集散控制DCS控制系統(tǒng)是一種集計算機應用技術、網絡通信技術和過程控制技術為一體的自動控制系統(tǒng)，在西方工業(yè)發(fā)達國家制漿造紙行業(yè)廣泛使用。23世紀43年代以來，在我國造紙行業(yè)中開始應用。造紙是我國的傳統(tǒng)產業(yè)，目前，我國造紙行業(yè)現(xiàn)代化管理水平和自動控制程度較低、環(huán)境污染較重。近幾年，由于全世界環(huán)保意識的增強以及國際紙張行情對國內造紙行業(yè)的沖擊，短短幾年，上千家小紙廠和治污不達標的大中型紙廠被關閉，迫切要求我國造紙業(yè)必須向高質量、規(guī)模化發(fā)展，以便于污水集中處理、提高效益、降低成本。因此造紙生產的整個造紙過程從蒸煮、洗選、漂白、抄紙到堿回收，必須盡可能采用自動控制甚至生產過程全線自動控制。目前在大型造紙廠，各個生產車間大都已采用集散控制系統(tǒng)進行控制。
1 集散控制DCS介紹
集散控制系統(tǒng)DCS是一個“控制分散、顯示集中”的系統(tǒng)，由四部分組成：I／O板、控制器、操作站、通訊網絡。各DCS廠家的I／O板和控制器的技術水平相差不遠，差別最大是通訊網絡，通訊系統(tǒng)網絡是DCS的骨架，對DCS的實時性、擴充性及可靠性起著關鍵的作用。想要應用系統(tǒng)網絡就必須要滿足實時性的要求，要在一定的時間內完成對規(guī)定信息的發(fā)送，這個時間是指整個控制過程的實時性。因此，對網絡性能指標的衡量不僅是指網絡的速率，而是整個系統(tǒng)網絡的實時性。其次網絡通信不能中斷，所以，DCS通常采用環(huán)形、雙總線或是雙重星形網絡拓撲結構。為了滿足對擴充性的要求，系統(tǒng)網絡上最大節(jié)點數量應該比在用節(jié)點的數量高若干倍。這樣系統(tǒng)網絡運行在一個比較輕松的通信負荷狀態(tài)，可隨時增加新節(jié)點，不影響網絡系統(tǒng)的可靠性和實時性。系統(tǒng)的運行中，節(jié)點的上、下網是隨時可能發(fā)生的，尤其是在操作點。所以，導致網絡的重構經常在進行。由此可見良好的控制系統(tǒng)網絡具有較高的重構功能。
2 集散控制系統(tǒng)DCS在造紙工藝中的應用
造紙生產的自動控制，過去只集中在電氣傳動方面，現(xiàn)在的范圍已擴大到蒸煮過程控制系統(tǒng)、洗篩漂過程控制系統(tǒng)、打漿控制系統(tǒng)、配漿控制系統(tǒng)、堿回收過程控制系統(tǒng)、上等方面，即通常說的 DCS過程控制系統(tǒng)和QCS質量檢測系統(tǒng)，正朝著整廠集中控制的方向發(fā)展。
2.1蒸煮過程控制系統(tǒng)
紙漿硬度是衡量紙漿質量的重要技術指標，故在紙漿蒸煮過程的控制中，主要被控量為
紙漿硬度。目前尚無在線直接測量的方法，人工化驗測量滯后大無法用于反饋控制。
控制方案為模型預測控制，即在機理分析與實驗驗證的基礎上，建立紙漿蒸煮過程的數學模型、紙漿硬度數學模型、噴放殘堿數學模型和產漿量預報模型。實現(xiàn)紙漿硬度和噴放殘堿的在線軟測量，并對具有大滯后的制漿生產過程進行預測控制。
通過該控制系統(tǒng)的運行，保證了紙漿生產質量的穩(wěn)定，提高了產量，降低了能源和原材料的消耗。
2.2 洗篩漂過程控制系統(tǒng)
洗篩漂是制漿過程的重要工序，洗選工段控制系統(tǒng)采用DCS控制系統(tǒng)結構。下位機完成對出噴放鍋漿料的流量、濃度、洗滌水流量、漿殘堿、黑液玻鎂度、溫度、黑液桶液位的在線檢測和控制。上位機根據從噴放鍋打出的紙漿濃度和流量，在滿足殘堿要求的情況下，使黑液玻鎂度高目穩(wěn)定、黑液溫度高、洗滌水盡量少。建立了首段洗漿機殘堿和首段黑液玻鎂度的神經網絡模型，采用神經網絡辨識紙漿洗滌過程的穩(wěn)態(tài)數學模型。優(yōu)化目標為用水最少，采用無約束最優(yōu)化方法來求解。并大幅度減少后繼的堿回收蒸發(fā)工段的用汽量。
漂白過程優(yōu)化控制策略以成漿白度為指標，以影響這個指標的各種因素如紙漿硬度、流量、濃度、溫度、時間、加氯量、加堿量等為輸入變量建立數學模型。采用動態(tài)規(guī)劃方法，且以工藝要求為約束、以生產成本和生產產量作為目標，進行了雙目標優(yōu)化，得到了使生產產量最高，生產成本最低的各個最佳工藝參數值。以此工藝參數實現(xiàn)了對漿塔漿位和從調濃漿池打出的漿濃度和流量的優(yōu)化控制，并對堿化塔和漂白塔的頂部溫度，實現(xiàn)了漂白和堿化的溫度和時間優(yōu)化控制。
