基于组态软件的造纸过程的计算机控制系统

摘 要：文章设计了基于组态软件的造纸过程的计算机控制系统,在满足控制的要求下,能够实时动态的显示生产过程情况和生产参数的变化,有利于工作人员对造纸过程的控制.

关 键 词：计算机控制系统；组态软件

中图分类号：TP273.5文献标识码：A文章编号：1006-8937（2013）29-0052-02

1现代造纸的生产过程

纸在人们的日常生活中必不可少,比如写材料写报告要用到纸；学生学习要看书要写字也要用到纸；产品的包装要用到纸；广告要用到纸等等.那么现代造纸的生产过程是怎样呢?它一般可分为制浆、调制、抄造、加工等主要步骤.

1.1制浆的过程

造纸首先要进行制浆,因为木材由纤维素和木素相间形成的,在结构上,木材就像钢筋混凝土一样,木素就像水泥,所以木材由较多的“钢筋”和较少的“水泥”组成.制浆的生产目的就是把“钢筋”纤维分离出来用于造纸.制浆的方法有机械制浆法、化学制浆法和半化学制浆法等三种.化学制浆过程就是保留原料中的纤维素,适当地保留半纤维素和尽可能的除去木素,例如硫酸盐法蒸煮,化学品用于溶解木素,然后把木素通过筛选机从浆料中分离,经洗选之后,脱除未漂浆残余木素的25%～40%,送入漂白工序,去除制浆中有色物质,或改变其化学组分使之脱色,且进一步去除木素或其他不纯物,以提高纸浆的白度和白度的稳定性,满足生产的纸或高纯度精制浆的要求.经漂白之后生产出符合要求的纸浆.

1.2调制过程

纸浆由制浆车间送到抄纸车间时,大多数都不能直接用于抄纸,而且为了使成纸能具有某些特性,还必须由其它浆厂购入某些具有不同特性的制浆.另外人们还需添加燃料和添加剂来获得所需的颜色和物理性能,所以需要对纸浆进行调制.纸浆的调制过程主要是散浆、打浆和加胶与充填,它影响纸张完成后的强度、色调、印刷性的优劣、纸张保存期限的长短.

1.3抄造过程

将适合于纸张质量的纸浆,用水稀释至一定浓度,在造纸机的网部初步脱水,形成湿的纸页,再经压榨脱水、烘干而制成纸张.所以抄纸过程的流程为：

纸料的筛选→网部→压榨部→压光→卷纸→裁切→选别→包装

2计算机控制系统的设计

基于组态软件的造纸过程的计算机控制系统的设计主要包括计算机控制算法、计算机控制系统结构、监控组态软件的设计过程.

2.1计算机控制算法

对造纸过程的生产过程的控制算法采用PID控制算法,P表示比例算法,能较快地克服扰动的影响,它的作用于输出值较快,但不能很好稳定在一个理想的数值；I表示积分算法,积分能在比例的基础上消除余差；D表示微分算法,微分具有超前作用,对于具有容量滞后的控制通道,引入微分参与控制,能显著提高系统的动态性能指标.考虑到比例微分积分环节的作用,计算机的控制算法采用增量式PID控制算法.

得到控制器的第K-1个采样时刻的输出值：

Uk-1等于Kp[ek-1+ej+Td]

将第K个采样时刻的输出值与K-1个时刻的输出值相减,就得到增量式PID控制器算法公式：

?驻Uk等于Uk-Uk-1等于Kp[ek-ek-1+ek+Td]

等于Kp（1++）ek-Kp（1+）ek-1+Kpek-2

等于Aek-Bek-1+Cek-2

其中：

A等于Kp（1++）e

B等于Kp（1+）

C等于Kp

它的部分程序如下：

2.2计算机控制系统结构

在对抄纸过程的计算机控制系统中,FX系列的PLC控制器作为下层控制主站和从站,从站分别对不同的生产过程参数实现控制,主站接收从站送来的生产过程参数,对它的各个从站进行协调管理控制.根据造纸过程的生产工艺过程,整个系统是由5个S7-400过程控制站、8个S7-300过程控制从站、6个操作员站和1个监控作用的工程师站组成的集散控制系统.整个控制系统的主干网络采用ProfiBus网络,各从站与主站之间通过专用的屏蔽双绞线连接,利用西门子公司ProfiBus现场总线中的DP技术进行数据通信,并把现场将要采集的各传感器的控制信号就近接入ProfiBusDP主从站,这样不但可以最大限度地减少现场接线工作,而且因为走线距离短,可以减少信号衰减个各种干扰对信号的影响.

操作员站和工程师站作为上位机也挂接到ProfiBus网络上,它们主要接收所有主站输送的生产过程参数,并对全厂的生产过程参数进行分析,挖掘信息,根据市场情况对每个主站实现控制.采用S7协议,另外,它们还可以同以太网进行通信,采用工业标准的TCP/IP通信协议及接口,通过交换机可与局域网或广域网进行通信.计算机系统结构图如图1所示：

2.3监控组态软件的设计过程

监控组态软件是面向监控和数据采集的软件平台工具,具有丰富的设置项目,使用方式灵活,功能强大.它不仅可以解决人机图形界面问题,而且能支持各种工控设备和常见的通信协议,提供分布式数据管理和网络功能,可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口,进行系统集成.组态软件的设计步骤如下：

①首先要了解控制系统的构成和工艺流程,弄清被控制对象的特征,明确技术要求.然后在此基础上进行工程的整体规划.

②将所有I/O点的参数收集齐全,并填写表格,以备在监控组态软件和PLC组态时使用.同时还要弄清所使用的I/O设备的生产商、种类、型号,使用的通信接口类型,采用的通信协议,以便在定义I/O设备时作出准确的选择.

③按照第二步建立的表格,建立实时数据库,正确组态各种变量参数.并将实时数据库变量与I/O点一一对应,即定义数据连接.

④根据工艺过程进行画面设计,画面设计分为画面建立、画面编辑和动画编辑与链接.画面可以根据实际需要编辑制作,也可以利用组态软件提供的绘图工具进行画面的编辑制作,还可以通过程序命令即脚本程序来实现,本文采用WINCC组态软件,可以利用组态软件提供的绘图工具进行画面的编辑制作.

⑤将操作画面中图形对象与实时数据库变量建立动画连接关系,规定动画属性.

⑥程序编写好后,进行在线调试,调试成功后,再连接外部设备,观看运行情况,反复调试,直到符合要求.

3结语

基于组态软件的造纸过程的计算机控制系统能够在计算机的显示器上动态的显示每一部分的生产情况和生产参数,并能够对生产数据进行存储和打印,这就使工人对生产过程有个动态的了解,更方便工作人员对造纸过程的控制.