基于MACS的配浆过程DCS控制系统设计22.doc

III基于MACS的配浆过程DCS控制系统设计摘 要造纸工业是一个与国民经济发展和社会文明建设息息相关的重要产业。配浆系统是整个造纸工艺流程的重要组成部分。为了达到配浆系统给定的工艺要求，保证纸浆的产量和质量，对配浆系统进行自动化控制。配浆的目的是使各种纸浆，辅料等按一定的比例配置。其中各种浆液的加入量使用比例控制，并且这些流量比例控制均受配浆池液位信号的连锁控制。即，当配浆池液位达到高高限时，流量阀门全关，同时，自动关断相关的液位输送泵。当配浆池液位达到低低限时，流量比例控制程序恢复控制，同时启动相关的浆液输送泵。此次控制采用和利时的控制系统，同时，该系统可以充分提供配浆系统的各种生产数据，为生产工艺的改进、管理水平的提高创造条件。本文研究了造纸工业中纸浆配比自动控制系统。整个系统结构可以分为监控程序、基于组态软件的控制程序与硬件及接口程序三层结构，三者相对独立运行。本文着重研究配浆系统中控制程序的设计和实现。在分析了整个系统需求的基础上提出了系统的控制目标和策略，主要包括绝干量配比控制、浓度控制和液位及联锁控制等。实现了纸浆配比系统中的控制程序。关键词：纸浆，绝干量，配比控制，软件组态Design of DCS Control System With The Plasma Process Based on MACSABSTRACT The papermaking industry is a national economic development and social civilization construction is an important industry. The whole paper slurry system is with an important part of the process. In order to achieve the slurry system with a given process requirement, guarantee the production and quality of paper pulp of slurry system with auto-control. The purpose is to match pulp of pulp, accessories, and other press certain proportion configuration. The addition amount of various slurry used proportional control, a value of pre-set parameter values, and these flow proportional control are subject to the slurry pond with the chain control level signal. Namely, when match slurry limit, high level gets to the pool, and at the same time, fitted flow valves automatic shutoff related level pump. When match plasma pool to low level limit, flow proportional control program, and restore control initiate relevant slurry pump. The control adopts Hollysys control system, at the same time, the system can fully provide all kinds of production with plasma system data, improve the production process, improve the level of management creates the condition.This paper studies the ratio of papermaking pulp automatic control system. The whole system structure can be divided into monitoring program, based on configuration software control procedures and hardware and interface program three layer structure, three relatively independent operation. This paper focused on the