基于 DCS 的造纸自动化控制系统的设计与实现
浅谈DCS控制系统在制浆造纸生产中的应用
浅谈DCS控制系统在制浆造纸生产中的应用摘要:随着我国科学技术的不断发展，造纸行业的自动化水平也越来越高，相关的科学技术投入也在不断增大。
近些年来，DCS 系统越来越被我国的造纸行业广泛应用，这些DCS控制系统，很大程度提高了相关造纸设置的控制精度，保证了设备的稳定运作。
使得造纸行业管理工作更为清晰，促进了我国造纸行业的现代化发展。
本文主要介绍了DCS控制系统的相关控制原理，分析了DCS控制系统在制浆造纸生产中的具体应用。
关键词:DCS控制系统制浆造纸应用1引言自动化管理是当今企业的主要发展方向，其对提高企业效益、改善产品质量、降低能耗、控制污染、保证生产安全等方面有重要作用[1]。
目前，我国造纸行业中自动化发展最重要的体现就是DCS控制系统。
造纸行业的制浆造纸工序大致可以分为：制浆阶段、造纸阶段、碱回收阶段、水处理阶段，其中碱回收和水处理两个阶段也是制浆造纸生产过程中的重要部分。
DCS控制系统在这两个阶段的应用极其广泛，本文主要分析了该阶段的相关控制应用。
2 DCS控制原理分析笔者所在公司采用的是罗克韦尔AB控制系统，其控制的原理是现场检查数据通过现场的收集信号经I/O单元进行A/D转化，再将数据传输到过程接口控制器PIC中，PIC将数据发送到过程站PCS中，再转送到现场总线控制器FBC中，对数据进行滤波和线性化处理，最后发送到PCS的CPU，然后进行相关的数据计算和分析。
信息数据在CPU处理结束后，由经FBC返回到现场进行工序执行从而完成自动化控制模式。
在罗克韦尔AB控制系统中，操作员可以通过操作终端进行指令输入，保证对罗克韦尔AB控制系统的运作控制。
3 制浆造纸生产过程中DCS控制系统应用3.1制浆阶段制浆阶段的DCS控制系统的应用主要体现在磨浆、蒸煮、打浆、配浆等方面，需从温度、液位、压力、浓度以及流量等进行相关参数的控制。
可以看出，DCS控制系统既需对管道和罐类上的阀门的参数进行PID调节，又需对制浆生产过程中的电磁阀和定速电动机进行顺利和逻辑的控制，从而保证温度、液位、压力、浓度以及流量满足相关的生产工艺标准。
基于DCS的纸机控制系统集成设计
基于DCS的纸机控制系统集成设计作者：陈奕树来源：《今日自动化》2021年第07期[摘要]造纸行业应用的自动化系统种类繁多，通常会将各类系统整合到技术成熟且兼容性高的DCS平台上做集中控制，纸机控制系统就是典型的系统集成代表。
介绍纸机控制系统的主要构成和各部分子系统的特点，描述了一种以DCS为基础对各部分系统进行集成的设计方案，同时也对纸机控制系统发展方向进行了探讨。
[关键词]造纸工业;纸机控制系统;DCS;PLC[中图分类号]TS736;TP29 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）07–0–02Discussion on Integrated Design of Paper Machine Control System Based on DCSChen Yi-shu[Abstract]There are many types of automation systems used in the paper industry， and various systems are usually integrated on a DCS platform with mature technology and high compatibility for centralized control. The paper machine control system is a typical system integration representative. Based on this background， the main composition of the paper