一、前言
為了發(fā)展林業(yè)、農(nóng)業(yè)，帶動(dòng)造紙工業(yè)發(fā)展，并保護(hù)生態(tài)環(huán)境，國(guó)家近幾年相繼推出了林紙一體化、退耕還林、發(fā)展速生林等戰(zhàn)略措施和政策。在這些措施與政策的推動(dòng)下，北方很多地區(qū)都大面積種植三倍體毛白楊等速生楊樹(shù)。這種速生材種生長(zhǎng)迅速、材質(zhì)良好。不但綠化了環(huán)境，而且為木材工業(yè)，特別是造紙工業(yè)提供了大量質(zhì)優(yōu)的原材料，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，發(fā)展制漿、造紙業(yè)，大大緩解我國(guó)長(zhǎng)纖維造紙?jiān)喜蛔愕臓顩r。
我國(guó)速生楊、樺木林等速生材的堿性過(guò)氧化氫機(jī)械制漿（即APMP）工藝及其成套制漿設(shè)備與DCS系統(tǒng)配合。APMP制漿生產(chǎn)工藝及設(shè)備是在八十年代漂白化學(xué)熱磨機(jī)械漿（BCTMP）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的九十年代新興制漿方法。APMP漿的原料是三倍體毛白楊采用制漿和漂白流程合二為一的工藝。PRC－APMP技術(shù)是近年集藥液處理、磨漿、漂白于一體的高得率制漿方法，利用磨漿機(jī)噴放管中高溫、高濃、高壓等條件，實(shí)現(xiàn)漿料與藥液的充分反應(yīng)及均勻分布混合，且在HC高濃儲(chǔ)漿塔中完成漂白作用。它在木片化學(xué)藥液浸漬預(yù)處理之前用機(jī)械的方法漿木片沿縱向紋路方向壓裂成為均勻的小木絲，然后再用氫氧化鈉和過(guò)氧化氫進(jìn)行預(yù)浸漬處理，在磨漿之前，已開(kāi)始漂白，在盤(pán)磨機(jī)中將磨漿和漂白過(guò)程綜合在一起完成，因而減少了磨漿時(shí)的動(dòng)力消耗，從而降低了成本。生產(chǎn)流程為：木片經(jīng)洗滌后，進(jìn)行常壓汽蒸，然后經(jīng)壓縮螺旋擠壓木片后，進(jìn)第二次汽蒸和二次壓縮螺旋擠壓，然后進(jìn)行化學(xué)預(yù)浸漬，經(jīng)過(guò)汽蒸后，再經(jīng)過(guò)一段、兩段磨漿機(jī)磨漿，完成漂白、制漿過(guò)程，然后經(jīng)洗滌篩選后制得楊木APMP漂白漿，本制漿系統(tǒng)得率高、污染小、耗水少，成品漿的質(zhì)量也較高。APMP工藝流程一般工藝流程。

二、工藝概述及控制要求
1、 工藝概述
本生產(chǎn)裝置全線為奧地利某公司制造，近年來(lái)有遼寧鴨綠江紙業(yè)有限公司、岳陽(yáng)泰格林紙集團(tuán)、四川宜賓紙業(yè)股份有限公司、河南焦 作 瑞 豐 紙 業(yè) 有 限 公 司、河南濮陽(yáng)龍豐紙業(yè)、黑龍江齊齊哈爾紙業(yè)公司等企業(yè)投運(yùn)此套裝置。從PRC-APMP、APMP兩套裝置工藝流程比較來(lái)看，PRC-APMP 85%流程與APMP系統(tǒng)相同，但設(shè)備配置數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于APMP系統(tǒng)， PRC-APMP系統(tǒng)對(duì)增強(qiáng)了木片擠壓與預(yù)浸效果，改為二段，實(shí)質(zhì)各個(gè)企業(yè)上的配置原也有差。
PRC-APMP取消中間漿池，設(shè)置高濃漂白塔、效果是一致的。PRC-APMP系統(tǒng)與APMP系統(tǒng)最大區(qū)別，漂液加入點(diǎn)增加，提高漿白度、控制容易。低濃磨漿機(jī)增加實(shí)質(zhì)造紙打漿工段遷移。
1.1、原料輸送車(chē)間
原料輸送車(chē)間包括楊木、竹竿原料場(chǎng)、帶式輸送機(jī)、水平輸送機(jī)、八刀削片機(jī)、帶式輸送機(jī)、慣性篩、永磁除鐵器、原料儲(chǔ)存?zhèn)}等工序。
1.2、制漿車(chē)間
在制漿車(chē)間，按照功能大致分為六部分：預(yù)蒸、洗滌工段、浸漬工段、磨漿工段、HC卸料壓榨工段、濃縮篩選過(guò)濾工段、打漿工段。
1.2.1、預(yù)蒸、洗滌工段
本工段由皮帶輸送機(jī)、1#預(yù)蒸倉(cāng)、1#預(yù)蒸常壓螺旋擠漿機(jī)、木片洗滌機(jī)、木片泵、木片脫水螺旋、2#汽蒸倉(cāng)、弧形篩等設(shè)備組成。