research of slurry system with the design and implementation of the control program. On the analysis of the whole system requirements are put forward on the basis of system control target and strategy, mainly including absolutely dry quantity ratio control, concentration control and liquid level and interlocks control, etc. At the same time, using DLL technology to realize the control of the pulp ratio system program.Key words: paper pulp，dry component，ratio-control，software configuration目 录摘 要IABSTRACTII1 课题意义11.1 和利时MACS控制系统特点11.2 设计任务71.3 系统设计意义71.3.1 设计意义71.3.2 系统功能81.3.3 自身锻炼92 流程简介102.1 工段工艺过程102.1.1 工艺流程图102.1.2 自动控制方框图102.1.3 配浆的目的112.1.4 配浆的控制112.2 控制要求122.2.1 绝干量配比控制122.2.2 浓度控制122.2.3 液位及联锁控制133 硬件选型153.1 点表153.1.1 测点清单153.1.2 仪器仪表163.2 和利时硬件163.3 硬件功能简介183.3.1 主控单元FM801183.3.2 24V系统电源193.3.3 DP重复器213.3.4 FM148C 八路大信号模拟量输入模块233.3.5 FM151 8 路420mA 模拟量输出模块264 软件组态294.1 组态过程及步骤294.1.1 新建工程294.1.2 整理数据库304.1.3 数据库导入334.1.4 设备组态354.1.5 图形组态394.1.6 算法组态394.2 组态图形及程序394.2.1 组态图形404.2.2 程序405 上位机465.1 单机465.2 网络465.3 双冗余466 结 语47致 谢48参 考 文 献4949基于MACS的配浆过程DCS控制系统设计1 课题意义1.1 和利时MACS控制系统特点MACS是北京和利时（Hollysys）开发的分层分布式的大型综合控制系统，用以完成大、中型分布式控制，大型数据采集监控，具有数据采集、控制运算、控制输出、设备和状态监视、报警监视、远程通信、实时数据处理和显示、历史数据管理、日志记录、事故顺序识别，事故追忆、图形显示、控制调节、报表打印、高级计算，以及所有这些信息的组态，调试、打印、下装、诊断等功能。该系统采用了目前世界上先进的现场总线技术（ProfiBus-DP总线），对控制系统实现计算机监控，具有可靠性高、适用性强等优点，是一个完善，经济、可靠的控制系统。(1)MACS的硬件体系及其通信网络 MACS系统硬件结构如下图。它是由网络、管理网关、通信网络、管理网网关、通信控制站、现场控制站、系统服务器、工程师站、操作员站、高级计算机站等组成。图1-1 MACS系统结构图1(2)通讯系统 通讯系统由网络、管理网关和通讯控制站组成1) 网络MACS网络由上到下分为监控网络、系统网络和控制网络三个层次。(a)监控网络 监控网络（M-NET）由100M高速以太网络构成，用于系统服务器与工作站，操作站、高级计算机站的连接，完成工程师站的数据下装，操作员站、高级计算站的在线数据通讯。(b)系统网络系统网络（S-NET）由100M以太网构成，用于系统服务器与现场总线控制站，通信控制站的连接，完成现场控制站、通信控制站的数据下装，服务器与现场控制站、通信控制站之间的实时数据通讯。(c)控制网络控制网络（C-NET）由CAN总线或Profibus-DP总线构成，用来实现过程I/O模块与现场控制站主控单元的通信，完成实时输入、输出数据的传送。PROFIBUS-DP是专门为自动控制系统与设备级分散I/O之间进行通讯而设计的。既可满足高速传输，又有简单实用、经济性强等特点。Profibus-DP符合EN50170标准，拓补结构为总线式，在总线两端有有源总线 端接器。 最大节点数为126，其中每个分段上最多可接22个节点，各段可通过中继器相连；传输速率9.6kps12Mbps，与每段距离有关。当距离在100m 内时可达12Mbps （同一系统中的全部设备需选用同一速率）。通讯介质采用屏蔽双绞线或光纤。 CAN2.0A协议的网络采均高可靠性的双冗余结构，应用时可以保证在任何一条网络失效的情况下都不影响系统通信。