2.3 抄紙過程優(yōu)化控制系統(tǒng)
整個抄紙過程優(yōu)化控制系統(tǒng)包括7個子系統(tǒng)：
（1）打漿過程控制系統(tǒng)
對打漿過程的打漿度用多變量智能軟測量方法進行測量，用實際打漿度的化驗值進行指導性的修正。整個系統(tǒng)設置有進打漿設備的漿濃度、漿流量和漿壓力自動控制系統(tǒng)、打漿設備電功率自動控制系統(tǒng)和打漿設備進刀量的控制系統(tǒng)。
（2）紙漿配比過程控制系統(tǒng)
對配漿的各種漿料、輔料的濃度和流量進行精確測量和自動控制，對抄紙所要求的紙漿的質量用遺傳算法尋求最佳配比，并通過閥門調節(jié)實際配漿的各種漿和輔料的流量，實現(xiàn)最佳配漿。
（3）氣墊式流漿箱控制系統(tǒng)
對氣墊式流漿箱的總壓頭和液位實施神經網絡解藕控制。
（4）烘缸3段供汽自動控制系統(tǒng)
采用熱泵3段供汽以及智能預測控制策略實施烘缸3段供汽自動控制。
（5）長網紙機分布傳動控制系統(tǒng)
由工控機、智能通信卡等組成，實現(xiàn)多分部傳動之間的協(xié)調控制。用軟件實現(xiàn)紙機的速度鏈、負荷分配、張力控制等功能，從而使紙機傳動系統(tǒng)的穩(wěn)速精度為0. 01%以上。
（6）抄紙質量控制系統(tǒng)
對抄紙干部和卷曲部的水分、成紙的定量、斷紙(3點)、上漿流量和濃度等進行實時測量，計算機進行優(yōu)化運算后去控制料門和蒸汽壓力。水分和定量同時實施解藕控制、大滯后補償控制、智能預測控制等高級控制算法。
（7）抄紙車間集成優(yōu)化控制系統(tǒng)
將整個抄紙車間的自動控制聯(lián)成一個整體。實現(xiàn)集成優(yōu)化控制，當改變產品品種或抄速時，由車間監(jiān)督管理微機向各現(xiàn)場控制微機發(fā)出新的給定指令，使整個系統(tǒng)很快進入新的工作狀態(tài)，通過優(yōu)化使紙機處于最佳工況下運行。
2.4 堿回收過程控制系統(tǒng)
制漿黑液的堿回收是紙廠治理水污染的首要措施，是變廢為寶，化害為利的綜合利用工程。通過堿回收過程優(yōu)化控制提高回收效率、降低回收成本、減輕環(huán)境污染。
（1）黑液蒸發(fā)過程控制系統(tǒng)
黑液蒸發(fā)過程采用的是板式降膜蒸發(fā)器與管式升膜蒸發(fā)器組成的混合多效蒸發(fā)系統(tǒng)。采用的控制系統(tǒng)具有黑液濃度的實時軟測量、相對傳熱系數測試功能。優(yōu)化控制結合工廠實際情況對蒸發(fā)工藝的操作概括為12種工藝，用優(yōu)化算法對各種工藝都給出了在蒸發(fā)系統(tǒng)進II、III效的黑液濃度、溫度、新蒸汽壓力變化時對應的蒸發(fā)水量、蒸發(fā)效率、耗電量、耗汽量以及蒸發(fā)每噸水所需成本。由操作員選擇蒸發(fā)效率高、成本低的工藝條件組織生產。
（2）黑液燃燒過程控制系統(tǒng)
影響堿回收的黑液燃燒效率和堿回收率的主要因素有:入爐黑液濃度、流量、壓力、溫度、一二次風量、風溫、風比、三次風風量、墊層的溫度和厚度、爐膛負壓、爐膛溫度等。控制系統(tǒng)根據黑液固形物可燃值的軟測量，采用模糊控制與自尋優(yōu)方法，通過對一二次風量與風比、爐膛負壓的自動調節(jié)，實現(xiàn)對爐膛溫度與墊層厚度的優(yōu)化控制。可提高黑液燃燒的熱效率，提高蒸汽產量。
（3）綠液苛化過程控制系統(tǒng)
苛化工段是把燃燒工段送來的碳酸鈉水溶液加入適當的生石灰，經消化和苛化反應生成氫氧化鈉。優(yōu)化控制計算機從下位機取得現(xiàn)場數據，實時計算出石灰的最佳給定量，再通過下位機實現(xiàn)石灰進料的最佳控制，實現(xiàn)了石灰送料的閉環(huán)智能控制。在保證苛化度不變情況下，減少石灰用量和白泥排放量。
3、總結
近年來，制漿造紙生產過程的自動化技術正在普及和提高之中。特別是DCS控制系統(tǒng)的應用，正在迅速改變著造紙生產過程傳統(tǒng)落后的局面；同時，現(xiàn)代控制理念、控制產品、控制手段也在不斷發(fā)展。自動控制系統(tǒng)向綜合化、開放化發(fā)展已成必然，工廠自動化要求各類設備之間的通訊能力更強，相互融合。以現(xiàn)場總線為核心的集散自動控制系統(tǒng) FCS正在興起，開放的結構將方便地與所有控制設備系統(tǒng)進行數據交換，成為真正集成的、貫穿全系統(tǒng)的新型自動控制系統(tǒng)。
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