machine control system and the characteristics of each part of the subsystem are introduced， and a design scheme for integrating various parts of the system on the basis of DCS is described. At the same time， the development direction of the paper machine control system is also carried out. Explore.[Keywords]paper industry; paper machine control system; DCS; PLC現代造纸业经过多年发展，已经形成了一个系统工程。
造纸DCS控制系统分析
造纸DCS控制系统分析作者：沈华杰来源：《卷宗》2020年第17期摘要：本文分析了造纸DCS控制系统，包括造纸工业生产过程特点，系统工程设计等。
关键词：造纸;控制;设计随着生活水平的提高，造纸行业的发展更是日新月异，从现场操作到采用集散控制系统控制，从靠工人的经验判断纸张质量的好坏到用质量控制系统来控制产品质量，从靠工人的眼睛来判断纸张外观纸病到在线纸病检测系统，这些技术的发展带来造纸行业的变革，使造纸无论从质量还是从产量上都是有了质的飞跃。
1 造纸工业生产过程特点造纸同其他行业一样，作为一个工厂、一个生产流程或某一个单元，都按照一定的要求和条件来组织生产和进行操作。
为使整个生产过程不出偏差，这就要求有好的测量控制系统来保证。
工业生产过程的控制系统设计，完全依赖于被控制的工业生产过程的特性和要求。
所以，深入了解造纸工业生产过程特性，是进行集散型控制系统设计的基础。
对于一个造纸生产过程，从控制的观点来分析，可用生产过程扰动作用、生产过程特性和顺序控制要求三个方面来考虑。
1.1 过程扰动作用造纸工业生产过程，往往会受到各种各样的干扰作用，使得生产过程不稳定，从而影响产品的质量和产量，最终影响生产过程的经济效益。
这些干扰来自原料（包括浆料、化学品、添加剂）的质量和供应情况;产品质量标准和规格的变化;生产过程设备的稳定性;环境条件改变，比如季节的更换;与其它工厂或装置之间的连结关系;设备特性的漂移和衰减作用;过程物料的波动;控制系统的可靠性。
质量问题，可以是原材料质量的波动，产品规格的改变，即物料或产品的组成化学成分和物理性质的变化，如长纤维及短纤维比例的变化。
有些物流与其它工厂或生产过程相连结的，因前后连结的调度等原因，要求过程操作改变。
典型的设备特性漂移和衰减作用，如热交换器随着生产的进行而结垢，从而影响传热效果;加入化学品的活性改变，这些都将影响纸张的物理特性。
过程物料输送过程，常常因固体物料堵塞管道，或管道破损，而影响物料流量不稳定。
造纸涂料DCS自动控制系统改造设计
造 纸涂料 Ｄ Ｃ Ｓ 自动控 制 系统 改造设计
周 雄煜 。 张世 亮
（ 广东海洋大学 工程学院 ， 广东 湛江 ５ ２ ４ ０ ０ ０ ）
摘 要 ：通过 自动供料过程 为背景 ，以 Ｄ Ｃ Ｓ 控制 为 系统核心 ，重点讨论 了改造部分 的供料 的控制过程 。以浙江华章
人混合罐 中。在混合罐中经过和其他 成分的料剂混 涂 布的质量 ，在平 台前的供料入 口处安装一个阀门 合搅拌后 ， 再经过二级过滤工序 （ 精滤 ） ， 将微小杂质 定位器 ， 实现对流量 的高精度控制。这里选择高精度
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ － ０ １ — ０ ８
作者简介 ： 周雄煜 （ １ ９ ８ ３ 一） ， 男， 广东 湛江人 ， 硕士学位 ； 通讯作者 ： 张世亮 ， 教授 ， 长期从 事以机、 电、 液、 数控技术为主的科研 工作 。
