基于組態王軟件的特種紙機配方化生產改造方案

朱曉紅 張振 苗紅

摘 要：針對當前特種紙機裝備規模小、且相當一部分為普通紙機改造而來的情況，提出了一套利用組態王（KingView）軟件、各類傳感器及數據采集模塊等軟、硬件對紙機進行自動化改造的方案，用較小的投入實現實時數據監控、數據采集、配方化生產，從而達到提高特種紙生產效率和生產穩定性，降低紙機調整難度的目的。實際應用表明，該方案可縮短紙機調整時間，提高生產效率。

關鍵詞：特種紙機；組態王；實時監控；數據采集；配方化生產

中圖分類號：TS736

文獻標識碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2018.04.014

Abstract：Aiming at the problems of specialty paper machines including smallersized and partly converted from the traditional paper machine， this paper proposed to carry out automatic renovation of the specialty paper machines by using kingview configuration software， various kinds of sensors and data acquisition module， it could realize realtime data monitoring， data acquisition and formulating production by less input， finally to improve the efficiency of specialty paper production and production stability and reduce the adjustment difficulty of the paper machines.

Key words：specialty paper machines； kingview； realtime data monitoring； data acquisition； formula production

在實際生產過程中，由于特種紙紙種多、規格變化大，在抄紙過程中對操作人員的技能要求較高。根據實際生產管理經驗，一般一個特種紙生產操作工人需要經過幾年的時間才能夠熟練掌握特種紙機全部流程的操作，時間緩慢。同時，紙機從開機調整到正常抄紙的過程越短，所浪費的原料及水、電、汽成本就越低，如果調整時間較長，則浪費驚人，所以特種紙機采用配方化生產就顯得尤為重要[1]。配方化生產就是將平時正常生產時紙機的各項參數加以提煉、總結并固化下來作為參考值，形成一個像藥方似的參考體系，在紙機每次開機調試時對照參考進行紙機調整，這樣就可以大大提高調整效率，節約調整時間，同時也降低了對操作人員操作水平的依賴[2]。

組態王（KingView6.55）軟件是亞控公司面向中低端自動化市場開發的一套產品，功能強大、運行穩定且使用方便，可以輕松實現上述各類功能，現以此軟件為基礎進行改造。本文提出一套利用利用組態王（KingView）軟件、各類傳感器及數據采集模塊等軟硬件的紙機自動化改造方案，達到提高特種紙生產效率和穩定性、降低紙機調整難度的目的。

1 方案設計概況

本設計以河北某紙廠圓網特種紙機為對象。該紙機幅寬1260 mm，設計車速60～110 m/min。紙機網部配備圓網網槽2個，真空抽子2組；壓榨部配備壓榨輥1組，擠水輥2組，真空抽子2組；前干燥部配備烘缸2個（分別為大缸和二缸），光壓輥1個，托輥1個；施膠部配備施膠上輥1個和施膠下輥1個；后干燥部配備烘缸6個。整個系統由硬件、軟件兩部分組成。硬件系統功能是通過各類變送器對現場的壓力、溫度等變量進行變換，同時通過采集模塊和串口服務器將數據傳輸到上位機。軟件系統的作用是通過組態軟件將現場的各類數據進行整理、存儲，并通過各類監控界面供操作人員對比、查詢、調用等。

2 硬件系統及安裝設計

硬件系統結構如圖1所示。系統采用分布式集中拓撲結構，將同類型或布線距離較近的各類變送器集中到一個模擬量采集模塊上（共6個采集模塊，每個采集模塊最多8個模擬量輸入），采集模塊通過485通信線連接到串口服務器上，串口服務器通過網絡交換機和上位機及監控終端進行通信[3]。采集模塊就近安裝到紙機操作臺內部，這樣就極大地縮短了布線距離，同時使系統簡單明了，便于故障排除。

考慮到設備的穩定性、價格、通用性及備品備件等綜合因素，將溫度、壓力類變送器統一選用米科公司的產品，根據系統對功能的要求串口服務器和采集模塊選擇MOXA公司和力創公司的產品，具體內容如表1所示。

