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SC-HC1470高浓磨浆机控制系统的集成与优化
⊙ 荆静 (山东晨钟机械股份有限公司，山东淄博 2502)Integration and optimization of the control system for SC-HC1470 high-consistency refiner⊙ JING Jing (Shandong Chenzhong Machinery Co., Ltd., Zibo 2502, Shandong, China)
高浓磨浆机是化学机械制浆生产线的关键核心设备，其综合使用性能直接影响到成浆质量和生产连续性。该设备属于高速重载设备，为保证设备的连续可靠运行，自动控制系统非常关键。SC-HC1470高浓磨浆
荆静女士，电气工程师；主要从事产品控制系统的研发和调试工作。机是我们公司自主研发的新型大规格高浓磨浆设备，已在山东某公司杨木化机浆制浆线上试用，达到用户对磨浆生产指标的需要。
摘要：针对SC-HC1470高浓磨浆机在化学机械浆生产线的
具体使用工况，提出了其自动控制系统的控制原理、系统集成和优化方案。关键词：SC-HC1470高浓磨浆机；自动控制系统；集成；优化
Abstract: Based on the application of SC-HC1470 high-consistency refiner in the production of chemical mechanical pulp, the paper introduces the principle of control, system integration and optimization scheme of the automatic control system.
Key words: SC-HC1470 high-consistency refiner; automatic control system; integration; optimization
中图分类号：TS736; TS734+.1 文献标志码：B 文章编号：1007-9211(2018)10-0051-04
1 设备工艺配置情况
1.1
设备配置方案
根据双方确定的设备使用工艺方案，基本配置如下：电机配置功率为3500kW，采用变频调速，设备运行转速在1200～1500r/min之间；原料采用漂白杨木浆或杂木本色浆；高浓磨浆机与高压电机采用直联方式，PLC控制系统实时检测设备的运行状态，并提供应急保护功能；喂料机构采用空心带状螺旋，实现连续无堵塞强制喂料；配置的强制循环冷却润滑系统和液压系统。1.2
主要自动控制要求
为保证设备的正常运行，自动控制系统需要实时检测主机、润滑油、液压油、冷却水、稀释水、喂料机构等的运行参数，并提供系统报警和保护功能。
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安装于磨浆机的轴承及轴瓦检测部位，以实时监测磨浆机的温升状况。
(4）主机振动检测：设备在磨浆处理过程中将随机振动，如果主机振动过大，将对整套设备造成机械损害和影响主机控制精度，因此，我们通过安装振动传感器来实时监控设备振动。
(5）润滑系统检测：由于高浓磨浆机属于高速重载设备，主机在工作时，传动部位将产生很大热量，为保证主轴承和轴瓦的有效润滑及冷却效果，强制循环润滑系统的可靠性非常关键。电磁流量计用于检测反馈润滑油的实际流量；压差式压力计用于检测过滤器的堵塞报警；PT100热电偶用于检测润滑油油温；电磁液位计用于检测润滑油油位高低。
(6）A、B腔液压油检测：主机采用液压进退刀方式，A腔为进刀腔，B腔为退刀腔，为保证磨区工作间隙的稳定，必须保证A、B腔内液压油压力差的稳定，因此需要对A、B腔内液压油的压力进行实时检测，压力传感器同时将检测信号以4～20mA的形式传送给处理