1.2.2、浸漬工段
本工段由側(cè)喂料螺旋、木片壓榨機(jī)、一次浸漬器、螺旋輸送機(jī)、3#汽蒸倉(cāng)、卸料螺旋、水平螺旋等設(shè)備組成。
1.2.3、磨漿工段
本工段由料塞螺旋、一段磨漿機(jī)、帶刮刀旋風(fēng)分離器、洗滌液冷凝器、空氣洗滌器、濃縮過(guò)濾池等設(shè)備組成。
1.2.4、HC卸料、壓榨工段
本工段由料塞螺旋、水平輸送機(jī)、HC卸料塔、SF漿泵、真空泵、螺旋壓榨機(jī)等設(shè)備組成。
1.2.5、濃縮篩選過(guò)濾工段
本工段由水平螺旋輸送機(jī)、鼓型濃縮機(jī)、一段二段三段壓力篩、多元盤(pán)過(guò)濾機(jī)等設(shè)備組成。
1.2.6、打漿工段
2、控制要求與特點(diǎn)
2.1、 APMP生產(chǎn)線自動(dòng)化水平要求
此生產(chǎn)裝置由于是企業(yè)供漿生產(chǎn)線，從工藝、生產(chǎn)、管理、效益等各個(gè)方面是企業(yè)重要流程與設(shè)備。生產(chǎn)線全流程自動(dòng)化要求程度非常高，其目的就是充分發(fā)揮漿線生產(chǎn)能力，為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。由于設(shè)備進(jìn)口、企業(yè)對(duì)自動(dòng)化方面也不了解，一般全部自控設(shè)備由設(shè)備供貨商提供，企業(yè)顯然省心也浪費(fèi)一部分資金。另一方面，設(shè)備由供貨商提供，自動(dòng)化控制設(shè)備企業(yè)自己招標(biāo)，企業(yè)費(fèi)心操作節(jié)約一部分資金。然而，國(guó)內(nèi)所上此裝置的自動(dòng)化系統(tǒng)即DCS（集散型控制系統(tǒng)）全部采用進(jìn)口，原因是多方面地。但實(shí)際進(jìn)口DCS產(chǎn)品在生產(chǎn)線運(yùn)行效果又是如何呢？有用戶說(shuō)：我上這條線是國(guó)際上最先進(jìn)的DCS，運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題也是國(guó)際最高水平。售后服務(wù)跟不上，造成常時(shí)間停產(chǎn)嚴(yán)重?fù)p失時(shí)，企業(yè)著急了，果然節(jié)約資金沒(méi)有停產(chǎn)損失嚴(yán)重。售后服務(wù)收費(fèi)時(shí)，企業(yè)瞪眼了，每年近百萬(wàn)元售后服務(wù)費(fèi)，難以承受。
北京和利時(shí)自動(dòng)化股份有限公司是國(guó)內(nèi)最大DCS生產(chǎn)制造、集成供貨商，對(duì)國(guó)內(nèi)某企業(yè)APMP生產(chǎn)線使用不足3年的進(jìn)口DCS系統(tǒng)控制進(jìn)行全線拆除改造，深深知道2000余控制點(diǎn)控制意義，深深知道國(guó)人使用DCS過(guò)程中的酸甜苦辣。系統(tǒng)改造運(yùn)行近一年來(lái)，企業(yè)償?shù)搅颂痤^，產(chǎn)量猛增。
2.2、全流程控制特點(diǎn)：
1、 全流程由于工藝設(shè)備決定漿緩沖池極少，因此設(shè)備控制連鎖保護(hù)要求較高。工藝參數(shù)要求連鎖控制。
2、 設(shè)備動(dòng)力源采用變頻調(diào)速較多，不僅采用速度控制、連鎖，還有轉(zhuǎn)矩控制、連鎖，功率負(fù)載控制、連鎖，工藝控制、連鎖等。
3、 系統(tǒng)設(shè)備油路水密封、油溫、油壓、過(guò)濾差壓、油流量開(kāi)關(guān)等控制連鎖較多。
4、 全流程工藝加藥環(huán)節(jié)較多，加藥不僅流量計(jì)量要準(zhǔn)確，而且流量與產(chǎn)量、設(shè)備負(fù)荷等連鎖。保證漿質(zhì)量。
5、 系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備磨漿機(jī)，磨漿機(jī)油壓控制回路、水封、油溫、油壓、過(guò)濾差壓、油流量開(kāi)關(guān)、軸承潤(rùn)滑、進(jìn)退刀、震動(dòng)加速計(jì)、位移反饋等控制、連鎖。
6、 壓力篩全閉環(huán)控制連鎖，流量比值連鎖控制、壓差自動(dòng)反沖洗、水封壓力閉環(huán)控制、自動(dòng)清洗控制。
7、 雙盤(pán)磨漿機(jī)絕干漿、壓差、電流占空比、叩解度軟測(cè)量控制。