系统的网络拓补结构为星型，中央节点为服务器。 MACS网络采用可靠性高的双冗余结构，应用时可以保证在任何一条网络失效的情况下都不影响系统通讯。系统的网络拓补结构为星型，中央节点为服务器。传输速率100Mbps，通讯介质采用光纤或双绞线，每根光缆的最大连接长度是2km，每根双绞线的最大长度是100m。允许的最大HUB数为4，每个HUB有16个端口。2) 管理网关MACS系统是一个开放的系统，通过管理网网关提供外界一个访问接口。作为网关，它一侧连接到MACS系统内，另一侧连接到外界系统，是内外系统沟通的桥梁。其主要作用是通过内部网关软件，将MACSTM内部的实时数据、历史数据转换到标准关系数据库中，并对数据提供数据访问接口。硬件接口：标准10/100M以太网。 通讯协议：Ethernet、TCP/IP，可与Windows65、Windows NT等系统连接。 数据库接口：提供业界规范的ODBC、SQL等数据库接口，可与采用Oracle、Informix、Sybase、SQL Serever等关系数据库的系统连接。3) 通讯控制站（CCS）通讯控制站由高可靠性工业微机、各种通信卡件和通信软件组成，实现与各类现场总线仪表、PLC、智能电子设备IED、RTU及其它子系统的通信，完成各种通信协议的解释和数据格式转换等功能。 通讯控制站接收来自其它系统的通信数据，进行校验、分解数据包，并将数据发送到系统服务器；从系统服务器取得数据，按照协议组织数据包发送到其他计算机系统或进行远程发送。在接收和发送的数据处理中可以加入各种组台的算法进行数据加工。可支持RS232、RS422、RS485等通信线路。通信控制站通过系统网络S-NET与MACS系统连接。(3)现场控制站(分散过程控制装置) 现场控制站是MACS系统实现数据采集和过程控制的重要特点，主要完成数据采集、工程单位变换、控制和联锁算法、控制输出、通过系统网络将数据和诊断结果船送到系统服务器等功能，它由电源单元、主控单元、智能I/O单元和专用机柜四部分组成。现场控制站内部采用了分布式的结构，与系统网络相连接的是现场控制站的主控单元，可冗余配置。主控单元通过控制网络（C-NET）与各个智能I/O单元实现连接。现场控制站的内部结构如图。图1-2 现场控制站的内部结构1电源单元式一种开关电源，它体积小，质量轻、变换效率高，为MACS系统现场控制站的I/O模块提供+24V（DC）电源，模块具有完善的保护电路，输入部分模块采用可熔端保险丝进行过电流保护；模块还采用防雷击保护管进行过电压保护，输出部分使用自恢复保险丝防止输出过电流损害输出级器件，使用压敏电阻进行输出过电压保护。主控单元为单元式模块化结构，它具有能够支持冗余的双网结构（以太网）。通过以太网与MACS系统的服务器相连，它还有Profibus-DP 现场总线接口，与MACSxitong的I/O模块通信，主控单元自身为冗余设计，以提高系统的可靠性。在主控单元和智能I/O单元上，分别固化了实时控制软件，主要完成以下功能。1)信号转换与处理对功能板采集上来的数据进行线性或非线性化转换。2)控制运算以组台规定的周期完成连续控制运算、体型逻辑运算和计算公式运算。3)通信首先是通过系统网络与系统服务器通信，接收工程师站的初始下装数据和在线增量下装数据，以及操作员在修改德数据，另一方面周期性地将模拟量数据和开关量数据和开关量状态变化数据发送到系统服务器，其次通过控制网络向I/O模板传送初始化数据和控制输出数据并接收模板采集的数据和报告的状态。4)其它，具有自诊断、无扰切换、带电插拔等功能。I/O单元软件固化在MACS的输入/输出（I/O）单元中。I/O单元软件可完成数据输入、输出处理及输出数据正确性的判定，同时可实现与主控单元的数据交换（模板初始化数据、自检状态信息等）。(4)集中管理装置集中管理装置由工程师站、操作员站、高级计算机站和系统服务器组成。1) 工程师站（ENS）工程师站由高档微机和各种组态工具软件组成，主要用来完成以下几部分功能。(a)组态完成数据库、图形、控制算法、报表、事故库的组态。(b)外参数配置简化历史库、事故追记忆、变量组定义等。(c)设备组态实现用用系统的操作员站、服务器、现场控制站及过程I/O模块的配置等。(d)数据下装和增量下装将组态后的数据下装到服务器、现场控制站、操作员站，在线运行时，还可通过增量下装的形式修改数据库和控制算法。(e)离线查询对存档数据进行查询。工程师站配有MACS组态软件包，在中文Windows NT下运行。软件包中有8个全汉字的工具软件或子系统，具有方便、一致的人机界面，供用户实现应用系统的组态。2)操作员站（OPS）操作员站由高可靠工业微机及专用工业键盘、轨迹球或触摸屏等设备和人机对话、画面显示等专用软件组成。MACS专用的操作员站软件是运行在中文Windows NT上的实施监控软件。该软件包含的任务主要由模拟流程图显示、趋势显示、参数列表显示、工艺报警显示、日志和事件查询显示及控制调节和参数整定等操作功能。