2 自控控制系统的集成、组态和优化
自动控制系统主要由信号采集单元、信号处理器、控制功能、执行机构等四部分组成。2.1
信号采集
SC-HC1470高浓磨浆机的信号采集基于总体控制要求来实现，主要包括：主机功率、磨区工作间隙、轴承/轴瓦温升、主机振动的检测与报警（见图1）；润滑系统检测与报警（见图2）；液压系统检测与报警（见图3）、冷却水检测、稀释水检测（见图4）和喂料机构检测与报警。
(1）主机功率检测及反馈：主电机有效功率由主机MCC柜的功率变送器完成，将有功功率以4～20mA的电流信号传送给处理器，并用于实现保护功能。
(2）工作间隙检测：自动控制系统主要控制动磨盘和静磨盘之间的有效磨浆间隙值，即高浓磨浆机的工作间隙，保证设备稳定在一个相对合理的设定工作间隙值安全运行。该间隙值通过位移传感器经过电子单元以0～10V的电压信号发送给处理器；该电子单元同时还输送一个0～10V的磨损信号给处理器，实时计算磨盘的磨损情况，以确定适时更换新磨盘。
(3）轴承、轴瓦温度检测：该检测项目包括了3处轴承温度检测和4处轴瓦温度检测，分别将7个热敏电阻
表1 设备主要控制参数
序号检测位置1
234567101112131415161718
主机
检测项目
主机运行反馈主机实时功率磨盘间隙检测轴承温度检测轴瓦温度检测振动检测
润滑油泵反馈润滑油液位检测过滤器堵塞报警检测润滑油流量检测回油温度检测润滑油泵反馈
过滤器堵塞报警检测
信号类型
备注
润滑油
液压油
A腔/B腔工作压力检测
冷却水阀门开闭检测稀释水流量检测
喂料机构电机运行反馈
转速
数字量显示
模拟量报警保护模拟量报警保护模拟量报警保护模拟量报警保护模拟量报警
数字量报警保护数字量报警保护数字量报警
模拟量报警保护模拟量报警保护数字量报警数字量报警模拟量显示数字量显示
模拟量显示及设定数字量报警数字量显示
图1 主机检测界面
图2 润滑系统检测界面
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第39卷第10期 2018年5月
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器；压差式压力计用于检测液压油过滤器的堵塞报警。
(7）稀释水流量检测：为保证稀释水流量的稳定，采用电磁流量计测量稀释水的实际值。
(8）喂料机构检测：为实现连续无堵塞强制喂料，除监控喂料螺旋电机的运行状态外，还需要采用光电式接近开关检测喂料螺旋的实际转速值。2.2
信号处理器及人机界面
根据设备的实际工况需要，该自控系统的信号处理器选用SIEMENS公司较为成熟的S7-200系列控制器，该控制器具有高可靠性、丰富的指令集、强劲的通讯能力以及丰富的扩展模块，本系统是在S7-200控制器本体的基础上另外扩展了数字量、模拟量、RTD模块。
人机界面选用西门子Smart精彩系列，Smart精彩系列面板准确地提供了人机界面的标准功能，经济实用，性价比高，面板新增加的以太网口使下载速度提高了5倍。2.3
控制功能
(1）间隙控制功能：设备工作时，控制系统可将磨浆间隙控制在一个设定值附近，以达到更好的成浆效果。所有开机运行条件具备，当触发“自动进刀”功能后，系统控制执行机构使磨浆机自动进刀至设定值，若因外力使得该间隙值发生增大或减小，系统会控制执行机构在设定值附近左右调节，直至恢复至设定值。
(2）一键退刀功能：设备停机之前，当触发“一键退刀”功能时，系统会控制执行机构退刀至安全磨区间隙值。
(3）手动进退刀功能：该功能可根据操作人员需求进行人为进退刀操作，适用于设备调试阶段或特殊情况下的安全保护。
(4）稀释水流量PID调节功能：电磁流量计测量到稀释水的实际值后，将信号发送给控制器，控制器将该实测值与设定值进行比较计算，采用该偏差值来实时纠正系统的响应，调节控制阀门开度。
(5）组启、组停功能：控制系统在“组控“模式下，“组启”功能可使各设备逆上浆顺序依次启动；“组停”功能可使各设备顺上浆方向依次停止。
