摘要：本文主要闡述了恒豐10號(hào)造紙機(jī)控制系統(tǒng)DCS及QCS升級(jí)改造方案及應(yīng)用情況。重點(diǎn)說(shuō)明了在DCS及 QCS系統(tǒng)升級(jí)改造中，詳細(xì)的硬件及軟件升級(jí)過(guò)程，新增功能，改善程度，并對(duì)霍尼公司的解決方案及自動(dòng)化產(chǎn)品及服務(wù)給予肯定。
恒豐10號(hào)紙機(jī)的DCS控制為1999年引進(jìn)Honeywell 公司針對(duì)制漿、造紙業(yè)專門(mén)開(kāi)發(fā)的TotalPlant® Alcont(簡(jiǎn)稱TPA)集散控制系統(tǒng)，QCS亦為同年引進(jìn)的MxOpen質(zhì)量控制系統(tǒng)。TPA是恒豐紙業(yè)第一套完整的DCS控制系統(tǒng)，其良好的人際界面、完善的、靈活方便的系統(tǒng)及應(yīng)用組態(tài)工具，在1999年的第一次紙機(jī)改造中發(fā)揮了重要作用。8年來(lái)，這DCS/QCS系統(tǒng)運(yùn)行良好，為10號(hào)紙機(jī)的正常生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定起著保駕護(hù)航的作用。
此次DCS/QCS系統(tǒng)改造的主要原因：
1. 隨著國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，該紙機(jī)需要再次進(jìn)行局部改造，同時(shí)也迫切需要控制系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和更新?lián)Q代以適應(yīng)新時(shí)期生產(chǎn)的需要。
2. 同時(shí)改造前的控制系統(tǒng)的部件逐漸開(kāi)始老化，系統(tǒng)也開(kāi)始出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定趨勢(shì)，故障造成偶爾停機(jī)，甚至影響生產(chǎn)。
3．維護(hù)成本越來(lái)越高，特別是QCS系統(tǒng)中控制板卡，由于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子元件的飛速發(fā)展、更新升級(jí)加快，控制系統(tǒng)的控制板卡的元器件已逐步淘汰，其配件在市場(chǎng)上很少且價(jià)格很高，所以大部分板（卡）件出現(xiàn)故障時(shí)只能送回供應(yīng)商的工廠返修，可以想像出對(duì)生產(chǎn)的影響，而更為嚴(yán)重的是有的備件已無(wú)法得到正常供應(yīng)。
為適應(yīng)新的生產(chǎn)需要和當(dāng)前科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，需要對(duì)現(xiàn)有的DCS、QCS系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)。根據(jù)系統(tǒng)現(xiàn)狀及改造資金情況，我們與Honeywell公司的專家進(jìn)行反復(fù)論證、探討確定了既能保持原系統(tǒng)大部分控制功能不變又能利用現(xiàn)有資源提高控制檔次及控制精度，使改造后的控制系統(tǒng)與主流控制相適應(yīng)的升級(jí)改造方案。具體實(shí)施方法如下：
一、 操作站更新情況
原舊系統(tǒng)操作站情況：漿部DCS操作站、紙部DCS操作站（紙部設(shè)工程師站）、卷取DCS操作站、QCS操作站。
改造后系統(tǒng)操作站情況：漿部DCS操作站不變，紙部淘汰的舊操作站作為備用，增加一臺(tái)新的操作站，更換新的電腦，配置為戴爾高檔Optiplex商用工作站；紙部保留工程師站（不設(shè)操作站），更換新電腦，配置為為戴爾高檔Precision商用工作站、增加QCS服務(wù)器及紙病服務(wù)器，新配置；卷取增加紙病站、設(shè)DCS站QCS站，分別為新電腦，最新主流配置。
操作站及工程師站的重新分配及更新?lián)Q代，使控制室的面貌煥然一新，同時(shí)也更利于集中維護(hù)、管理及操作。
二、 DCS系統(tǒng)（TPA）硬件升級(jí)情況（可對(duì)比改造前后的網(wǎng)絡(luò)連接圖1和圖2）
圖1/圖2
1. ETI網(wǎng)卡內(nèi)置驅(qū)動(dòng)程序升級(jí)：
原二塊由ETIUP11B升級(jí)為ETIUP11E，通過(guò)軟盤(pán)專用卡升級(jí)。
2. 過(guò)程模塊PM升級(jí)：
原系統(tǒng)的PM1、PM1/1、PM2、PM2/1、PM2/2及PM3等5卡內(nèi)置驅(qū)動(dòng)程序升級(jí)，通過(guò)軟件下載進(jìn)行升級(jí)。
3. IOC卡升級(jí)：
3塊與服務(wù)器的連接卡P1/ IOC卡通過(guò)軟件升級(jí)。
4. 增加現(xiàn)場(chǎng)控制器FC：
增加一個(gè)新的FC1，同時(shí)增加2個(gè)IO接線柜C3和C4，4個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線接口單元NIU，28個(gè)輸入輸出IO板。新增的自動(dòng)控制功能全部在新的現(xiàn)場(chǎng)控制器中完成控制。
