CN111636234B - 制浆造纸控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制浆造纸控制系统。该控制系统的外部I/O点或外部连锁信号模块赋值给外部数组数据模块，外部数组数据模块是包括输入、输出类型的自定义数据结构体，调用执行逻辑时，外部数组数据模块、本地变量模块赋值给逻辑控制模块，通过CPU执行逻辑控制模块，逻辑运算结果返回给外部参数模块，或再赋值给外部I/O点或外部连锁信号模块给下一个控制回路的外部数组数据模块；外部数组数据模块的数据通过通信链路传输给控制画面显示功能模块。显示功能模块包括并联的画面控制模块、画面记录模块、画面报警模块。

Description

制浆造纸控制系统
技术领域
本发明涉及高速造纸机自动化控制技术领域，特别涉及一种制浆造纸控制系统。
背景技术
随着制浆造设备的广泛应用，要求自控水平越来越高，功能更完善的控制回路，设备之间工艺保护联锁越来越多，90年代可编程序控制器PLC开始进入工业化实用阶段，通过总线技术+模块将信号采集回可编程序控制器进行同步集中控制，极大地提高了制浆造纸过流控制可靠性和稳定性，但所用的功能块是基本的，或是共版的，没有针对制浆造成纸方面专用模块。而且在这个阶段，程序的调用结构较为复杂，没有将程度进行功能化的划分，更加没有进行功能块程序的封包，外部变量与逻辑计算的中间变量在同一结构中，结构比较乱，可读性差，对以后的维护比较麻烦，需工程师花大量时间熟悉程序，应急处理不方便。随着PLC在制浆造纸过流的深入应用，要求制浆造纸过程控制系统功能更完善，更适合制浆造纸要求的针对性的功能控制模块。
随着DCS制浆造纸过程控制系统的应用深入，渐形成标准化功能模块。经验总结出的控制回路主要有：压力、液位、电流、温度的输入模块，PID控制、手动控制模块，压力开关、流量开关、温度开关输入模块，开关阀、电机的控制模块，还有信号斜坡输入输出的控制、工程单位传换模块等控制回路，所以同一种的设备用同一功能模块处理信号。如果现场设备编写个标准功能模块与之对应，实现其所有的操作需要，符合造纸工艺的操作习惯，这样的程序实现结构简化，易读、减少调试时间、方便查找工艺问题，易操作，满足工艺控制的要求。
制浆造纸过程控制系统如果输入、输出信号突然改为，会对设备造成冲击，所以为了适应工艺要求，必须将信号突变改为渐变。如在损纸喷水阀的控制，断纸时需要打开为60的开度，原来一下从关到60开度，这样管道生产剧烈振动，容易振坏阀门定位器、或振松定位器与阀门紧固螺丝，造成阀门不能打开以维修故障，损纸不能打碎以至于堵塞损纸池，又有振松阀门连接螺丝而漏水。为了应对该故障，曾在阀门的气路中增加节流阀，但节流阀容易堵塞而引来新的故障点。
CN200910098914.5公开了一种用于造纸机传动控制系统的流程控制方法,它的目的是提供一种针对性强、通用性好、方便维护、安全性高的用于造纸机传动控制系统的流程控制方法。该技术方案:用于造纸机传动控制系统的流程控制方法，采用包括可编程序控制装置PLC、调速装置和现场总线的控制系统进行流程控制，所述的流程控制方法将造纸机传动控制系统包括的准备、运行、爬行、停车、清洗和故障处理功能的控制操作流程模块化，采用流程控制模块进行功能的控制操作，所述的流程控制模块根据造纸机传动系统要求控制的功能设置10～50个分部状态，流程控制模块采用地址索引寻址方式进行各分部的逻辑转换、数据处理及速度或转矩控制切换的分部状态逻辑控制，所述可编程序控制装置PLC按照“输入采样→程序运算→输出刷新”的步骤反复循环地，在流程控制模块支持下进行造纸机传动系统各功能的控制，调速装置根据现场总线传送的可编程序控制装置PLC输出信息执行完成各项功能。其不足之处是:这是专于纸机传动系统的速度协调控制的方案，其通用是在传动控制中比较容易一增加或减少，但在造纸过程控制电机不能这样的控制方式，若强用以上的方法，DCS操作上烦琐，通用的电机没有传动电机的复杂速度链控制，所以以造纸工艺的习惯设定简洁控制模块来控制造纸过程中的电机更加合理，并且造纸过程控制中需要根据设备不同而设计不同的功能来控制,例如，压力、液位、电流、温度的输入模块，PID控制、手动控制模块，压力开关、流量开关、温度开关输入模块，开关阀，所以上述的功能模块不能更好的应用造纸过程控制系统中的。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题是克服现有技术存在的程序结构不合理问题，而提供一种合理的程序调用模式，根据不同的设备制定统一的功能模块，同一类的应用只是重复的调用或移植的制浆造纸设备的控制系统、制浆造纸设备的控制方法，制浆造纸设备调节阀的逻辑控制方法，制浆造纸设备控制系统的信号斜坡功能控制方法。