操作员站监控软件是最重要的人机界面，支持专用工业键盘，轨迹球或触摸屏等外部设备。3)高级计算机站（CAS）高级计算机站不仅可以实现优化计算、分析数据、运行自行设计软件包等功能，还可以通过与数据库和历史库的数据访问接口功能来取得和改变系统运行的数据和状态。它由高可靠工业微机或高性能工作站组成，是配有各种专用数据处理、数据分析或高级控制算法软件的具有用户可编程环境的计算机。4)系统服务器（SVR）系统服务器由高档微机或服务器构成，是完成实时数据库管理和存放、历史数据库管理和存取、文件存取服务、数据处理、系统装载等功能的计算机。系统服务器可两冗余配置。它主要负责对域内系统数据的集中管理和监视，包括报警、日志、SOE、事故追忆等事件的捕捉和记录管理，并为域内其它各站的数据请求（包括实时数据、事件信息和历史记录）提供服务和为其它域的数据请求提供服务。运行系统以系统服务器为中心，完成所有功能。系统服务器还提供二次数据处理和历史数据管理和存档功能。一个大型系统可由多组服务器组成，由此将系统划分成多个域，每个域可由独立的服务器、系统网络（S-NET）和多个现场控制站组成，完成相对独立的采集和控制功能。域有域名，域内数据单独组态和管理，域间数据可以重名。各个域可以共享监控网络和工程师站。而操作员站和高级计算机站等客通过域名登录到不同的域进行操作。数据按域独立组态，域间数据可以由域间饮用或域间通信组态进行定义，并通过监控网络相互作用。(5)MACS的软件体系MACS的软件体系分为工程师站组态软件、操作站实时监控软件及现场控制站软件三大部分。三部分软件分别运行于系统的不同层次的硬件平台上，并通过系统网络及网络通讯软件彼此互相配合，互为协调，交换各种数据及管理、控制信息，完成整个DCS系统的各种功能。1）组态软件MACS提供了极富特色的全方位工程组态软件。该软件继承了国内外知名的DCS组态软件的传统，吸取了基于PC Windows 环境的工程组态软件灵活、易操作、界面友好等特点，从而为用户提供了一个灵活、方便、全面的工程平台，以实现用户的各种控制策略。2）实时监控软件MACS实时监控软件运行在一套高效的实时多任务操作系统下，此时多任务操作系统为基于优先级调度的强占式操作系统，各功能模块依据其功能的轻重缓急被赋予不同的优先级，再辅以对突发中断事件的实时处理，因而能有效地利用CPU资源，使各功能模块协调地并发进行。3）现场控制站软件现场控制站是整个MACS的核心部件，对现场信息的采集、各种控制策略的实现都在现场控制站上完成。为保证现场控制站的可靠运行除在硬件上采取一系列的保护措施外，在软件上也开发了相应的保护功能、通信功能，如控制器及I/O通道插件的故障诊断、冗余配置下的板级切换、故障恢复、定时数据保存等。各种采集、运算和控制策略程序代码都固化在控制站半导体卡或I/O智能插件上的EPROM中，中间数据则保留在带电保护的RAM中，从而保证软件的高可靠性运行及现场数据库的保护。现场控制站软件的主要功能可总结为信号采集控制功能、通信功能和可靠性保障功能。(a)采集、控制功能工程师组态时生成的各种控制策略以及工位数据库等，经网络实时下装到现场控制站及其中的I/O智能插件中，在这里进行现场各物理信号的采集、工程量转换、控制策略（如多种形式的PID调节，Smith预估器，比值控制，解耦控制，四则运算，乘方开方运算，指数对数运算，诸如选择器、比较器、定时器等的辅助运算，梯形图算法等）的实现、与现场各种智能仪表及PLC等的借口等功能。(b)通信功能现场控制站的通信功能分为两大部分，一是经由系统网络S-Net与上位操作员站及工程师站组态站的通信，各种现场采集信息发个操作员站，同时操作员站针对现场的操作指令由操作员站发向控制站；二是控制站内部的通信功能，完成CPU主控制器与各过程通道板经由控制网络C-Net的信息交换。(c)可靠性保障功能MACS的现场控制站在各个层次上实现了冗余，与此相适应，在主控制器、各I/O通道模板上都配置了相应的软件功能，以保证故障诊断、冗余切换、故障恢复等动作的正常进行。在主控制器双重化配置的情况下，主CPU模板和从CPU模板扰动切换。每个CPU控制器控制两套系统网络控制器，以实现系统网络S-Net的双重化，网络诊断软件定时诊断网络的运行情况，故障实时实现向备份网络的切换。各I/O模板均实现了智能化，板上CPU定期运行板级诊断软件，并将诊断状态信息经由控制网络C-Net发至主控制器模板，再由系统网络发送至操作员站进行状态、故障信息的显示。在I/O通道模块冗余配置的情况下，一旦板级诊断软件发现主I/O通道模块故障时，由特定的切换电路切换至备份模板。(d)对外通信及接口软件通信网站和网关完成MACS对外的通道。通信站是MACS与其他现场设备相连接，进行数据交换的转接站。该站可通过RS232及RS422/485串行通信口进行数据通信，支持MODBUS 通信。