這里簡要介紹EDA9017采集模塊的硬件結構、數據通道及地址為：

EDA9017模擬量采集模塊最多支持8路0～20 mA模擬量的采集，對應引腳名稱為IIN0～IIN7，GND為共地端。該模塊通信協議為MODBUSRTU、ASCII碼、十六進制LC-02協議3種，協議可自動識別，這里使用MODBUSRTU通信協議。另外，模塊8個模擬量通道對應的地址為0003H～000AH，數據為雙字節，高字節在前低字節在后[3-6]。

3 通信設置

由于篇幅有限，這里只簡單介紹通過MOXA NPort5130串口服務器的配置方法。

MOXA NPort5130的配置可通過其自身攜帶的NPORT administration軟件進行設置，配置方法如下：

（1）安裝NPORT administration 軟件。

（2）搜索到設備后軟件可顯示該設備的型號，MAC地址，IP地址，以及設備的名稱。

（3）選中要配置的設備，點擊右鍵——Configuer，或者是雙擊該設備，進入設備配置界面，如圖2所示。

（4）Basic界面可以設置設備的名稱，設備的時鐘（默認讀取主機時鐘），以及登陸設備的方式。（提醒：必須勾選Modofy才能對配置進行修改，否則只能對查看配置）

（5）Network界面配置Ip地址相關信息。設置串口聯網服務器IP Address與主機IP、企業內網網關為同一個網段。

（6）Serial界面配置Baud Rate： 9600，Floe Control： Rts/cts，Parity： none，Fifo： enable，Interface： RS-422 RS-485（2 w/4 w）。

（7）Operating Mode界面配置Operating Mode： Real com，Maxconnection： 4。

至此，MOXA NPort5130的基本配置結束，保存后退出軟件。

4 組 態

4.1 IO設置

這里在組態王的設備表中選擇COM2口作為通信口，在COM口下新建6個設備分別代表6個EDA9017模擬量輸入模塊，設備名稱定義為采集模塊1、采集模塊2……采集模塊6，設備驅動設置為PLC/莫迪康/Modbus rtu，模塊地址分別設置為1～6（注：模塊需在上電后用自帶的設置軟件設置通信地址）。

4.2 數據詞典和變量定義

根據組態王變量定義的要求，為每個采集到的數據設置一個外部變量，變量名為相應的模擬量的名稱，如：真空輥真空度，為每個采集點設置一個內部變量用來存儲、顯示配方程序注入的參考值，變量名稱定義為CK+變量名稱，如CK_真空輥真空度。內部變量的數據類型定義為內存實數，其他定義較簡單這里就不多敘述了。

外部變量定義方法如表2所示。

4.3 畫面設計

畫面設計如圖3所示。

4.4 主監控界面組態

在主監控界面中現將紙機的整個流程用畫面完整表現出來（見圖4），在將各個分部需要顯示的參數及其參考值插入畫面，最后將各個參數值和事先定義好的變量一一建立連接[7]。

4.5 配方參數界面組態

在配方參數界面可通過單擊按鈕將事先設置好的一系列參數直接注入主畫面、實時曲線界面中的參考值欄，紙機操作人員可以根據參考值欄中的數值快速發現問題同時根據參考數值對個參數加以調整，組態方法如下。

建立配方參數界面，見圖5。

在配方參數界面為每個紙種設置一個按鈕控件，如MMK6021。在本設計中共設置了11種配方方案。雙擊任意配方按鈕，在命令語言連接選“鼠標彈起時”，在命令語言窗口中輸入賦值語句，見圖6。

4.6 實時曲線界面組態

實時曲線的特點是將實時采集到的數據以圖形的方式顯示出來，同時可以根據采集到的數據計算出一段時間內數據中的最大值、最小值和平均值，用圖形的方式反映出該參數變化率、變化幅度、變化趨勢等。如果將時間軸拉長，則可在更大的范圍內監測該點數據的穩定性，相比單純的顯示數值功能要強大的多。根據畫面設計的結構，系統中共設置7個監控界面，分別是真空實時監控界面、蒸汽溫度監控界面1、蒸汽溫度監控界面2、蒸汽溫度監控界面3、氣臂壓力監控界面1、氣臂壓力監控界面2、其他類數據監控界面。在每個監控界面中插入實時曲線控件，見圖7。