本发明的第一技术解决方案是所述制浆造纸设备的控制系统，其特殊之处在于，包括逻辑控制模块、本地变量模块、外部数组数据模块、外部I/O点或外部连锁信号模块、通信、显示功能模块；所述外部I/O点或外部连锁信号模块赋值给外部数组数据模块，所述外部数组数据模块是包括输入、输出类型的自定义数据结构体，调用执行逻辑时，所述外部数组数据模块、本地变量模块赋值给逻辑控制模块，通过CPU执行逻辑控制模块，逻辑运算结果返回给外部参数模块，或再赋值给外部I/O点或外部连锁信号模块给下一个控制回路的外部数组数据模块；所述外部数组数据模块的数据通过通信链路传输给控制画面显示功能模块。
作为优选：所述的本地变量模块的数据是数值限位或AO点输出的量程整定，不同阀门，每次调用功能块时都不变的数据，设定为本地变量模块，用于与外部数据区分、固定，以避免误改。
作为优选：所述显示功能模块包括并联的画面控制模块、画面记录模块、画面报警模块，所述显示功能模块的各显示模块将变量用参数形式设定，#1、#2、#3…，调用时使用参数表调用，所述参数表的连接是在参数表内指定好变量路径，包括：
#1=新阀门\报警\阀门_01
#2=新阀门\报警_使能\阀门_01
#3=新阀门\关\阀门_01
#4=新阀门\控制模式\阀门_01
#5=新阀门\名字\阀门_01
#6=新阀门\关返馈\阀门_01
#7=新阀门\开\阀门_01
#8=新阀门\开返馈\阀门_01
#9=新阀门\输出\阀门_01
#10=新阀门\AM\阀门_01
实现上位机的数据与逻辑控制模块所结应的处部数组数据模块的数据连接，在显示画面填写#1、#2、#3…，执行打开窗口时，调用“/PNew_HS_01”参数表，即执行打开指令时，调用参数表的路径来表示#1#2#3的参数，#1相对应到新阀门\报警\阀门_01地址，#2相对应到新阀门\报警_使能\阀门_01地址、#3=新阀门\关\阀门_01地址，以此类推，以简化组态增加画面的过程。
本发明的第二技术解决方案是所述制浆造纸设备的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
⑴CPU先读取所有的输入映像；
⑵PLC按顺序、循环连续执行扫描的任务1、任务2；
⑶所述任务1按以下步骤运行：
(3.1)时间续时模块；
(3.2)通信数据模块；
(3.3)跳转到压力例程；
(3.4)跳转到液位例程；
(3.5)跳转到电流例程；
(3.6)跳转到温度例程；
(3.7)跳转到PID例程；
(3.8)跳转到手动控HIC例程；
(3.9)跳转到压力开关例程；
(3.10)跳转到流量开例程；
(3.11)跳转到温度开关例程；
(3.12)跳转到开关阀例程；
(3.13)跳转到开关阀例程；
(3.14)跳转到电机例程；
⑷执行完成任务1，返回到执行任务2，所述任务2按以下步骤运行：
(4.1)跳转面网控制逻辑例程；
(4.2)跳转芯网控制逻辑例程；
(4.3)跳转底网控制逻辑例程；
(4.4)跳转配浆纸控制逻辑例程；
(4.5)跳转损纸控制逻辑例程；
(4.6)跳转通风纸控制逻辑例程；
(4.7)跳转辅料纸控制逻辑例程；
(4.8)跳转辅料控制逻辑例程；
(4.9)跳转纸机联锁控制逻辑例程；
(4.10)跳转纸机联锁控制逻辑例程；
(4.11)跳转流浆箱控制逻辑例程；
(4.12)跳转累积计算控制逻辑例程；
(4.13)跳转兰泰克真空泵1控制逻辑例程；
(4.14)跳转兰泰克真空泵控制逻辑例程；
(4.15)跳转兰泰克真空泵3控制逻辑例程；
(4.16)跳转兰泰克真空泵4控制逻辑例程；
(4.17)跳转兰泰克真空泵5控制逻辑例程；
