MACS在APMP堿性過氧化氫機械漿項目中的應用

一、前言

為了發(fā)展林業(yè)、農(nóng)業(yè)，帶動造紙工業(yè)發(fā)展，并保護生態(tài)環(huán)境，國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。這種速生材種生長迅速、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)，大大緩解我國長纖維造紙原料不足的狀況。

我國速生楊、樺木林等速生材的堿性過氧化氫機械制漿（即APMP）工藝及其成套制漿設備與DCS系統(tǒng)配合。APMP制漿生產(chǎn)工藝及設備是在八十年代漂白化學熱磨機械漿（BCTMP）基礎上發(fā)展起來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，利用磨漿機噴放管中高溫、高濃、高壓等條件，實現(xiàn)漿料與藥液的充分反應及均勻分布混合，且在HC高濃儲漿塔中完成漂白作用。它在木片化學藥液浸漬預處理之前用機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氧化氫進行預浸漬處理，在磨漿之前，已開始漂白，在盤磨機中將磨漿和漂白過程綜合在一起完成，因而減少了磨漿時的動力消耗，從而降低了成本。生產(chǎn)流程為：木片經(jīng)洗滌后，進行常壓汽蒸，然后經(jīng)壓縮螺旋擠壓木片后，進第二次汽蒸和二次壓縮螺旋擠壓，然后進行化學預浸漬，經(jīng)過汽蒸后，再經(jīng)過一段、兩段磨漿機磨漿，完成漂白、制漿過程，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，近年來有遼寧鴨綠江紙業(yè)有限公司、岳陽泰格林紙集團、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、河南濮陽龍豐紙業(yè)、黑龍江齊齊哈爾紙業(yè)公司等企業(yè)投運此套裝置。從PRC-APMP、APMP兩套裝置工藝流程比較來看，PRC-APMP 85%流程與APMP系統(tǒng)相同，但設備配置數(shù)量遠遠少于APMP系統(tǒng)， PRC-APMP系統(tǒng)對增強了木片擠壓與預浸效果，改為二段，實質(zhì)各個企業(yè)上的配置原也有差。

PRC-APMP取消中間漿池，設置高濃漂白塔、效果是一致的。PRC-APMP系統(tǒng)與APMP系統(tǒng)最大區(qū)別，漂液加入點增加，提高漿白度、控制容易。低濃磨漿機增加實質(zhì)造紙打漿工段遷移。

1.1、原料輸送車間
原料輸送車間包括楊木、竹竿原料場、帶式輸送機、水平輸送機、八刀削片機、帶式輸送機、慣性篩、永磁除鐵器、原料儲存?zhèn)}等工序。
1.2、制漿車間
在制漿車間，按照功能大致分為六部分：預蒸、洗滌工段、浸漬工段、磨漿工段、HC卸料壓榨工段、濃縮篩選過濾工段、打漿工段。
1.2.1、預蒸、洗滌工段
本工段由皮帶輸送機、1#預蒸倉、1#預蒸常壓螺旋擠漿機、木片洗滌機、木片泵、木片脫水螺旋、2#汽蒸倉、弧形篩等設備組成。
1.2.2、浸漬工段
本工段由側(cè)喂料螺旋、木片壓榨機、一次浸漬器、螺旋輸送機、3#汽蒸倉、卸料螺旋、水平螺旋等設備組成。
1.2.3、磨漿工段
本工段由料塞螺旋、一段磨漿機、帶刮刀旋風分離器、洗滌液冷凝器、空氣洗滌器、濃縮過濾池等設備組成。
1.2.4、HC卸料、壓榨工段
本工段由料塞螺旋、水平輸送機、HC卸料塔、SF漿泵、真空泵、螺旋壓榨機等設備組成。
1.2.5、濃縮篩選過濾工段
本工段由水平螺旋輸送機、鼓型濃縮機、一段二段三段壓力篩、多元盤過濾機等設備組成。
1.2.6、打漿工段

2、控制要求與特點

2.1、 APMP生產(chǎn)線自動化水平要求

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、效益等各個方面是企業(yè)重要流程與設備。生產(chǎn)線全流程自動化要求程度非常高，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。由于設備進口、企業(yè)對自動化方面也不了解，一般全部自控設備由設備供貨商提供，企業(yè)顯然省心也浪費一部分資金。另一方面，設備由供貨商提供，自動化控制設備企業(yè)自己招標，企業(yè)費心操作節(jié)約一部分資金。然而，國內(nèi)所上此裝置的自動化系統(tǒng)即DCS（集散型控制系統(tǒng)）全部采用進口，原因是多方面地。但實際進口DCS產(chǎn)品在生產(chǎn)線運行效果又是如何呢？有用戶說：我上這條線是國際上最先進的DCS，運行出現(xiàn)問題也是國際最高水平。售后服務跟不上，造成常時間停產(chǎn)嚴重損失時，企業(yè)著急了，果然節(jié)約資金沒有停產(chǎn)損失嚴重。售后服務收費時，企業(yè)瞪眼了，每年近百萬元售后服務費，難以承受。