3、工段控制特點(diǎn)
3.1預(yù)蒸洗滌工段主要控制點(diǎn)
3.2浸漬工段主要控制點(diǎn)：
3.3磨漿工段主要控制點(diǎn)：
3.4、HC卸料、壓榨工段主要控制點(diǎn)
3.5、濃縮篩選過(guò)濾工段主要控制點(diǎn)
3.6、打漿工段主要控制點(diǎn)
4、DCS系統(tǒng)規(guī)模
整個(gè)項(xiàng)目分兩個(gè)車(chē)間（原料、制漿），其控制測(cè)點(diǎn)均為常規(guī)測(cè)點(diǎn)，即：4～20mA模擬量輸入測(cè)點(diǎn)（AI測(cè)點(diǎn)），Pt100模擬量輸入測(cè)點(diǎn)（Pt100測(cè)點(diǎn)），4～20mA模擬量輸出測(cè)點(diǎn)（AO測(cè)點(diǎn)），干觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入測(cè)點(diǎn)（DI測(cè)點(diǎn)），繼電器開(kāi)關(guān)量輸出測(cè)點(diǎn)（DO測(cè)點(diǎn)），事故追憶SOE開(kāi)關(guān)量輸入模塊，具備帶電插拔功能可在系統(tǒng)加電的情況下直接插拔本模塊， 不會(huì)影響本模塊及系統(tǒng)的正常運(yùn)行模塊可以診斷現(xiàn)場(chǎng)SOE 信號(hào)觸點(diǎn)發(fā)生的抖動(dòng)，具有看門(mén)狗定時(shí)器電路，可使模塊在異常情況下自動(dòng)復(fù)位模塊提供了過(guò)電壓保護(hù)DC24V 反向保護(hù)通訊線箝壓保護(hù)可以采集16 路觸點(diǎn)型共地的SOE 信號(hào)，具有較大的數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)。控制規(guī)模如下表所示：（產(chǎn)量規(guī)模不同下一般1600-2000點(diǎn)）。

三、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
1、控制系統(tǒng)的選擇
利用在造紙行業(yè)應(yīng)用比較成功的集散控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中電氣、儀表等反映的工藝設(shè)備參數(shù)進(jìn)行集中管理。四川某企業(yè)經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外控制系統(tǒng)性能、價(jià)格、過(guò)程服務(wù)、工程能力的綜合分析比較，最后決定選用由北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份公司生產(chǎn)的新一代現(xiàn)場(chǎng)總線DCS產(chǎn)品——MACS系統(tǒng)。
2、控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
MACS系統(tǒng)是基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)設(shè)計(jì)的新一代DCS系統(tǒng)。具有如下特點(diǎn)：
a.危險(xiǎn)分散措施
過(guò)程I/O單元采用的智能化設(shè)計(jì)方法，可有效地將部分控制或采集運(yùn)算分散到各I/O單元，降低主控單元的負(fù)擔(dān)，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(dòng)保持功能，回路控制的獨(dú)立執(zhí)行等
b.故障隔離措施
所有過(guò)程輸入輸出單元都采用可靠的光電隔離技術(shù)，使各單元之間和單元與上位機(jī)之間的CPU無(wú)任何電氣聯(lián)系，從而提高系統(tǒng)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(cè)和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)側(cè)，也提供了隔離措施，可消除由于現(xiàn)場(chǎng)地電位差對(duì)系統(tǒng)造成的損壞。
c.迅速排除故障措施