(6）报警功能：系统报警可提醒操作人员故障所在，及时处理设备异常，恢复正常生产。2.4
执行机构
图4 稀释水检测界面图3 液压系统检测界面
生产实践
为了获得最佳的磨浆效果和成浆质量，动磨盘和静磨盘之间的磨浆间隙值力求稳定，该高浓磨浆机使用了电子-液压装置来进行磨区间隙的显示和调节。
磨区间隙可以现场调节，也可以远程操作。远程操作时由一个4～20mA的电流信号提供磨区间隙反馈，另有两个数字信号进行增加或减少磨盘间隙。为防止主机带载启动，可以将磨盘移动到“后限位”，从正常情况到“后限位”的脱离时间很短，所以也常用于紧急退刀。
DGC-2电子单元是一个单板电路单元，可以通过步进电机控制伺服阀来进行高浓磨浆机的磨区间隙调节，可以实现输出磨盘间隙信号、触发继电器警报和防止伺服阀从工作区域脱离。
伺服阀是实现磨区间隙控制的核心液压阀件，与液压系统相连。如图5所示，当轴与轴套平衡时，轴锁在轴套中，此时伺服阀是关闭的；当收到增加/减少信号时，步进电机开始转动，这将带动千分尺旋转并使轴产生轴向移动，根据转动方向不同，进入液压进退刀管路系统的液压油流动方向也有所不同，由P通A，B通T或
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停在新的工作位置。如果外部压力迫使液压油缸动作，伺服阀将因指示轴的机械反馈作用而打开，从而产生一个补偿压力使得液压油缸回到预设位置；手动转动千分尺可使轴移动，从而改变磨盘间隙；液压油缸动作和进退刀操作也可以通过转动千分尺来手动完成。
3 结束语
图5 伺服阀结构示意图
该自动控制系统通过实际应用表明，自动化程度高、操作人员劳动强度低、检测精度好、报警保护功能安全有效，达到了使用要求，有效保证了该高浓磨浆机的可靠运行。
[收稿日期:2018-01-03]
是P通B，A通T，液压油缸也随之移动；液压油缸动作时，连接在液压油缸上的转向臂会带动指示轴运动，指示轴使轴套先至新的“零位”；当轴套接近“零位”时，伺服阀也渐渐关闭，液压油缸的动作也慢慢减缓，最后
● 技术信息 ●
“4575/1000超级压光机”产品通过科技成果鉴定本刊讯（马明刚 报道) 2018年4月22日,由中国轻工
企业投资发展协会名誉理事长胡楠教授、齐鲁工业大学校长陈嘉川教授、中国造纸学会常务副理事长曹振雷教授级高工等15位专家组成的中国轻工业联合会鉴定委员会专家团队，在听取项目汇报、审阅相关资料、质询和讨论后，审议并通过了由淄博泰鼎机械科技有限公司和仙鹤股份有限公司完成的“4575/1000超级压光机”产品科技成果鉴定。认为4575/1000超级压光机整体技术水平国内领先，并达到国际同类产品的先进水平。
项目关键技术包括顶辊、底辊采用分区可控中高辊，热辊采用高硬度的锻钢材质，并通过压光辊重量液压补偿平衡技术、自动引纸技术，结合液压、热油、电控系统的智能化集成控制，使得产品具有工作面硬度高、耐磨性好、操作控制方便、灵敏稳定的特点，同时由于压光辊中心线在垂直平面内平稳运行，使得设备占地面积小、方便安装维修、通风排气良好。
该产品成功应用于幅宽4575mm、运行车速1000m/min格拉辛纸生产，运行线压力300kN/m，热辊油温260℃，并与纸幅烘干冷却装置及卷取机构串联使用，在投资规模、生产效率、产品质量等方面均取得了良好成效。
项目产品经国家轻工业造纸食品日用化工塑料机械质
量监督检测中心检测，各项指标符合企业标准Q/TDK001-2015《超级压光机》的要求。所生产的格拉辛纸经国家纸张质量监督检验中心检测，符合GB/T292822012《格拉辛纸》标准。
该产品拥有多项授权发明专利及实用新型专利自主知识产权。
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第39卷第10期 2018年5月
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