硬件的升級(jí)，使相當(dāng)于CPU的XPR卡自動(dòng)升級(jí)。它的升級(jí)使將使系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制器FC的運(yùn)行時(shí)間大大縮短。TPA中XPR的CPU的運(yùn)行時(shí)間為0.16ms，新FC的運(yùn)行時(shí)間將達(dá)到0.08ms，單位時(shí)間可運(yùn)行的blocks數(shù)量也大大增加，大大改善了控制效果。
同時(shí)TPA系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上新的現(xiàn)場(chǎng)控制器FC，進(jìn)一步利用Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)與傳動(dòng)系統(tǒng)的通訊。舊系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)的連鎖信號(hào)（如上漿泵速度及卷取速度）是通過(guò)硬線接入到相應(yīng)的接口卡的，但每接入一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的信號(hào)都需要重新敷設(shè)電纜，而系統(tǒng)升級(jí)后，一條Profibus線便能提供所需的任何傳動(dòng)信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的改進(jìn)將會(huì)使系統(tǒng)繼續(xù)得以擴(kuò)展，如進(jìn)一步可接入PA智能現(xiàn)場(chǎng)儀表及新型智能編碼器通訊信號(hào)等。
硬件的升級(jí)會(huì)使控制系統(tǒng)的擴(kuò)展更加靈活，不必采用較為昂貴的、專門(mén)的Honeywell的IO板件。如本次改造中IO模塊中采用了GE公司的VersaMax IO板。特別是控制施劑機(jī)電磁閥的控制信號(hào)類型是-10V--+10V ，舊的TPA系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)控制必需在原有板件后增加轉(zhuǎn)換器才能將-10V--+10V信號(hào)送出到電磁閥；但系統(tǒng)升級(jí)后，這種特殊的-10V--+10V信號(hào)可直接通過(guò)GE公司的VersaMax的IO板輸出到電磁閥上，實(shí)現(xiàn)控制，方便簡(jiǎn)捷。
三、 TPA DCS軟件系統(tǒng)升級(jí)
1. 操作系統(tǒng)升級(jí)：
紙部原DCS工程師站、操作站及卷取操作站的操作系統(tǒng)由原來(lái)NT系統(tǒng)升級(jí)為XP系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的升級(jí)使之完全支持中文，面板、菜單界面都為中文，更易于操作工的操作、理解。
2. 組態(tài)軟件升級(jí)：
原TPA組態(tài)軟件中繪圖功能不完善，如不具備圖形的旋轉(zhuǎn)功能等，組態(tài)軟件升級(jí)后繪圖更容易，操作也更簡(jiǎn)便。
四、 QCS系統(tǒng)升級(jí)情況
1. 硬件部分：
原來(lái)中控室的QM柜取消，改為壁掛式Davinci系統(tǒng)柜（PM柜）。PMP中裝有信號(hào)處理器對(duì)傳感器的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，并通過(guò)以太網(wǎng)與達(dá)芬奇主機(jī)相連。該處理器具有2000/秒的采樣速率。由于采樣速度的提高，使系統(tǒng)橫向測(cè)量分辨率達(dá)到5mm。
掃描架內(nèi)直流傳動(dòng)電機(jī)改為交流變頻電機(jī)，掃描速度可提高到400mm/s。使用高分辨率的編碼器，掃描位置精度提高到0.1mm。
更換QCS系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)，改用達(dá)芬奇系統(tǒng)控制主機(jī)，系統(tǒng)中采用戴爾高檔Precision商用工作站計(jì)算機(jī)。
2. 軟件部份：
原來(lái)的操作平臺(tái)為Unix系統(tǒng)，一些設(shè)置需要用命令進(jìn)行操作，對(duì)工程師的要求較高，而現(xiàn)在升級(jí)后可在表面上直接操作，簡(jiǎn)單方便。
達(dá)芬奇系統(tǒng)為用戶提供了開(kāi)放協(xié)議如OPC等。OPC是一個(gè)開(kāi)放的接口標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)技術(shù)規(guī)范，它為應(yīng)用程序間的住處集成和交互提供了強(qiáng)有力的手段?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)→OPC→系統(tǒng)監(jiān)控制軟件，表示了現(xiàn)場(chǎng)總線與計(jì)算機(jī)之間住處傳遞通道。有了OPC作為通用接口，就可把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與上位監(jiān)控制、人機(jī)界面軟件方便地鏈接起來(lái)，還可把它們與PC機(jī)的某些通用開(kāi)發(fā)和應(yīng)用軟件平臺(tái)鏈接起來(lái)。使QCS更方便地與TPA DCS通過(guò)OPC進(jìn)行通訊。