通信点的各类信息可在工程师站上组态实现。挂接设备包括各种类型的PLC、支持串口通信的智能仪表及其他可提供串口通信的计算机系统。网关用于实现MACS系统DCS网络与厂级生产MIS网的连接，并将DCS数据传送到MIS网中，供全厂各职能部门对生产数据进行监视和统计分析，完善生产管理、库存管理、生产计划及市场分析工作，为实现全厂生产管理一体化提供基础。支持TCP/IP网络协议以及由基于Novell操作系统构成的网络系统。(6)MACS系统是基于现场总线技术设计的新一代DCS系统。具有如下特点： 1)危险分散措施 过程I/O单元采用的智能化设计方法，可有效地将部分控制或采集运算分散到各I/O单元，降低主控单元的负担，提高可靠性。另一方面，一旦主控制器发生故障，各单元仍能完成基本的输入输出功能。如控制输出的自动保持功能，回路控制的独立执行等 2)故障隔离措施 所有过程输入输出单元都采用可靠的光电隔离技术，使各单元之间和单元与上位机之间的CPU无任何电气联系，从而提高系统的抗干扰能力、可靠性和安全性。在同一单元的不同通道间及逻辑功能侧和现场信号侧，也提供了隔离措施，可消除由于现场地电位差对系统造成的损坏。 3)迅速排除故障措施 现场控制站的所有单元上均带有CPU，每单元均可进行周期性自诊断。诊断主要包括CPU与内存等的自检、开关量输出回读比较、模拟量输入通道的正确性比较判断、模拟量输出通道的正确性比较等。诊断结果每秒钟都上传到上位机的系统状态图中显示 4)各种运行提示 系统中所有单元上均有状态指示灯包括运行灯、故障灯、网络通信灯等。 5)可带电插拔 一旦发现故障，可带电对故障单元进行更换。由于采用了特殊保护措施，系统中所有过程I/O单元均可带电拔插，对系统的运行不会产生任何影响1。1.2 设计任务(1)任务：1)学习和掌握造纸工艺配浆过程基本原理；2)学习和掌握MACS系统硬件的选型与配置；3)学习和掌握MACS系统软件编程方法；4)硬件与软件组态与优化。(2)预期成果：1)配浆工艺的CAD图；2)用MACSV组态编写的程序控制算法和图形组态；3)设计出一套比较完善的控制系统。1.3 系统设计意义1.3.1 设计意义造纸工业不仅是人民文化和日常生活服务的加工工业，并且是生产生产资料的工业了。造纸工业生产的产品与国民经济中的各个部门（例如机械工业，化学工业，建材工业，纺织工业，印刷工业，电力，电话，医疗卫生，航天等事业）都有千丝万缕的关系。而配浆是造纸过程中一个重要环节，它将直接影响到纸张的质量。配浆的目的是使各种纸浆，辅料等按一定的比例配置。其中各种浆液的加入量使用比例控制，设定值为预先设定的参数值进行，并且这些流量比例控制均受配浆池液位信号的连锁控制。即，当配浆池液位达到高高限时，流量阀门全关，同时，自动关断相关的液位输送泵。当配浆池液位达到低低限时，流量比例控制程序恢复控制，同时启动相关的浆液输送泵。整个工艺过程用和利时的MACSV系统作为整个配浆的控制系统。和利时自2000年进入纸浆造纸行业自动控制领域，迄今为止万成将近300个纸浆造纸企业DCS自动化工程，整个工程覆盖行业各个工段：制浆蒸球控制，制浆立锅控制，制浆连续蒸煮控制，制浆超级置换蒸煮控制，APMP制浆控制，制浆氧脱木素控制TCF，ECF漂白控制。废纸脱墨热分散控制，各种箱板瓦楞生产线控制，高级文化用纸控制，白卡纸全线控制，特种纸全线控制，烟草薄皮全线控制。和利时制浆造纸行业经过近十年的发展，利用自主技术和自有产品在工程实施过程中，结合行业特点，针对控制对象需求，提炼了国内外众多设备独特的解决方案，能够满足企业从现场-装置控制层-生产管理层-经营管理层各个层面的信息化，自动化需求。我现在在和利时实习，可能会在和利时工作，研究这个课题为以后的工作打下基础，再者我在和利时实习了3个月，对和利时的软硬件有一定的了解，和利时的自动化控制水平在国内也比较领先。1.3.2 系统功能配浆方式:当前纸浆管道配浆有三种方式，可根据生产情况、技术要求和经济情况来选取。第一种为流量给定控制方式，此种方式用人工给定参与配浆的各浆种流量的大小，来控制到成浆池各种浆的比率。第二种为比率自动控制方式，主要利用混合浆池液位控制的输出作为主要浆种的流量给定，并通过比率控制器决定其它浆种的流量给定。其具有的优点为：能按纸机抄造情况，自动控制瞬时配比的各种浆流量大小，可保证成浆池液位稳定。第三种为绝干量比率自动控制方式，此种方式按参与配浆浆种的绝干纤维量来计算和控制各种浆配比的比率。它比流量控制更为准确，能够稳定控制各种浆的配比。其优点是配浆效果好，浆种的纤维配比稳定，更改、调整更为容易。此方案不需要人工计算，只需给定各种浆绝干的配比。本配浆控制系统控制部分可分为绝干量配比控制，损纸浆和自制浆浓度控制，混合浆池液位的控制及联锁控制，各控制部分具有耦合作用。绝干量配比的控制较为复杂，损纸浆、自制浆的浓度、流量变化等都会对配比控制产生干扰。同时配比控制时又要考虑到节省能耗。