北京和利時自動化股份有限公司是國內(nèi)最大DCS生產(chǎn)制造、集成供貨商，對國內(nèi)某企業(yè)APMP生產(chǎn)線使用不足3年的進口DCS系統(tǒng)控制進行全線拆除改造，深深知道2000余控制點控制意義，深深知道國人使用DCS過程中的酸甜苦辣。系統(tǒng)改造運行近一年來，企業(yè)償?shù)搅颂痤^，產(chǎn)量猛增。

2.2、全流程控制特點：

1、 全流程由于工藝設備決定漿緩沖池極少，因此設備控制連鎖保護要求較高。工藝參數(shù)要求連鎖控制。
2、 設備動力源采用變頻調(diào)速較多，不僅采用速度控制、連鎖，還有轉(zhuǎn)矩控制、連鎖，功率負載控制、連鎖，工藝控制、連鎖等。
3、 系統(tǒng)設備油路水密封、油溫、油壓、過濾差壓、油流量開關等控制連鎖較多。
4、 全流程工藝加藥環(huán)節(jié)較多，加藥不僅流量計量要準確，而且流量與產(chǎn)量、設備負荷等連鎖。保證漿質(zhì)量。
5、 系統(tǒng)關鍵設備磨漿機，磨漿機油壓控制回路、水封、油溫、油壓、過濾差壓、油流量開關、軸承潤滑、進退刀、震動加速計、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、壓差自動反沖洗、水封壓力閉環(huán)控制、自動清洗控制。
7、 雙盤磨漿機絕干漿、壓差、電流占空比、叩解度軟測量控制。

3、工段控制特點

3.1預蒸洗滌工段主要控制點
3.2浸漬工段主要控制點：
3.3磨漿工段主要控制點：
3.4、HC卸料、壓榨工段主要控制點
3.5、濃縮篩選過濾工段主要控制點
3.6、打漿工段主要控制點

4、DCS系統(tǒng)規(guī)模

整個項目分兩個車間（原料、制漿），其控制測點均為常規(guī)測點，即：4～20mA模擬量輸入測點（AI測點），Pt100模擬量輸入測點（Pt100測點），4～20mA模擬量輸出測點（AO測點），干觸點開關量輸入測點（DI測點），繼電器開關量輸出測點（DO測點），事故追憶SOE開關量輸入模塊，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， 不會影響本模塊及系統(tǒng)的正常運行模塊可以診斷現(xiàn)場SOE 信號觸點發(fā)生的抖動，具有看門狗定時器電路，可使模塊在異常情況下自動復位模塊提供了過電壓保護DC24V 反向保護通訊線箝壓保護可以采集16 路觸點型共地的SOE 信號，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）。

三、控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

1、控制系統(tǒng)的選擇

利用在造紙行業(yè)應用比較成功的集散控制系統(tǒng)對生產(chǎn)過程中電氣、儀表等反映的工藝設備參數(shù)進行集中管理。四川某企業(yè)經(jīng)過對國內(nèi)外控制系統(tǒng)性能、價格、過程服務、工程能力的綜合分析比較，最后決定選用由北京和利時系統(tǒng)工程股份公司生產(chǎn)的新一代現(xiàn)場總線DCS產(chǎn)品——MACS系統(tǒng)。

2、控制系統(tǒng)的特點

MACS系統(tǒng)是基于現(xiàn)場總線技術設計的新一代DCS系統(tǒng)。具有如下特點：

a.危險分散措施

過程I/O單元采用的智能化設計方法，可有效地將部分控制或采集運算分散到各I/O單元，降低主控單元的負擔，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。如控制輸出的自動保持功能，回路控制的獨立執(zhí)行等

b.故障隔離措施

所有過程輸入輸出單元都采用可靠的光電隔離技術，使各單元之間和單元與上位機之間的CPU無任何電氣聯(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)場信號側(cè)，也提供了隔離措施，可消除由于現(xiàn)場地電位差對系統(tǒng)造成的損壞。

c.迅速排除故障措施

現(xiàn)場控制站的所有單元上均帶有CPU，每單元均可進行周期性自診斷。診斷主要包括CPU與內(nèi)存等的自檢、開關量輸出回讀比較、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.各種運行提示