現(xiàn)場(chǎng)控制站的所有單元上均帶有CPU，每單元均可進(jìn)行周期性自診斷。診斷主要包括CPU與內(nèi)存等的自檢、開(kāi)關(guān)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。
d.各種運(yùn)行提示
系統(tǒng)中所有單元上均有狀態(tài)指示燈包括運(yùn)行燈、故障燈、網(wǎng)絡(luò)通信燈等。
e.可帶電插拔
一旦發(fā)現(xiàn)故障，可帶電對(duì)故障單元進(jìn)行更換。由于采用了特殊保護(hù)措施，系統(tǒng)中所有過(guò)程I/O單元均可帶電拔插，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生任何影響。
3、控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
該項(xiàng)目分為兩個(gè)車(chē)間，因此把DCS系統(tǒng)也劃分為兩個(gè)相互獨(dú)立又相互聯(lián)系的子系統(tǒng)。磨漿機(jī)系統(tǒng)又獨(dú)立分為兩個(gè)子系統(tǒng)OP270（分別現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)機(jī)操作），每個(gè)子系統(tǒng)各自成為一個(gè)完整的DCS系統(tǒng)，同時(shí)，通過(guò)MNET網(wǎng)段把四個(gè)子系統(tǒng)聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源的共享，通過(guò)設(shè)置和登錄不同級(jí)別的用戶，可以在一個(gè)子系統(tǒng)上對(duì)其他子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和操作。工程師站（由操作員站兼任）完成組態(tài)修改及下裝，包括：數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形、控制算法、報(bào)表的組態(tài)，參數(shù)配置，操作員站、服務(wù)站、現(xiàn)場(chǎng)控制站及過(guò)程I/O模塊的配置組態(tài)，數(shù)據(jù)下裝和增量下裝等。
操作員站進(jìn)行生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視和管理，包括：工藝流程圖顯示，報(bào)表打印，控制操作，歷史趨勢(shì)顯示，報(bào)警管理等。
現(xiàn)場(chǎng)控制站又稱(chēng)I/O站，是MACS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制的重要站點(diǎn)，主要完成數(shù)據(jù)采集、工程單位變換、控制和聯(lián)鎖算法、控制輸出、通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果傳送到系統(tǒng)服務(wù)器等功能。
現(xiàn)場(chǎng)控制站由主控單元、智能IO單元、電源單元和專(zhuān)用機(jī)柜四部分組成，在主控單元和智能IO單元上，分別固化了實(shí)時(shí)控制軟件和IO單元運(yùn)行軟件。
現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部采用了分布式的結(jié)構(gòu)，與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連接的是現(xiàn)場(chǎng)控制站的主控單元，冗余配置。主控單元通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)（CNET）與各個(gè)智能IO單元實(shí)現(xiàn)連接。
MACS系統(tǒng)采用FM1系列I/O模塊及DP主站組成現(xiàn)成控制站，采用ProfibusDP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，構(gòu)成先進(jìn)的、可靠的DCS分布式控制系統(tǒng)。I/O模塊和底座組成現(xiàn)場(chǎng)模塊單元（FMU），在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中成為DP從站。現(xiàn)場(chǎng)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、MACS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