⑸执行任务2完成后又开始任务1的执行，PLC如此循环连续执行过程。
作为优选：所述步骤(3.1)至步骤(3.14)所述各子步骤的执行：
先执行例程的第一段程序，第一个功能模块—第二功能模块—第三功能模块—第N功能模块—最后一个功能模块，完成所述例程后开始执行下一相同例程，最后由PLC执行完一次扫描周期进行数据映像的更新。
本发明的第三技术解决方案是所制浆造纸设备调节阀的逻辑控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
⑵电执行，判断强制=1，若是，则强制值给输出过程中间变量，若否，则进入下一步骤；
⑵进一步判断自动=1，若是，则自动值给输出过程中间变量，若否，则进入下一步骤；
⑶手动值给输出过程中间变量；
⑷判断手动值给输出过程中间变量<0，若是，则0给输出过程中间变量，若否，则进入下一步骤；
⑸输出过程中间变量保持；
⑹判断手动值给输出过程中间变量>100，若是，则100给输出过程中间变量，若否，则进入下一步骤；
⑺输出过程中间变量保持；
⑻输出过程中间变量；
⑼判断是否用斜坡，若是，则输出过程中间变量传送斜坡输入端1，若否，则进入下一步骤；
⑽输出过程中间变量传送输出过程变量；
⑾斜坡输出端2；
⑿输出过程变量量程变换；
⒀传输给输出模块AO。
本发明的第四技术解决方案是所述制浆造纸设备控制系统的信号斜坡功能控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
⑴从HIC控制模块输入数据赋值；
⑵输入值与输出值执行差法；
⑶输入值与输出值进行相减，如果差为正数，说明阀门的开度需增加，则执行斜坡增加；
⑷判断触发器每间隔是否到1秒，若否，则每隔1秒执行一个扫描周期为1，若是，则进入下一步骤；
⑸触发器每间隔1秒进行一次累加1的运算；返回数据给HIC，并进一步判断输入值是否小于1，若否，则返回步骤⑶，若是，则进入下一步骤；
⑹完成斜坡有增加；
⑺承接步骤⑵，若输入值与输出值相等，输入值直接给输出值，实现斜坡上升功能；
⑻承接步骤⑵，若输入值与输出值进行相减，如果差为负数，说明阀门的开度需减少，则执行斜坡减少；
⑼判断触发器每间隔是否到1秒，若否，则每隔1秒执行一个扫描周期为1，若是，则进入下一步骤；
⑽触发器每间隔1秒进行一次累减1的运算，返回数据给HIC；
⑾计算ERR的绝对值ERR_ABS；
⑿判断ERR_ABS是否小于1，若否，则返回步骤⑻，若是，则进入下一步骤；
⒀完成斜坡有减少。
作为优选：将斜波功能模块串接到程序给定的设定值模块和输出AO地址模块之间，用于避免信号的突变，导致控制阀门突然开大或关小所产生流体对管道的冲击。
本发明的第五技术解决方案是所述制浆造纸设备的控制系统，其特殊之处在于，包括逻辑控制模块、本地变量模块、外部数组数据模块、外部I/O点或外部连锁信号模块、通信、显示功能模块；所述外部I/O点或外部连锁信号模块赋值给外部数组数据模块，所述外部数组数据模块是包括输入、输出类型的自定义数据结构体，调用执行逻辑时，所述外部数组数据模块、本地变量模块赋值给逻辑控制模块，通过CPU执行逻辑控制模块，逻辑运算结果返回给外部参数模块；所述外部数组数据模块的数据通过通信链路传输给控制画面显示功能模块；所述的本地变量模块的数据是数值限位或AO点输出的量程整定，不同阀门，每次调用功能块时都不变的数据，设定为本地变量模块，用于与外部数据区分、固定，以避免误改。
本发明的第六技术解决方案是所述制浆造纸设备的控制系统，其特殊之处在于，包括逻辑控制模块、本地变量模块、外部数组数据模块、外部I/O点或外部连锁信号模块、通信、显示功能模块；所述外部I/O点或外部连锁信号模块赋值给外部数组数据模块，所述外部数组数据模块是包括输入、输出类型的自定义数据结构体，调用执行逻辑时，所述外部数组数据模块、本地变量模块赋值给逻辑控制模块，通过CPU执行逻辑控制模块，逻辑运算结果再赋值给外部I/O点或外部连锁信号模块给下一个控制回路的外部数组数据模块；所述外部数组数据模块的数据通过通信链路传输给控制画面显示功能模块；所述显示功能模块包括并联的画面控制模块、画面记录模块、画面报警模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果:
