輔助控制在紙機控制系統中的設計

趙東明 韓擁春

摘 要： 本文主要介紹了造紙機的輔助控制系統在紙機系統的控制內容和系統集成以及方案設計。在實際應用中，全面的紙機輔助設備的控制和監測，能夠全面提高造紙機的自動化裝備水平，提高了生產管理水平和生產效率，并減少減輕操作人員的勞動強度。

關鍵詞： MCS網絡；遠程IO站；控制功能

隨著造紙工業的飛速發展，國內紙廠DCS系統和紙機主傳動控制系統得到廣泛應用，但紙機的輔助控制系統也就是MCS系統，應用很少或者只是一些輔助電機的簡單現場操作和信號聯鎖，缺乏綜合而全面的輔助設備的狀態監視和控制，這也是我國目前與國外先進紙機的自動化裝備水平的主要差距。

1、紙機輔助控制的主要部分

通常，一條紙機生產線包括網部、壓榨部、前烘干部、施膠后烘干部、卷紙機等幾大部分，具體包括各傳動點的稀油站、相應液壓站的加壓控制、網毯干網的張力檢測、網壓部的高壓噴水管移動電機控制、網毯跑偏檢測和聯鎖、導輥升降、引紙繩的張緊、自動引紙吹風、刮刀電機移動、刮刀的抬起和加壓、氣罩門的升降、引紙水針的控制、全輻斷紙裝置、卷紙機的自動換卷等氣控、液控和電控設備。

紙機的輔助控制系統，我們稱之為MCS系統。

2、MCS系統的的硬件設計

針對造紙機的設備配置和工藝要求的研究分析，采集各設備和信號檢測點的IO信號，可為紙機的輔助設備提供一個全面的自動化控制系統解決方案。整個MCS系統，建立以CPU為核心的主站和若干個遠程IO站，采用通用工業協議構建控制網絡，現場的操作根據工藝要求采用現場按鈕控制和現場操作屏以及上位機進行操作控制相結合，它能夠讓用戶通過工業網絡方便的實現實時控制，系統組態和數據采集，將所有的組件無縫的集成在一個自動化系統內。高性能的工業CPU處理器集成了EtherNet/IP接口，可以對驅動器和現場操作臺HMI設備連接實現相關通訊控制。我們以紙機對應的網部、壓榨部、前烘干部、施膠后烘干部、卷紙機等六大部分，設立6個現場操作臺作為遠程IO站，就近IO信號分別進6個現場操作臺的IO站，同時EtherNet/IP網絡能夠提供一整套控制、組態以及數據采集服務。EtherNet/IP使用TCP/IP實現通訊/信息交換服務，使用UDP/IP實現控制應用的I/O通訊服務。這種基于廣泛采納的標準的組合使得該網絡具有同時支持信息數據交換和實時控制應用的功能，是目前應用實例最多的實時工業以太網現場總線產品。

以太網還被用來連接上位機操作員站、工程師站和過程控制站，實現報文數據的高速傳輸，為操作員迅速、準確、有效的干預系統、在線修改參數和設置系統工作方式提供了必要的物質基礎；作為開放式的公共信息網，它為MCS控制系統與其他第三方控制系統（如傳動系統，QCS系統，DCS系統，MES系統）之間的通訊提供了標準的網絡接口，同時也構成了未來工廠信息網的一個部分。

3、MCS系統的的網絡結構

下圖為MCS系統的網絡拓撲圖：

4、MCS系統的的控制和聯鎖功能

紙機生產線包括網部、壓榨部、前烘干部、施膠機、后烘干部、卷紙機等， 現場各設備IO信號就近接入相應現場操作臺內IO站，程序功能實現和滿足工藝控制和聯鎖邏輯要求，把聯鎖條件信號傳輸給紙機主傳動控制系統，以保證紙機主傳動設備的正常運行和設備安全，各檢測信號和設備運行狀態在上位機實時監控和及時報警并自動記錄和存儲數據。