通过对配比的分析，对配比中比重占较大的自制浆。我们将自制浆泵满负荷运行，而让废浆泵根据给定的配比。采用带有延迟环节的增量PID控制算法控制。损纸浆和自制浆的浓度的控制，由于两者相互不影响，且受其他影响较少。我们分别通过控制相应电动阀的开度来控制加水量，从而控制纸浆的浓度。采用较为典型的闭环控制策略，控制算法采用增量式PID控制。纸浆液位的控制，纸浆液位的控制是本控制系统的一个难点，由于搅拌器的动作及液位本身的不稳定，给液位控制带来了困难。我们采用了带联锁的液位宽限开关控制策略：（1）以成浆池液位为主控制对象。设立成浆池液位高低限开关，成浆池液位高于高限开关时，自动关闭损浆池泵和自制浆池泵：如果成浆池液位低于低限开关时，根据自制浆池和损浆池液位要求，确定是否启动损浆池泵和自制浆池泵控制。（2）考虑到液位的波动，在对采集的液位数据进行平均滤波的同时，对限位开关值设立宽限，宽限值的大小通过实际试验确定。当液位波动值小于宽限值时，则不动作，只有当液位变化值大于宽限值时才进行相关动作。（3）考虑到损浆池与自制浆池的联锁要求，启动损浆池泵和自制浆池泵时必须满足：损浆池和自制浆池的液位必须同时都大于设定的下限值。同时，浓度控制电动阀也产生联锁动作5。1.3.3 自身锻炼通过这次设计，把理论和实践相结合，加强了对理论知识的学习 。用的是和利时的DCS控制系统，学习了和利时的硬件和软件。通过做造纸厂的配浆这一块渗透到自动化行业，对DCS系统有了更深的了解。 2 流程简介2.1 工段工艺过程2.1.1 工艺流程图工艺流程见图2-1。该流程中各种浆料分别通过各自的浓度控制回路对其浆浓度进行独立调节控制；助剂和各种恒定浓度的浆料分别通过流量控制回路进入混合槽；每个流量控制回路的给定值是由混合槽液位控制回路输出和配比设定值共同控制的。图2-1 工艺流程图62.1.2 自动控制方框图系统组成方块图如图2-2所示，浆浓度检测采用BTG公司的动刀式浓度计和旋转式浓度计；流量计采用了KROHNE公司的电磁流量计；浆浓度调节和浆流量调节采用温州利普自控设备有限公司的调节阀。图2-2 系统方框图62.1.3 配浆的目的配浆的目的是使各种纸浆如：各种木浆、损纸浆、废纸浆、淀粉液、分散胶、矾土液等浆液能够按照一定的比例配置，以满足生产各种定量的纸张的需要。2.1.4 配浆的控制图2-3 浓度控制框图配浆控制的目的是使各种纸浆、辅料等能够按照一定的比例配置。其中各种浆液的加入量使用比例控制，设定值为预先设定的数值进行。并且，这些流量比例控制均受到配浆池液位信号的连锁控制。即：当配浆池液位达到高高限时，流量阀门全关，同时，自动关闭相关的浆液输送泵，当配浆池液位达到低限时，流量比例控制程序恢复控制，同时自动启动相关的浆液输送泵。各种浆液储槽出口设置浓度变送器用来控制加入清水量，从而达到控制起浓度稳定的目的。各种浆液储槽的液位通过控制进入储槽浆液量来控制6。 如右图2-3所示：2.2 控制要求2.2.1 绝干量配比控制绝干量的配比控制比较复杂，其影响因素比较多，损纸浆及木浆的浓度、流量变化都会对配比控制产生影响。在保持损纸浆和木浆的浓度相对稳定的情况下，还要解决损纸浆和木浆的流量控制问题，此时绝干量主要的决定因素是流量。根据对配浆过程的分析，我们可以保持一个浆池泵的频率一定，调节另一个浆池泵的频率来调节流量的大小。两种浆种在配浆过程中所占的比重不一样，而管道的流量是一定的。若保持其中比重较小的浆种的流量不变，调节比重较大的浆种的流量，可能出现根据绝干量配比计算出的比重较大的浆种的流量超过管道的最大的流量，此时就不能达到预期的控制效果，所以要保持比重较大的浆种的流量一定。损纸浆和木浆中木浆占的比重较大，我们可以使木浆泵满负荷运行，控制木浆流量的电动阀开度保持在一个固定的值，损浆泵根据给定的配比，采用增量式PID 控制。绝干量配比控制的控制框图如图2-3所示。图2-4 绝干量配比控制的控制框图图 2-3中的绝干量计算模块具有单位及量程转换和绝干量计算的功能。浓度和流量信号均为物理量，有各自的物理意义，单位也不相同，则量程范围也不同，要对两者进行一定的处理才能够正确的计算损纸浆和自制纸浆的绝干量。2.2.2 浓度控制由于损纸浆与木浆的浓度是互不影响的，且由前面所述其受其他的影响较小，将两者分开控制，通过分别控制相应的电动阀的开度来控制加水量的大小，调节浓度。采用最常用的PID控制。浓度控制的系统框图如图2-4所示。图2-5 浓度控制框图在图4 中有一个反作用变换模块，其功能是改变调节器的正、反作用方式。为了适应不同被控对象实现负反馈控制的需要，工业调节器都设置正、反作用开关，以便根据需要将调节器置于正作用或者反作用方式。所谓正作用方式是指调节器的输出信号u 随着被调量y的增大而增大，此时整个调节器的增益为“”。处于反作用方式下，u随着被调量y的增大而减小，调节器的增益为“”。只有根据被控对象的特性正确选择调节器的作用方式才能够有效的控制被控量，否则会使系统的控制性能更糟，甚至带来生产事故。