从涂料车 间制备好 的涂料 ，经过管道输送到改
装 的搅拌罐搅 拌均匀 ，然后经过一级过滤工序 （ 粗 流量计 Ｐ ｒ ｏ ｍ ａ ｓ ｓ 一 ８ ０ Ｆ ， 如图２ （ ｃ ） 所示。 滤） ， 将体积 比较大 的涂料杂质颗粒 过滤 出来 ， 再送 （ ４ ） 为 了实现上料平台供料的高精度控制 ， 提高
２ ５１
Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． ４， ２ ０ １ ４
ＤＣＳ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ Ｐ ａ ｐ ｅ ｒ Ｃｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｔｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
DCS控制系统在纸浆造纸污水处理上的应用
DCS控制系统在纸浆造纸污水处理上的应用介绍DCS是分布式控制系统（Distributed Control System）的简称。
DCS系统是一种以计算机为中心的过程控制系统，具有自动控制、监视和数据采集等功能，能够实现对生产过程的全部自动控制。
纸浆造纸行业作为重要的工业产业，其污水处理也是相当重要的环节。
随着环保意识的强化和污水排放标准的逐步提高，污水处理对于纸浆造纸企业来说变得愈发重要。
而DCS控制系统在纸浆造纸污水处理上的应用，可以通过实时控制和监测污水处理过程，提高生产效率、降低生产成本，并且有效保障环境安全。
DCS控制系统在纸浆造纸污水处理上的优势实时监测使用DCS控制系统可以实时监测整个污水处理过程，包括物质的输入、输出浓度、PH值、温度等重要指标。
这些数据可以被系统收集、分析并反馈到控制中心，从而实现对整个污水处理过程的实时监控。
此外，如果出现变化或异常情况，系统会自动发送警报并及时通知相关人员，避免人为差错所带来的损失。
减少误操作在传统的控制模式下，操作者需要花费大量时间和精力来监测和控制所有的设备。
因此，在处理大量数据、在危险环境中的工作等场合，人的精度和效率都达不到要求。
而引入DCS控制系统后，除了可以自动控制整个处理过程，还可以集成传感器、运动控制和数据管理设备等多个环节，减少了人为误操作的可能性。
降低成本DCS控制系统可以设计各种控制和逻辑策略，确定各项指标的目标值，并自动推动设备进行调整和控制。
此外，它还可以自动诊断设备开启和关闭的时间、阀门位置和运行速度等各种指标，让设备在整个过程中得到充分利用，从而减少不必要的能源和材料浪费，降低生产成本。
提高生产效率DCS控制系统可以实现全程监控和自动控制，从而提高生产效率和工作精度，减少停机时间。
而且，它还可以自动调整工作速度和生产批次，根据实际工作情况做适当调整，以实现最佳生产效率。
帮助环保使用DCS控制系统可以减少对环境的影响，提高环保水平。
中控WebField DCS系统在造纸行业应用案例
1.3.1 10 万吨非木材制浆项目概况
10 万吨非木材制浆项目包括除节、筛选、氧脱、漂白等工段，其中洗选漂白工艺引 进国际领先工艺技术。该项目共设 2 个控制站，1 个工程师站和 3 个操作员站，整个项 目的 I/O 测点规模达到了 856 点，并实现现场过程数据监视，控制，通讯，数据采集， 累积，报表打印，管理。
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中控在造纸行业应用案例集
1.4.2.2 CLO2 制备 二氧化氯制备的安全要求、精准的模拟量控制及大量快速的联锁反应要求对于DCS系
第一章 中控在制浆项目的应用
1.1 制浆总体应用概述