MACS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由上到下分為管理網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)三個(gè)層次，管理網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工程師站、操作員站、打印服務(wù)站、高級(jí)計(jì)算站與系統(tǒng)服務(wù)器的互連，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站與系統(tǒng)服務(wù)器的互連，控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站與過(guò)程I/O模塊的通訊。
MACS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用可靠性高的雙冗余結(jié)構(gòu)，應(yīng)用時(shí)可以保證在任何一條網(wǎng)絡(luò)失效的情況下都不影響系統(tǒng)通信。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型，中央節(jié)點(diǎn)為服務(wù)器。
管理網(wǎng)絡(luò)（MNET）由100M高速冗余以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，用于系統(tǒng)服務(wù)器與工程師站、操作站、高級(jí)計(jì)算站的連接，完成工程師站的數(shù)據(jù)下裝，操作員站、打印服務(wù)站、高級(jí)計(jì)算站的在線數(shù)據(jù)通訊。
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（SNET）由100M以太網(wǎng)構(gòu)成，用于系統(tǒng)服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)控制站、通信控制站的連接，完成現(xiàn)場(chǎng)控制站、通訊控制站的數(shù)據(jù)下裝，服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)控制站、通訊控制站之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。
控制網(wǎng)絡(luò)（CNET）由PROFIBUS-DP總線構(gòu)成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)程I/O模塊與現(xiàn)場(chǎng)控制站主控單元的通信，完成實(shí)時(shí)輸入、輸出數(shù)據(jù)的傳送。PROFIBUS-DP是專(zhuān)門(mén)為自動(dòng)控制系統(tǒng)與在設(shè)備級(jí)分散I/O之間進(jìn)行通訊而設(shè)計(jì)的。既可滿足高速傳輸，又有簡(jiǎn)單實(shí)用、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

四、系統(tǒng)的部分設(shè)備控制內(nèi)容
1#倉(cāng)液為控制（控制變頻器）
PID閉環(huán)控制，手自動(dòng)切換條件：
2#倉(cāng)液位控制（變頻）
采用串級(jí)PID回路閉環(huán)控制
PID閉環(huán)控制
喂料器速度控制控制方式
木片壓榨機(jī)速度控制
反應(yīng)倉(cāng)卸料螺旋
盤(pán)磨稀釋水流量控制
盤(pán)磨功率控制

五、結(jié)束語(yǔ)
MACS系統(tǒng)在該項(xiàng)目上于2004年6月份開(kāi)始安裝、在不影響正常生產(chǎn)情況下順利改造成功，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)控制效果良好，各項(xiàng)工藝指標(biāo)均正常，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，為企業(yè)帶來(lái)了極大的經(jīng)濟(jì)效益。