由浓度控制的原理可知，当调节加水量的电动阀的开度增大时，会使系统的浓度变小，此时控制器的输出信号应该减小，使电动阀的开度减小，增大浓度，以保证浓度稳定在给定值，因此调节器应该选择反作用方式。2.2.3 液位及联锁控制系统中要检测损纸浆池、木浆池和混合浆池的液位。检测损纸浆池液位和木浆池液位，目的是为了使损纸浆池和木浆池的液位不至于过低而影响配比过程的正常进行，控制比较简单，相比之下混合浆池液位的控制比较复杂。在系统的控制目标中已经介绍到，混合浆池的液位与本系统的联锁控制有着密切的关系。各个浆池的液位变化关系到系统是否能够正常、稳定运行。对于一个工业系统，保证系统安全、可靠和稳定运行是设计人员必须要考虑的重要部分。为了达到预期的控制目的，需要对液位进行高低限控制。通过对高低限的判断可以使系统做出相应的处理，若有浆池液位越限，发出报警信号的同时启动联锁控制。就本系统而言，我们采用带联锁控制的液位控制系统，具体的控制策略为：（1）对混合浆池的液位进行高液位和低液位控制，当混合浆池的液位高于设定的高位限制时，同时自动关闭损纸纸浆泵和木浆泵，暂停配比，防止成浆池浆满；当混合浆池液位低于设定的低位限制时，此时要考虑损纸浆池和木浆池的液位，如果损纸浆池和木浆池的液位都没有达到设定的低液位，即能够使配比正常进行，则同时启动损纸浆泵和木浆泵，启动配比，否则同时自动关闭损纸浆泵和木浆泵，发出报警信号，提醒工作人员进行处理。（2）考虑到液位的波动问题，对采集的液位数据进行数字滤波的同时对设定的限位值给与一定的变化范围，即给定上限偏差和下限偏差。当成浆池的液位低于设定的高位值与下限偏差之差时，则根据混合浆池的液位与设定的成浆池液位的低液位的比较情况执行相应的动作；当其液位高于设定的高位值与上限偏差之和时，进行第一条所述的相应动作。此处我们没有控制混合浆池的液位在一个给定值，而是让其在一个较宽的范围内变化。液位的波动较大，如果控制液位在一个给定值，必然使阀门等硬件工具频繁的动作，缩短机械寿命，增加系统的成本。同时将成浆池的液位控制在一个固定的给定值没有多大的实际意义，我们只要保证在生产进行的过程中，混合浆池一直有纸浆供后续环节使用就可以了6。系统具体的联锁控制关系见表2-1。表2-1 系统联锁控制关系混合浆池液位混合浆池液位报警木浆池液位报警木浆泵木浆电动阀损纸浆池液位报警损纸浆泵损纸浆电动阀上限上限报警报警/不报警关关报警/不报警关关两限之间不报警报警关关报警/不报警关关两限之间不报警报警/不报警关关报警关关两限之间不报警不报警开开不报警开开下限下限报警报警关关报警/不报警关关下限下限报警报警/不报警关关报警关关下限下限报警不报警开开不报警开开3 硬件选型3.1 点表3.1.1 测点清单（1）AI清单图3-1 AI测点清单（2）AO清单图3-2 AO测点清单3.1.2 仪器仪表 浓度计采用武汉字通仪表有限公司的DBNZ一1200型的动刀式纸浆浓度变送器电动调节阀上海中泰自动化仪表厂的ZAZC型电动调节阀。流量计采用上海光华仪表厂的IDG-150S型的电磁流量计，检测精度为05。长时间测量计误差小于l。伺服放大器采用上海自动化仪表十一厂的ZPE一2010型伺服放大器变频器采用日本富士通公司的5000G11S，P11S变频器。3.2 和利时硬件表3-1 控制系统清单序号信号类型要求数量实配数量模块类型模块数量1模拟量输入AI420mA3140FM148C52模拟量输出AO2124FM15133合计526481.操作员站2套(一套兼工程师站）序号名称规格型号单位数量生产厂家1操作员站主机E5300 2.6G/1G DDR2/160G SATA/DVD-RW/集成千兆网/套2HP2显示器22液晶显示器台2HP3网卡台4INTEL2.现场控制站部分序号名称规格型号单位数量生产厂家1主机柜FP101面1和利时2扩展柜FP201面1和利时324V系统电源FM910（1：1冗余均流）块4和利时424V系统电源SM910块2和利时5主控单元FM801（1：1冗余）块4和利时6主控单元固定底座FM301块1和利时7DP总线终端匹配器FM192-TR块2和利时8DP重复器FM1201块1和利时9DP重复器端子板FM1303块1和利时10模拟量输入模块FM148C块5和利时11模拟量输出模块FM151块3和利时12普通端子底座FM131块8和利时3.软件部分序号名称规格型号单位数量生产厂家1操作员站操作系统软件 预装WIN XP套1微软2操作员站实时监控软件套1和利时3控制算法组态软件套1和利时4控制器运行软件套2和利时3.3 硬件功能简介3.3.1 主控单元FM801（1）简介FM801型主控单元是MACS系统现场控制站的核心设备，与专用机笼配合使用。实现对本站下IO模块数据的采集及运算和接受服务器的组态命令及数据交换。通过冗余以太网接口把现场控制站的所有数据上传到MACS系统服务器，操作员站/工程师站指令也通过以太网下传到FM801。