国内制浆造纸自控及仪表的现状与发展趋势探究

国内制浆造纸自控及仪表的现状与发展趋势探究

花春峰 王新 李怀亭

濮阳龙丰纸业有限公司 河南濮阳 457000

摘 要:制浆造纸有一套繁琐的工业流程，对于这一流程的控制目前还不是很完善，随着科技水平的进步，以现场总线为中心的自动控制系统迅速发展，使得造纸业工艺流程得到优化。文章介绍了我国制浆造纸自控及仪表的现状和发展方向，论证了自动控制系统应用于制浆造纸业的优势，并进行相关探究。

关键词:自动控制；仪表；通讯；制浆造纸

1 引言

目前，传统制浆造纸的自动控制水平较低，以纸机电气传动控制以及制浆部分工艺流程的仪表控制为主，其余的控制多是依靠人为干预完成的。随着我国工业水平的发展以及国外成熟技术的学习，近年来我国造纸业的自动化水平在一定程度上得到了提高，造纸企业对制浆造纸中的重要工艺环节的自动化水平的提升较为重视，在盘磨、配浆、纸机传动以及水分定量检测的自动控制方面取得了一定的成绩。

2 国内制浆造纸生产现状

2.1 制浆过程

制浆过程主要通过对纸浆液位、浓度、流量以及压力和温度的控制在蒸煮、磨浆和纸浆搅拌环节实现自动化水平的提升。电机的启停与转速的调节、电控阀的通断、储罐与管道上阀体的工艺参数的设定，是控制的重点。以前，国内制浆机械自动化水平较低，设备性能单一，综合性差。近年来，随着科技水平的提升，部分生产设备的自动化水平得到显著提高，尤其是在盘磨、挤浆、冷却、配浆以及上浆浓度控制方面取得较大进步。

制浆环节主要以二次仪表为控制元件实现单回路以及多回路的自动控制，所以该过程的自动控制系统也可以理解成是继电器逻辑控制与仪表控制技术相结合的成果。该系统的运行相对独立，与其他系统间较少。随着电气集成技术的进步，尤其是PLC控制技术的出现与发展，制浆生产从开始简单的顺序调整、逻辑控制层面转向对伺服电机、电磁阀的联动控制，并通过二次仪表实现电气回路的自主调控。随着PLC技术的不断完善，制浆工业中PLC控制技术得到越来越广泛的应用。

1.2制造纸过程

同制浆过程相比，纸机装备本身自动化水平相对较高，数字式驱动器的引入，提高了造纸生产过程的控制水平。造纸过程的自动化控制主要集中纸机的传动控制方面。实际生产中，每个工厂需要生产的纸的种类较多，而不同种类的纸对于纸机的转速有着不同的要求，这就必须让纸机转速有较大的调节范围，生产过程中依据不同纸张的特点、浆料的配比情况作出相应的调整。此外，电网的电压、电网负载、交变电流的频率等都是不稳定的，会干扰纸机的运行速度，导致纸张烘干过程受到影响，纸张产生纵向收缩，从而导致成品纸质量水平低的结果。所以，纸机的传动控制必须处于精确控制之中，对于造纸过程中使用的大功率定速电机通常使用软启动控制器来提高其启动性能。此外，鉴于传动控制对于纸机的重要性以及纸机的多点式传动机构对自动控制的高要求，目前国内大型制浆造纸企业基本上会选用综合性的PLC控制系统、矢量变频器与计算机管理系统来实现纸机传动控制的协调性和精确性。

2 发展趋势

2.1 控制系统以现场总线为中心

随着制造工业向集成化、自动化的发展，电气控制系统也需要具有更好的开放性和综合性，满足生产企业对不同装备系统间的信息交互能力的高要求。为了提高现代企业生产的自动控制水平，现场总线控制系统（FCS）被引入并得到较快发展，开放的现场总线控制系统具有高度的，不仅提高了工业生产各模块的集成性，又增强了各独立系统间的信息交互能力。FCS作为开放的通信网络和全分布式的控制系统，提高了对制浆造纸生产控制的便捷性。

2.1.1 全集成自动化思想

近年来，计算机技术、互联网技术飞速发展，电气自动化控制技术也得到较大的技术支撑，现代工业对于自动化生产的控制过程中数据库的要求不断提高，生产线的不同设备通过相互调用数据库实现信息的共享，数据交换的频率大大增加，在此背景下高度集成的工业自动化控制思想应运而生。全集成自动化控制理论简单来说就是将先前多个系统共同运作实现的功能整合到单个系统中，简化系统的构成，优化系统的功能，大量接口元件的减少，降低了成本，提高了系统稳定性，也弥补了上位机和工控机在自动化控制系统中的不足，实现了通讯、数据处理、组态与编辑软件的统一管理。

2.1.2 现场总线

现场总线是FCS技术的根本，“现场”更多时候指的是现场的设备，“现场总线”的本质其实是一类总线通信协议，该协议一旦被确定，相关的关键技术设备随之被确定，它是未来工业电气自动化控制技术的发展方向，具有相当的先进性。我国目前使用较多的现场总线技术为PROFIBUS，该系统时效性好、技术成熟，在工业生产自动化控制领域表现稳定，主要用于信息监测与交换、现场管理等，该技术是在国际标准EN50170上发展起来的开放性总线系统，在全世界范围内得到广泛应用。

2.1.3 仪表

随着自动控制系统控制模式的转变，仪表类设备也要从模拟性、智能性向现场总线型过渡，以满FCS技术的要求。现场总线控制系统联合了控制中心到生产现场的全过程，信号传递方式也随着从点到点变成了多点一线的串行式。现场总线型变送器继承了智能性变送器优良的测量性能，新增了运算控制功能，通过对逻辑运算、累加、PID控制等模块的控制，生产管理者可以在终端设备上通过相关软件实现现场的参数控制。

2.2制浆过程内容控制全面化控制方式专业化

制浆造纸生产对工艺流程的连续性要求较高，自动控制系统的控制内容和控制方式需要根据生产需要适当调整，以便更好的实现制浆造纸的全过程控制。控制内容方面，随着生产系统的不断升级和日趋复杂化，控制系统的控制内容也需要不断补充，控制模式不断优化。控制方式层面，通过自动控制系统的自我诊断与自适应等功能，加入容错等先进算法，提高自动控制系统的稳定性和可靠性，结合国内制浆造纸业的装备自动化水平生产现状，针对性的设计软件控制系统，提高对实际生产的自动化控制效果。

3 结语

制浆造纸工业工艺复杂，对技术水平要求高，生产过程的控制较为困难。鉴于当前我国制浆造纸工业的整体自动化水平较低的情况，我们要先建立起基础的造纸自动化平台，再逐步提升整个生产过程的自动化水平。在创建自动化系统时，应结合相关工艺的要求相应的调整系统的配置，熟练的掌握控制系统的硬件特征与软件的使用，并满足信息化的管理需求，为生产管理部门对工艺参数的调整、资源的调度提供方便，从而提高制浆造纸的整体自动化水平。

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