⑴本发明的程序结构更加合理，逻辑比原来的更换清昕，内部较为复杂的运算封包固定起来，更于日后的维护，或误改程序。
⑵本发明中同一种的回路通过多次调用实现多个设备的控制，同用的数据重复使用，节省一定的CPU内存资源，方便程序的维护，上位机的组态。系统更稳定更可靠的运行。
⑶本发明串接在程序给定的设定值模块和输出AO地址模块之间的斜波功能模块，有效避免了信号的突变，使输出信号慢慢达到设定值，对应的控制阀门亦慢慢开大或关小，从而避免了控制阀门突然开大或关小，流体对管到的冲击，消除了阀门骤然的开或关带来的振动，保证阀门的正常使用。
附图说明
本图1是本发明PLC循环连续执行过程(单回路)的流程图；
图2是本发明任务1连续执行过程(单回路)的流程图；
图3是本发明任务1跳转的流程图；
图4是本发明任务2连续执行过程的控制逻辑流程图；
图5是本发明控制模块与数据模块的电路框图；
图6是本发明手动控制调节阀(HIC)的逻辑过程的流程图；
图7是本发明RAMP斜坡逻辑(ramp)流程图；
图8是本发明开关阀门控制回路设计的调用参数表New_HS_01；
图9是本发明喷水阀增加RAMP模块的电路框图。
具体实施方式
本发明下面将结合附图作进一步详述：
请参阅图1至图4所示，本发明所要解决的程序结构不合理的问题，提供一种较为合理的程序调用模式，根据不同的设备制定统一的功能模块，同一类的应用只是重复的调用或移植而已，结构清晰，不同其他PLC的多重背景数据这么复杂。本控制方法将一台纸机的分成2个任务处理，CPU先读取所有的输入映像，按顺序的进行扫描执行任务1、任务2。执行任务1的过程：按先后顺序执行时间续时模块---通信数据模块---压力例程----液位例程---最后到电机例程，执行完成任务1，返回到执行任务2，执行任务2完成后又开始任务1的执行。每个例程的执行：例如压力例程，先执行压力例程的第一段程序，第一个压力的功能模块-----第二个压力的功能模块-----第三个压力的功能模块-----第N个压力的功能模块-----最后一个压力的功能模块，完成了压力的例程后开始执行液位例程，就这样一步步的调用，返回、调用。最后PLC执行完一次扫描周期进行数据映像的更新。就这样PLC按照“读取输入映像→程序运算过程→重写输出映像”的步骤反复循环地运行。
针对程序比较凌乱问题，本发明根据控制设备的不同而设计不同的控制功能块，将内部变量、逻辑进行封包、与外部连接的信号设计成输入或输出端子。这样程序比较简洁，控制方式更为合理，方便查找工艺问题、避免容易改错逻辑的发生。
针对输入、输出信号有突然改为的问题，设计了信号的斜坡功能块。将这功能块串接到PID控制、或手致力控制回路输出处，实现信号渐变，使受控的损纸池喷水阀开度慢慢改变，消除管道的振动，更换的保证阀门的正常使用。
设计功能块：
请参阅图5所示，1.根据原来回路逻辑的要求，编写控制回路的功能逻辑模块1、本地变量模块2、外部数组数据模块3。在利用RSLOGIX5000软件的ADD_ON_Instructions附加软件包。1).根据制浆造纸自控要求重新设计每个单回路控制逻辑。主要有PT(压力)、LT(液位)、TT(温度)输入模块，PID控制、HIC(手动控制)、PS(压力开关)、FS(流量开关)、TS(温度开关)输入模块，VALVE(开关阀)、MOTOR(电机)控制模块，RAMP(信号斜坡)输入输出的控制等功能模块。2).根据每个回路设计逻辑控制模块1、本地变量模块2、外部数组数据模块3，所以设计好一个标准的控制模块通过改变外部数组数据就多个一样设备的控制。考虑到同一类的数据较多，为了方便数据的管理和上位机(RSVIEW32）的显示、控制的组态，外部数据设计成一维数组结构，数据类型为相对应的功能模块的结构类型，利用地址索引寻址方式，实现与同一类不同设备的数据赋值。例如HIC[100]的数组结构体，HIC为手动调节阀所用到有数据，包括使能位、使能输出位、允许自动位、强制位、强制值、测试使能、自动设定值、手动设定值、输出值、输出中间值。HIC[100]中就创建了100个手动调节阀的所需要的数据，即HIC[0]、HIC[1]、HIC[2]……HIC[99]。所以增加的段逻辑时，可复制原有的程序，只要把后辍更换下就能实现增加程序，上位机也一样的方法。而本地变量模块2的数据每次调用时，数值固定的，为了与外部数组数据区别而设为本地变量模块内。