QCS在升級(jí)到達(dá)芬奇系統(tǒng)后，與原系統(tǒng)相比，性能大幅提高：
1. 掃描速度由200mm/s—300mm/s提高到400mm/s，提高30%-100%。系統(tǒng)橫向檢測(cè)分辨率提高到5mm。由于掃描速度和分辨率的提高，使系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)紙頁(yè)品質(zhì)的細(xì)微變化，系統(tǒng)的控制響應(yīng)速度也大大提高。產(chǎn)品次品率降低，質(zhì)量提高。
2. 增加系統(tǒng)健康診斷瀏覽器，使操作者隨時(shí)了解運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在線故障診斷。掃描架、傳感器和控制板的每一個(gè)通道的工作狀態(tài)都能清晰顯示。這種早期的故障報(bào)警顯示，為維修人員提供了及時(shí)處理的可能和預(yù)防措施，維修更加方便。
3. 系統(tǒng)報(bào)警存儲(chǔ)功能，可在系統(tǒng)中查找歷史紀(jì)錄，分析原因，隱患。改變了必須配置打印機(jī)記錄報(bào)警事件的傳統(tǒng)。
4．增加了如下功能：質(zhì)量控制數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)—?dú)v史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理；數(shù)據(jù)分析—對(duì)生產(chǎn)過(guò)程趨勢(shì)曲線按照用戶設(shè)定的格式顯示。為生產(chǎn)管理人員提供豐富的資料，提供數(shù)據(jù)分析工具，有利于生產(chǎn)管理及質(zhì)量的提高；表格形式生成品質(zhì)及生產(chǎn)報(bào)告—易于網(wǎng)絡(luò)傳輸，統(tǒng)一的格式使各類人員方便地進(jìn)行資源共享，實(shí)行電子信息化管理；建立實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)與達(dá)芬奇系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)；每批（卷）的質(zhì)量控制參數(shù)、系統(tǒng)工作狀態(tài)與實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合；根據(jù)生產(chǎn)批號(hào)、日期、紙卷記錄查找實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)和QCS系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)。
此次升級(jí)改造工作時(shí)間緊、任務(wù)重，但通過(guò)Honeywell專家與用戶詳細(xì)地論證及合理地配置，既保留了原系統(tǒng)的優(yōu)特點(diǎn)，又對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了換代，使增加的控制點(diǎn)合理地進(jìn)入控制系統(tǒng)；同時(shí)也使此次改造達(dá)到了最佳的性價(jià)比。
Honeywell公司是恒豐紙業(yè)優(yōu)秀的供應(yīng)商之一，1999年至今已有10號(hào)紙機(jī)、12號(hào)紙機(jī)、13號(hào)紙機(jī)、14號(hào)紙機(jī)及15號(hào)紙機(jī)都先后引進(jìn)了Honeywell公司的DCS、QCS、WIS紙病檢測(cè)系統(tǒng)。如今的系統(tǒng)改造是對(duì)10號(hào)紙機(jī)控制系統(tǒng)的第一次升級(jí)，此次升級(jí)換代，改變了該車間控制系統(tǒng)在公司的控制系統(tǒng)落后于時(shí)代的局面，使控制系統(tǒng)再次增添了新的生機(jī)和活力。這種對(duì)老系統(tǒng)的升級(jí)改造不僅提高了系統(tǒng)性能，而且縮短了改造周期，投資又少，是企業(yè)挖掘設(shè)備潛力，提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。目前10號(hào)紙機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，控制良好。
恒豐紙業(yè)是目前國(guó)內(nèi)首家實(shí)行TotalPlant® Alcont DCS系統(tǒng)升級(jí)改造的企業(yè)，在系統(tǒng)升級(jí)的過(guò)程中，Honeywell公司的專家為確保順利升級(jí)，不影響用戶的開(kāi)機(jī)時(shí)間，專門(mén)派人提前來(lái)公司進(jìn)行硬件和軟件升級(jí)，對(duì)一些重要問(wèn)題提前處理，保證了用戶的整個(gè)技術(shù)改造的按時(shí)順利完成。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡(jiǎn)歷：
張葵紅 （1967-）女，牡丹江人，高級(jí)工程師，多年從事自動(dòng)化領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和技術(shù)研究。
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