制浆也叫纤维分离，将植物纤维原料变成适合于造纸的单根纤维的工艺过程。一般分为 蒸煮（连续、间歇、置换）、洗涤、筛选、漂白过程。制浆的工艺方法较多，工艺流程长， 影响产品产量和质量的设备较多，过程安全保护要求高，这给过程控制提出了更高的要求。 其过程控制特点是模拟量的控制及累积计量较多，控制对象具有强滞后特性，比如大容量蒸 煮锅的温度、漂白 PH 值和漂后白度等。中控运用 DCS 强大的模拟量处理功能和先进的控 制算法，成功的实现了制浆过程的难点控制，满足了制浆过程的控制要求。中控 WebField 系统在不断的工程积累与行业技术沉淀过程中，形成了针对制浆过程的控制模块和控制算 法，针对制浆过程形成了独特的行业优势。既保证生产过程的连续性，又确保产品质量的合 格，更注重生产过程的绝对安全。
1.2.3.1 中控实现方案 基于这种现状，中控推出了造纸行业 PIMS 解决方案，该方案有效实现造纸行业企业的
基于DCS的造纸自动化控制系统的设计与实现
基于DCS的造纸自动化控制系统的设计与实现造纸自动化控制系统是基于DCS（Distributed Control System，分散控制系统）的一种控制系统，通过分散的控制器和集中的监控系统实现对造纸过程中各个环节的自动化控制。
本文将介绍基于DCS的造纸自动化控制系统的设计与实现。
一、系统设计1.系统架构(1)分散控制器：负责对造纸过程中的各个环节进行实时控制，包括控制设备的开关状态、调节控制参数等。
(2)通信网络：将各个分散控制器连接起来，实现信息的传输和共享。
(3)监控系统：用于监控造纸过程中的各个环节的状态、数据和报警信息，提供运行状态的可视化。
2.控制策略控制策略是系统设计中的核心部分，它决定了如何控制造纸过程中的各个环节，以达到预期的目标。
常用的控制策略包括反馈控制、前馈控制、模糊控制等。
根据造纸过程的特点和需求，选择合适的控制策略。
3.数据采集与传输数据采集与传输是构建DCS系统的关键环节。
通过传感器对造纸过程中各个环节的参数进行实时采集，并将数据传输到分散控制器进行处理。
常用的数据采集方式包括模拟量采集和数字量采集，常用的数据传输方式包括以太网、RS485等。
二、系统实现1.系统编程基于DCS的造纸自动化控制系统的编程主要包括控制逻辑的编写和数据处理的实现。
控制逻辑的编写根据控制策略确定，可以使用诸如LD （Ladder Diagram）或FBD（Function Block Diagram）等编程语言进行实现。
数据处理的实现一般使用高级编程语言，如C++、Python等。
2.设备配置设备配置是指将DCS系统与控制设备进行连接和配置，使其能够相互通信。
具体包括对控制器进行参数配置、对传感器进行校准和接线等操作。
3.系统调试与优化在系统实现过程中，需要进行系统调试和优化，以确保系统的正常运行和达到预期的效果。
调试包括对各个环节的控制算法进行调整和验证，优化包括对系统的稳定性和可靠性进行改善。
DCS系统在纸浆和造纸工业中的应用效果
DCS系统在纸浆和造纸工业中的应用效果随着科技的不断发展，自动化控制系统在各个工业领域中广泛应用。
DCS（分布式控制系统）作为一种重要的自动化控制系统，在纸浆和造纸工业中具有广泛的应用效果。
本文将探讨DCS系统在纸浆和造纸工业中的应用效果，并对其带来的益处进行详细分析。
一、DCS系统在纸浆行业中的应用效果纸浆生产过程中，涉及到多个环节，包括浆料的制备、搅拌、过滤、蒸煮等。
采用DCS系统可以对这些环节进行全面监控和控制，提高生产效率、降低生产成本。
具体来说，DCS系统可以实现以下功能：1. 过程监控和控制：DCS系统可以对纸浆生产过程中的温度、压力、液位等参数进行实时监控，及时发现异常情况并进行控制，确保生产过程的稳定性。
2. 质量控制：通过DCS系统，可以对纸浆的质量进行在线监测和控制，包括纸浆的浓度、PH值、酸碱度等。
这样可以有效提高纸浆的质量稳定性，减少次品率。
3. 能耗管理：DCS系统可以对纸浆生产中的能源消耗进行实时监测和控制，优化能源的利用，降低能源的浪费，从而达到节能减排的目的。