系統(tǒng)中所有單元上均有狀態(tài)指示燈包括運行燈、故障燈、網(wǎng)絡通信燈等。

e.可帶電插拔

一旦發(fā)現(xiàn)故障，可帶電對故障單元進行更換。由于采用了特殊保護措施，系統(tǒng)中所有過程I/O單元均可帶電拔插，對系統(tǒng)的運行不會產(chǎn)生任何影響。

3、控制系統(tǒng)的結構

該項目分為兩個車間，因此把DCS系統(tǒng)也劃分為兩個相互獨立又相互聯(lián)系的子系統(tǒng)。磨漿機系統(tǒng)又獨立分為兩個子系統(tǒng)OP270（分別現(xiàn)場開機操作），每個子系統(tǒng)各自成為一個完整的DCS系統(tǒng)，同時，通過MNET網(wǎng)段把四個子系統(tǒng)聯(lián)起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源的共享，通過設置和登錄不同級別的用戶，可以在一個子系統(tǒng)上對其他子系統(tǒng)進行監(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、圖形、控制算法、報表的組態(tài)，參數(shù)配置，操作員站、服務站、現(xiàn)場控制站及過程I/O模塊的配置組態(tài)，數(shù)據(jù)下裝和增量下裝等。

操作員站進行生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)視和管理，包括：工藝流程圖顯示，報表打印，控制操作，歷史趨勢顯示，報警管理等。

現(xiàn)場控制站又稱I/O站，是MACS系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和過程控制的重要站點，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、通過系統(tǒng)網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)和診斷結果傳送到系統(tǒng)服務器等功能。

現(xiàn)場控制站由主控單元、智能IO單元、電源單元和專用機柜四部分組成，在主控單元和智能IO單元上，分別固化了實時控制軟件和IO單元運行軟件。

現(xiàn)場控制站內(nèi)部采用了分布式的結構，與系統(tǒng)網(wǎng)絡相連接的是現(xiàn)場控制站的主控單元，冗余配置。主控單元通過控制網(wǎng)絡（CNET）與各個智能IO單元實現(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)場總線技術，構成先進的、可靠的DCS分布式控制系統(tǒng)。I/O模塊和底座組成現(xiàn)場模塊單元（FMU），在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中成為DP從站?，F(xiàn)場控制站主要由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)絡結構

MACS系統(tǒng)的網(wǎng)絡由上到下分為管理網(wǎng)絡、系統(tǒng)網(wǎng)絡和控制網(wǎng)絡三個層次，管理網(wǎng)絡實現(xiàn)工程師站、操作員站、打印服務站、高級計算站與系統(tǒng)服務器的互連，系統(tǒng)網(wǎng)絡實現(xiàn)現(xiàn)場控制站與系統(tǒng)服務器的互連，控制網(wǎng)絡實現(xiàn)現(xiàn)場控制站與過程I/O模塊的通訊。

MACS系統(tǒng)網(wǎng)絡采用可靠性高的雙冗余結構，應用時可以保證在任何一條網(wǎng)絡失效的情況下都不影響系統(tǒng)通信。系統(tǒng)的網(wǎng)絡的拓撲結構為星型，中央節(jié)點為服務器。

管理網(wǎng)絡（MNET）由100M高速冗余以太網(wǎng)絡構成，用于系統(tǒng)服務器與工程師站、操作站、高級計算站的連接，完成工程師站的數(shù)據(jù)下裝，操作員站、打印服務站、高級計算站的在線數(shù)據(jù)通訊。

系統(tǒng)網(wǎng)絡（SNET）由100M以太網(wǎng)構成，用于系統(tǒng)服務器與現(xiàn)場控制站、通信控制站的連接，完成現(xiàn)場控制站、通訊控制站的數(shù)據(jù)下裝，服務器與現(xiàn)場控制站、通訊控制站之間的實時數(shù)據(jù)通訊。

控制網(wǎng)絡（CNET）由PROFIBUS-DP總線構成，用來實現(xiàn)過程I/O模塊與現(xiàn)場控制站主控單元的通信，完成實時輸入、輸出數(shù)據(jù)的傳送。PROFIBUS-DP是專門為自動控制系統(tǒng)與在設備級分散I/O之間進行通訊而設計的。既可滿足高速傳輸，又有簡單實用、經(jīng)濟性強等特點。

四、系統(tǒng)的部分設備控制內(nèi)容

1#倉液為控制（控制變頻器）

PID閉環(huán)控制，手自動切換條件：

2#倉液位控制（變頻）

采用串級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

木片壓榨機速度控制

反應倉卸料螺旋

盤磨稀釋水流量控制

盤磨功率控制

五、結束語

MACS系統(tǒng)在該項目上于2004年6月份開始安裝、在不影響正常生產(chǎn)情況下順利改造成功，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，系統(tǒng)控制效果良好，各項工藝指標均正常，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，為企業(yè)帶來了極大的經(jīng)濟效益。