。我们将为用户量身定做最适合的自动化控制系统,当然,可以是控制局部工艺或设备的小型系统,可以是控制部分工艺或设备组的中型系统,还可以是贯穿全厂的,从制浆到成纸,从碱回收到水处理的大型控制系统。

1、蒸煮自动控制系统

在高温、高压及强碱作用下,料片发生脱木素反应,将料片中的纤维细胞(纸浆)分离出来。蒸煮过程主要控制碱液计量、蒸煮升温曲线、自动小放汽、H因子及K值预报,以达到稳定、优化蒸煮工艺的目的。
一般蒸煮方式分为蒸球蒸煮、立锅蒸煮或连续蒸煮。

主要控制功能:

◆ 蒸煮液制备控制;

◆ 蒸煮升温曲线控制;

◆ 蒸煮压力报警;

检测H因子,自动补偿蒸煮终点;

◆ 锅炉气压低于控制值时,自动补偿蒸煮时间。



▲ 蒸球蒸煮自动控制

·蒸煮液制备控制;
·蒸煮升温曲线控制;
·蒸煮压力报警;
·检测H因子,自动控制蒸煮終点;
·蒸球气压低于控制值时,自动补偿蒸煮时间。




▲ 立锅蒸煮自动控制

·蒸煮液制备控制
·蒸煮升温曲线控制;
·小放汽控制;
·检测H因子,自动控制蒸煮終点。




▲ 连续蒸煮自动控制

·蒸煮液制备控制;
·喂料计量控制;
·反喷控制;
·蒸煮压力及温度控制;
·检测H因子,蒸煮立管液位控制。


2、洗选漂自动控制系统

筛选:将煮好的粗浆中的重杂质、未煮熟粗渣利用压力筛筛选分离除去,得到纯净的良浆。筛选过程主要控制进浆浓度、筛选压差、排渣量。
洗涤:利用真空置换洗涤或压榨置换洗涤方式浆纸浆中的废水(黑液)分离出来,得到干净的良浆供漂白;分离出来的高浓度、高温度黑液供碱回收系统回收蒸煮化学药品。通常采用真空洗浆机或压榨洗浆机,主要控制进浆浓度、洗浆机及黑液槽液位、清水用量及温度。
漂白:使用含氯漂白剂(氯气、次氯酸盐)或者无氯漂白剂(氧气、双氧水)将洗净的纸浆中的木素发色基团破坏溶解除去。漂白过程主要控制药液计量、反应温度、压力、进浆浓度、PH值,达到稳定纸浆白度同时降低纤维降解目的、减少原料浪费和污染环境。




▲ 筛选自动控制

·进筛选系统浓度和流量控制;
·筛选系统排渣率控制;
·筛选系统稀释水量控制;
·筛选设备进出口压差控制;
·筛选设备自冲洗操作和设备连锁控制。