4. 故障诊断和维护管理：DCS系统可以通过监测设备的工作状态和参数，及时发现故障，并进行故障诊断，提高故障处理的效率。
同时，还可以对设备进行定期维护管理，延长设备的使用寿命。
通过以上功能的实现，DCS系统在纸浆行业中可以提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量，实现可持续发展。
二、DCS系统在造纸工业中的应用效果造纸工业是将纸浆转化为纸张的过程，其中需要进行纸张的成型、干燥、加工等工序。
DCS系统在造纸工业中的应用效果主要体现在以下几个方面：1. 自动化生产线控制：通过DCS系统，可以实现造纸生产线各个环节的自动化控制，如纸张成型、干燥、压光等。
这样可以提高生产效率，减少人工操作，降低劳动强度。
2. 质量控制：DCS系统可以对纸张的质量进行在线监测和控制，包括纸张的厚度、密度、湿度等。
通过实时调节工艺参数，可以提高纸张的质量稳定性，减少次品率。
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基于DCS 的造纸自动化控制系统的设计与实现
美卓集团总部在芬兰，是全球领先的工程技术公司。
业务涵盖矿山、建筑、能源、金属回收、纸浆和造纸等行业。
一、工艺流程
工程核心设备是芬兰Metso 提供的在线双面涂布超压高速纸机，没有传统工艺的混合浆池，利用混合器使浆料在管道中直接混合，大大缩短了更换纸种所需的时间，提高了纸机的生产效率。
1.浆料流送装置是造纸机的起始部分，习惯上称之为流浆箱或网前箱。
2.网部的主要作用是将悬浮液浆流进行大量脱水，并使之成形具有一定湿强度的湿纸页。
纸幅在网部的成形决定了纸张成品的重要性。
3.在压榨部采用直通式双道靴型压榨，大大提高了纸页的脱水率和紧度。
4.干燥部是上烘缸下真空辊的结构，加入了纸幅稳定器用以解决高速纸机的纸幅跳边现象。
前干燥部有一套在线清洗设备，保证了纸机的运行效率。
5.施胶部的目的主要是使纸和纸板具有抗拒液体（特别是水和水溶液）扩散和渗透的能力，以适宜于书写或防潮抗湿，施胶剂是松香胶料。
6.超压部分也叫超级压光机，是由3~10个辊筒垂直安装在机架上组成的。
提高纸页的平滑度、紧度和光泽度，并使纸页全幅厚薄均匀。
7.传感器的使用：在施胶部之前有一个扫描架，安装了定量、水分和厚度传感器。
施胶部之后是第二个扫描架，安装了定量与水分传感器。
卷曲机构安装了第三个扫描架，有定量、厚度、水分、颜色、光泽度传感器。
此外，该纸机还装备了Metso公司的Sensodec6S 纸机状态及运行性能检测系统、KajaaniRMi 流着率分析系统、QCS质量控制系统、WMS断纸检测系统和WIS纸幅侦测系统，它们都属于造纸控制系统的组成部分。
现在开始着重讲它的集散控制系统DCS。
二、DCS—美卓MetsoDNA
MetsoDNA（Dynamic Network Architecture）是美卓自动化开发的一套DCS 系统，它基于一个树型或者环型拓扑结构的冗余以太网络，将操作管理装置和下面的分散过程控制装置整合到一个平台。
1.ACN
MetsoDNA 控制系统的核心设备是ACN 控制器，基于X86 系列CPU，运行在Linux 系统下，应用程序包括操作系统本身都是在控制器启动的时候从一台名为备份站的主机上读取的。
因此，控制器不需要物理硬盘作为数据存储介质。
这样就可以降低故障率，方便管理。
特性：
(1). 高处理能力（支持最多5000 个普通I/O、支持控制周期最快到20ms）
(2). 支持多种通讯协议（Profibus、DP/PA、ASi、Foundation Fieldbus 等）
(3). 4个PCI 扩展槽(4). 散热好(5). 自诊断(6). 减震
ACN 控制器前面板有一系列状态指示灯，它们分别是24V 电源、5V 电源、温度报警、硬盘读写状态、控制器运行状态、控制器待机状态、过程总线1 和2 的通讯状态、现场总线1和2的通讯状态。