網部包括底網啟動、面網啟動允許條件、聯鎖停機條件等，如需啟動底層網，需要滿足自動張緊器已張緊、急停信號未輸入、吸移輥不在下降限位位置、面網復合輥未閉合，才可啟動底層網。當底網停止時，面網同時停，復合輥同時抬起，且相應的造紙車間的流送系統的成漿泵、沖漿泵也同時停止。底網與面網速差大于1%時，面網復合輥抬起同時停止上漿。

啟動網部后，高壓噴水裝置就會自動開閥噴水并擺動，網停止時高壓噴水同時停止擺動及噴水。刮刀電機也與網部的運行狀態聯鎖，在聯鎖狀態，網部運行時，刮刀就會自行擺動，網停止時刮刀同時停止擺動。

網部跑偏檢測是在每張網的傳動側和操作側分別裝了二個檢測開關，一個是跑偏報警信號，另一個是跑偏停車信號。當MCS系統收到網跑偏報警信號時，系統在現場操作臺上發出聲光報警信號，提示操作人員及時人工干預和處理問題；而當MCS系統收到網跑偏停車信號時，為防止信號有誤而產生誤動作，需延時3秒后，MCS系統輸出停止命令給主傳動系統，主傳動系統隨后停止相關傳動分部，以保護網和相關設備。

面網復合輥在無速差信號時，可在現場操作起落，當面網與底層網速差大于1%時，面網復合輥會自動上升到上限位。

壓榨部的控制包括壓榨允許啟動條件、壓區閉合檢測、壓區加壓， 提升 閉合、吸移輥提升/下降、毛布導輥打開、高壓噴水擺動、刮刀擺動、毛布跑偏檢測等，還有稀油站和液壓站的聯鎖和報警指示。稀油站一般出油壓力不能低于3.5Bar，出油壓力低于3.5Bar時，在操作臺上有報警指示，如15分鐘不恢復系統即發出壓榨部聯鎖停機信號。在實行壓區閉合或加壓時，MCS系統有聯鎖保護，只能在無速差的情況下才可操作，當壓區上/下輥出現速差時，上/下輥會自行脫開。

烘干部分前烘干部和后烘干部，包括干部稀油站、引紙繩張緊器、斷紙檢測、氣罩門提升控制、紙尾割刀裝置，全幅斷紙刀裝置等。

紙尾割刀裝置主要有：斷紙吹氣、向下吹氣、圓刀啟動/停止、圓刀移動。整個裝置主要作引紙用，裝置上還有三個限位檢測，分別為操作側限位、引紙位限位、傳動側限位。當出現斷紙時，在自動狀態下自動吹氣并啟動圓刀，引紙成功后，圓刀擴幅到傳動側，到達傳動側限位后，圓刀會自動停止。

卷紙機控制包括卷紙輥啟動、卷紙主臂、輔臂、輥庫及自動換卷裝置、刮刀擺動、卷紙裝置及緩沖制動裝置。卷紙機可實現手動操作和全自動操作兩種方式。輔臂擺動是通過電機、減速箱和傳動系統完成，當輔臂擺動到預位置時將卷紙輥送到主臂上，主臂擺動是通過液壓缸控制，使紙卷與卷紙缸保持恒定的壓力。當紙卷達到規定的要求時（計長或測量直徑）。主臂將紙卷推向末端，完成卷紙。待位輥子預先放置在機架上，當需要放輥時，液壓系統控制自動取輥、放輥。紙卷緩沖及制動裝置主要用來控制紙卷的轉動，由抱閘、緩沖、氣控配合完成。當紙卷達到規定的要求時（計長或測量直徑），完成自動換卷。各操作臺上裝了壓力傳感器，當氣壓低于設定值時，就會輸出氣壓低報警指示。

上位機集中監視并記錄各數據狀態；，歷史數據的記錄，可供生產管理人員和維護人員進行分析和優化控制，以便更好的維護正常生產。

總之，把紙機的各輔助設備包括電氣、液壓、氣控各IO信號分類整合，統一接入到就近IO站，分站操作、全面控制和聯鎖的投入，提高了生產工藝控制精度和生產效率，整體提升國產紙機的自動化裝備水平。■