控件插入后，雙擊該控件，將各個變量與相應的曲線進行連接，曲線的時間跨度設置為15 min，更新頻率設置為5s。

4.7 報表打印界面組態

在特種紙的生產中，紙張抄造過程對其定量、緊度、透氣度、厚度等常見物理指標有較大影響，通過報表數據的查詢可為質量追溯提供重要的依據。如果保存的數據較多則會影響打印效果，因此在報表打印界面共創建真空蒸汽壓力報表、氣臂壓力報表、溫度綜合參數報表共3個表來存儲數據，為每個報表設置報表查詢、報表打印、打印預覽和打印設置按鈕對報表進行操作，見圖8。

4.7.1 按鈕命令語句

報表查詢 ReportSetHistData2（）；

報表打印 ReportPrint2（"報表名"）；

打印預覽 ReportPrintSetup（"報表名"）；

打印設置 ReportPageSetup（"報表名"）；

4.7.2 報表自動存儲

系統在每天7∶00、15∶00和23∶00這3個時間點自動保存3個班組的報表。首先建立3個事件，在事件觸發條件和執行語句中填入代碼。

5 方案實際應用

將該方案對1260 mm圓網紙機進行改造，實際生產表明，該方案明顯降低了紙機改產時的調整難度，紙機改產時普通操作工只需對照配方進行調整，就可基本調整到位。同時，紙機的調整時間也大大縮短，由原來的3～4 h縮短到1～2 h。

6 結 語

本文重點介紹了一種利用組態王（King View）軟件及各類采集模塊對特種紙機進行自動化改造的一種方案。通過軟件的實時監控界面可隨時掌握紙機運行情況；通過配方界面可明顯縮短紙機改產時間同時降低操作難度；通過數據存儲及報表查詢功能可隨時追溯產品的生產過程數據。此方案不需對紙機本體進行大的改動、成本低且功能強大。實際應用表明，該方案可使紙機調整時間大大縮短，生產效率提高。

參 考 文 獻

[1] MA Wenming. Design and Application of Paper Drive Control System Based on AB platform[J]. China Pulp & Paper， 2017， 36（4）： 55.

馬文明. 基于AB平臺的造紙機傳動控制系統設計及應用[J]. 中國造紙， 2017， 36（4）： 55.

[2] WANG Sue， HAO Pengfei， MENG Yanjing. Analysis and Design of Load Distribution Control of Paper Machine Transmission System[J]. China Pulp & Paper， 2004， 23（8）： 38.

王素娥， 郝鵬飛， 孟彥京. 紙機傳動系統負荷分配控制的分析與設計[J]. 中國造紙， 2004， 23（8）： 38.

[3] SUN Xuxia， LI Shengmin， ZHANG Weina. Function Analysis and Application Examples of KingView′s Industrial Control Configuration Software[J]. EIC， 2001， 8（4）： 29.

孫旭霞， 李生民， 張維娜. 工業自動化通用組態軟件—“組態王”的功能分析及應用[J]. 儀器儀表用戶， 2001， 8（4）： 29.

[4] ZHAN Haibo， LI Qi， QIAN Yanping. Modification of the Paper Mill Automation[J]. Industry Control and Application， 2003， 22（10）： 36.

湛海波， 李 奇， 錢艷平. 中小造紙廠的自動化改造的設計與實現[J]. 工業控制及應用， 2003， 22（10）： 36.

[5] MENG Yanjing， GAO Xiaoxiao， LI Lintao. Based on the Soft starter of STM 32[J]. Electronic devices， 2013， 36（5）： 685.

孟彥京， 高筱筱， 李林濤. 基于STM32的軟起動器程序設計[J]. 電子器件， 2013， 36（5）： 685.

[6] MENG Yanjing， ZHANG Yan. Application and Research ACS800 Multicylinder Machine in 2600/350 Load Distribution[J]. China Pulp & Paper， 2014， 33（2）： 47.

孟彥京， 張 焱. ACS800 在2600/350 多缸紙機負荷分配中的應用與研究[J]. 中國造紙， 2014， 33（2）： 47.

[7] MA Wenming. Design and Application of Variable Frequency Drive System of Paper Machine Based on PROFIBUS[J]. China Pulp & Paper， 2016， 36（7）： 58.

馬文明. 基于PROFIBUS 的紙機變頻傳動系統的設計及應用[J]. 中國造紙， 2016， 36（7）： 58. CPP

（責任編輯：常 青）