在前面板盖板打开后，可以看到电源开关以及可拆卸的散热风扇空气过滤系统。
带硬盘的ACN控制器还装有紧凑型的DVD 光盘驱动器。
ACN 控制器后面板配置了一系列的接口，它们分别是：
(1)鼠标/键盘PS2 接口
(2)双USB 通用串行总线接口
(3)显示器VGA 信号接口
(4) 24V 直流电源接口
(5) 扩展的以太网卡接口（和主板集成的网口形成冗余结构）
(6) PMM 个性化定义模块(Personality Module for MetsoDNA)
(7) 双RS-232 串行接口
ACN-PO 是在ACN-RT 的基础上加入了硬盘，装有WindowsXP操作系统，主要用于备份站、操作站、报警站等需要运行较复杂软件或进行数据存储的场合。
ACN-C20 是一款紧凑型的ACN-RT，为I/O 点数较少，处理能力要求不高的场合提供了一个更经济的选择。
ACN 控制器能够兼容Profibus、FF、ASi、Hart 等多种制浆造纸过程控制常用的现场总线协议。
2. I/O 卡件的选择
MetsoACN I/O（简称MIO）是美卓新一代I/O 产品，它由IPS 供电模块、IBC 总线控制器以及各种类型的I/O 单元组成。
I/O 具有以下特性：
(1)最快到20ms 的控制周期
(2)更精确的模拟量输入输出
(3)支持HART 协议
(4)1ms 事件顺序纪录(SOE)
(5)支持信号仿真
(6)支持热插拔
(7)可进行自我诊断
(8)更高的封装密度
ACN 控制器通过以太网连入总线中任意一个IBC 即可完成总线连接。
为增加安全性，IPS 与IBC 也可以冗余使用。
(1)模拟量输入模块
AI8H 是一个8通道的模拟量输入模块用以检测电流信号，并支持HART 协议。
它可以检测0/4-20mA的电流信号，并且每个通道都能独立地为变送器提供带电流限位功能的供电模块。
它还具有低通滤波和数字滤波的能力，并能检测线路短路或断路。
(2)模拟量输出模块
(3)数字量输入模块
(4)数字量输出模块
3.用户界面
MetsoDNA 的操作站DNAuse 可以使用ACN-PO 工作站作为主机，运行环境为WindowsXP 操作系统，并支持多个显示器。
4. 网络拓扑结构设计
MetsoDNA 系统在网络拓扑结构上有树形和环形结构可供选择。
快速生成树协议RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）：STP/RSTP 的基本原理是，通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文（也被称作“配置消息”）来确定网络的拓扑结构。
RSTP 定义了三种端口状态：丢弃（discarding ）、学习（learning ）和转发（forwarding）。
A: 网络处于正常状态。
B: 交换机1 和3 之间的连接中断，交换机3 开通预先保留的通路至交换机2。
C: 交换机3 和交换机1 与2 的连接都中断了，交换机5678 开通预先保留的通路至交换机4。
环形拓扑结构Turbo Ring，它在很大程度上优化了通信冗余功能，并且保证网络的恢复时间更短，让数据的传输获得更高保障。
当环网中的某个分支和其余网络断开的时候，Turbo Ring 协议能自动重新调整环网，将之前的保留路径开启来恢复通讯，所以断开的网络能和其他网络重新建立连接。
三、软件工程环境
MetsoDNA 系统的程序设计与管理功能都集中在EAS 工程师站。
MetsoDNA 系统的程序都储存在工程师站的数据库里，对这个数据库进行浏览和操作的软件是DNAexplorer。
MetsoDNA 的软件编写环境是一个基于AutoCAD 软件的名为FbCAD 的程序。
它在AutoCAD 的基础上，加入了各种模块库。
用户在编写程序的时候调用模块库中的各种功能模块，并进行合理的设置与组合，建立起一个符合设计要求的逻辑关系，并通过这种图形化、模块化的编程环境完成程序设计。