2.完成了单回路编写后，需要封包成功能模块(可以理解为一个指令集合体)，外部I/O点或外部连锁信号模块4赋值给外部数组数据模块3，调用执行逻辑时，通过CPU执行逻辑控制模块1，逻辑运算结果返回给外部参数模块3，再返回给外部I/O点或外部连锁信号模块4输出I/O点连锁给下一个控制回路的外部数组数据模块3。
3．通过RSLINK软件实现PLC与RSWIEW32(上位机软件)的OPC通信6连接，外部数组数据模块3的数据与控制画面的数据的连路连好，在控制画面上设计好显示功能块，例如画面控制模块6、画面记录模块7、画面报警模块8，各个显示模块将变量用参数形式设定，例如#1、#2、#3…，调用时使用参数表调用，原来是一个参数是单一参数的连接，组态参安生连接时比较麻烦，而参数表的连接是在参数表内指定好变量路径如图2所示的调用参数表，实现上位机上的数据与PLCR的数据连接，例如在显示画面需要填写#1、#2、#3…，执行打开窗口时，调用“/PNew_HS_01”参数表，(说明/P是参数表调用，即执行打开指时，调用参数表的路来表示#1#2#3参数），这样#1相对应到新阀门\报警\阀门_01地址，#2相对应到新阀门\报警_使能\阀门_01地址、#3=新阀门\关\阀门_01地址，这样大大简化组态增加画面过程。
信号斜波功能设计：
请参阅图7所示，利用上述方法设计斜波功能，原理：输入值与输出值进行相减，如果差为正数，说明阀门的开度需增加，再设计一个1秒触发器每间隔1秒进行一次累加1的运算，第二秒再进行一次累加1的运算，最终达到给定值与实际值相等，如果输入与输出值相等时，输入值直接给输出值，那么实现斜坡上升的功能；相反如果差为负数，说明阀门的开度需减少，再设计一个1秒触发器每间隔1秒进行一次累减1的运算，第二秒再进行一次累减1的运算，如果输入与输出值相等时，输入值直接给输出值，那么实现斜坡下降的功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种制浆造纸设备的控制系统，其特征在于，包括逻辑控制模块、本地变量模块、外部数组数据模块、外部I/O点或外部连锁信号模块、通信、显示功能模块；所述外部I/O点或外部连锁信号模块赋值给外部数组数据模块，所述外部数组数据模块是包括输入、输出类型的自定义数据结构体，调用执行逻辑时，所述外部数组数据模块、本地变量模块赋值给逻辑控制模块，通过CPU执行逻辑控制模块，逻辑运算结果返回给外部参数模块，或再赋值给外部I/O点或外部连锁信号模块给下一个控制回路的外部数组数据模块；所述外部数组数据模块的数据通过通信链路传输给控制画面显示功能模块；
所述的本地变量模块的数据是数值限位或AO点输出的量程整定，不同阀门，每次调用功能块时都不变的数据，设定为本地变量模块，用于与外部数据区分、固定，以避免误改；
所述显示功能模块包括并联的画面控制模块、画面记录模块、画面报警模块，所述显示功能模块的各显示模块将变量用参数形式设定，#1、#2、#3…，调用时使用参数表调用，所述参数表的连接是在参数表内指定好变量路径，包括：
#1=新阀门\报警\阀门_01
#2=新阀门\报警_使能\阀门_01
#3=新阀门\关\阀门_01
#4=新阀门\控制模式\阀门_01
#5=新阀门\名字\阀门_01
#6=新阀门\关返馈\阀门_01
#7=新阀门\开\阀门_01
#8=新阀门\开返馈\阀门_01
#9=新阀门\输出\阀门_01
#10=新阀门\AM\阀门_01
实现上位机的数据与逻辑控制模块所结应的处部数组数据模块的数据连接，在显示画面填写#1、#2、#3…，执行打开窗口时，调用参数表，即执行打开指令时，调用参数表的路径来表示#1、#2、#3的参数，#1相对应到新阀门\报警\阀门_01地址，#2相对应到新阀门\报警_使能\阀门_01地址、#3=新阀门\关\阀门_01地址，以此类推，以简化组态增加画面的过程。
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