FM801接口电路原理框图如下：图3-3 FM801接口电路原理框图（2）FM801技术指标表3-2 FM801技术指标型号 FM801电源输入电压（直流） 24VDC5%电源功耗（MAX） 10W硬件配置CPU 嵌入式Intel 486DX4-100 兼容处理器DRAM 16MBSRAM 1MB（带电池）SSD(固态盘) 8M（预装操作系统）通讯接口SNET 2 路10Mbps 以太网，RJ45 接口（10Base-T）CNET 1 路，ProfiBus-DP 协议主/从站位置 Profibus-DP 主站其它外形 长宽高= 305mm177.8mm71.12mm安装 通过导轨槽插装在机笼中，用螺丝固定工作温度 045工作湿度 590%相对湿度,不凝结存储温度 -1565存储湿度 595%相对湿度,不凝结3.3.2 24V系统电源（1）简介FM910电源模块是一种开关电源, 实现220VAC到24VDC的转换, 与专用机笼配合使用（如FM300，以下说明均以FM300为例），为现场控制站提供24VDC。既可以独立使用，也可以冗余使用。（2）组成如图3-2所示，FM910为盒式插件结构。前面板上有状态指示灯、开关按钮、面板紧固螺钉、面板把手；后面板的64针插头插在FM300内的64针插座上，实现与FM300的连接。将开关按钮按到“ON”状态时，状态指示灯点亮（绿色），FM910加电工作。图3-4 24V电源模块外形（3）特点FM910模块输出可以并联冗余使用,并具有均流特性。FM910具有报警输出功能。FM910采用铝制外壳，具有较好的散热性能和机械防护能力。（4）原理说明如图3-3所示，FM910实现从交流220V到直流24V的转换，输入级采用浪涌抑制保护，输出级采用过流保护。图3-5 FM910原理图（5）使用说明1)状态指示灯说明模块加电时，面板上的状态指示灯（ON灯）显示当前的工作状态。指示灯亮表示24VDC输出正常；指示灯灭或异常，表示电源输出为零或电源输出异常。 2)接线端子定义FM910的接线端子位于机笼FM300的背板上，其端子定义和接线说明详见FM300机笼单元用户手册3)冗余配置说明 FM910可以1：1均流冗余并联使用，共同输出24VDC为系统供电。冗余配置使电源的故障率大大降低，从而提高了控制系统的可靠性。4)安装和固定 步骤一：将FM910前面板的开关按钮按到OFF位。把FM910沿FM300导轨槽插入相应槽位，使FM910后面板的64针插头与FM300内的64针插座紧密连接. 步骤二：确认插入正确并牢固后，固定前面板上的紧固螺钉。注：拆卸方法同上相反，先进行步骤二，再进行步骤一。 (6)维护1)使用时应保持通风散热良好。2)严禁输出长期短路。3)任何一路输出发生短路故障，要至少停止加电15分钟，并检测确定电源模块无故障后再使用。4)模块断电后，至少1分钟后再重启。5)严禁把FM910与其他型号的24DC直流电源或者其他公司的24DC直流电源并联使用。6)并联冗余使用时如果其中一个电源模块发生故障，应及时关闭并更换上新的模块。(7)技术指标表3-3 FM910技术指标型号 FM910输入 输入交流电压 220VAC -15% +10%，50Hz1Hz 输入级浪涌抑制能力3000V1.2s30% 输入对壳绝缘耐压1500V1分钟，漏电流小于20mA输出 直流输出 24VDC10% 输出功率自然散热110W，300CFM风量条件下为150W 输出纹波电压小于250mV 输出对壳绝缘耐压1500V1分钟，漏电流小于20mA保护 输入输出之间隔离 耐压3000V1分钟，漏电流小于20mA 短路保护输出端在10秒之内短路，不会烧毁FM910模块其它 外壳 长宽高=305mm177.8mm71.1mm 安装盒式插件结构，用螺钉紧固 工作温度 045 工作湿度 590%相对湿度，不凝结存储温度 -1565 存储湿度 595%相对湿度，不凝结3.3.3 DP重复器基本说明（1）简介 FM1200模块是DP总线控制器模块，FM1200模块和配套的端子底座FM1302配合使用能实现DP总线冗余控制的功能。此外，FM1200作为ProfiBus-DP的从站，通过ProfiBus-DP总线可以把FM1200模块的状态信息上传到ProfiBus-DP的主站。（2）组成 FM1200模块由模板FB1200和盒体组成。FM1200模块如与端子底座FM1302配合使用，可组成一个完整的DP总线冗余控制器单元。FM1200与FM1302 底座间通过64 针欧式连接器连接。模块正面标签夹中可以插入纸卡，纸卡上可以标注相关信息，便于工程使用及维护。（3）功能 FM1200模块配合底座FM1302，正确设置跳线和接线，构成一个冗余DP总线控制器单元，可以实现以下功能：1)将非冗余总线转换成冗余总线，便于远程总线冗余布线；2)任一DP 线故障可迅速无扰切换到正