朱曉紅 張振 苗紅

摘 要：針對當(dāng)前特種紙機(jī)裝備規(guī)模小、且相當(dāng)一部分為普通紙機(jī)改造而來的情況，提出了一套利用組態(tài)王（KingView）軟件、各類傳感器及數(shù)據(jù)采集模塊等軟、硬件對紙機(jī)進(jìn)行自動化改造的方案，用較小的投入實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、配方化生產(chǎn)，從而達(dá)到提高特種紙生產(chǎn)效率和生產(chǎn)穩(wěn)定性，降低紙機(jī)調(diào)整難度的目的。實(shí)際應(yīng)用表明，該方案可縮短紙機(jī)調(diào)整時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：特種紙機(jī)；組態(tài)王；實(shí)時(shí)監(jiān)控；數(shù)據(jù)采集；配方化生產(chǎn)

中圖分類號：TS736

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2018.04.014

Abstract：Aiming at the problems of specialty paper machines including smallersized and partly converted from the traditional paper machine， this paper proposed to carry out automatic renovation of the specialty paper machines by using kingview configuration software， various kinds of sensors and data acquisition module， it could realize realtime data monitoring， data acquisition and formulating production by less input， finally to improve the efficiency of specialty paper production and production stability and reduce the adjustment difficulty of the paper machines.

Key words：specialty paper machines； kingview； realtime data monitoring； data acquisition； formula production

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于特種紙紙種多、規(guī)格變化大，在抄紙過程中對操作人員的技能要求較高。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，一般一個特種紙生產(chǎn)操作工人需要經(jīng)過幾年的時(shí)間才能夠熟練掌握特種紙機(jī)全部流程的操作，時(shí)間緩慢。同時(shí)，紙機(jī)從開機(jī)調(diào)整到正常抄紙的過程越短，所浪費(fèi)的原料及水、電、汽成本就越低，如果調(diào)整時(shí)間較長，則浪費(fèi)驚人，所以特種紙機(jī)采用配方化生產(chǎn)就顯得尤為重要[1]。配方化生產(chǎn)就是將平時(shí)正常生產(chǎn)時(shí)紙機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)加以提煉、總結(jié)并固化下來作為參考值，形成一個像藥方似的參考體系，在紙機(jī)每次開機(jī)調(diào)試時(shí)對照參考進(jìn)行紙機(jī)調(diào)整，這樣就可以大大提高調(diào)整效率，節(jié)約調(diào)整時(shí)間，同時(shí)也降低了對操作人員操作水平的依賴[2]。

組態(tài)王（KingView6.55）軟件是亞控公司面向中低端自動化市場開發(fā)的一套產(chǎn)品，功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定且使用方便，可以輕松實(shí)現(xiàn)上述各類功能，現(xiàn)以此軟件為基礎(chǔ)進(jìn)行改造。本文提出一套利用利用組態(tài)王（KingView）軟件、各類傳感器及數(shù)據(jù)采集模塊等軟硬件的紙機(jī)自動化改造方案，達(dá)到提高特種紙生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性、降低紙機(jī)調(diào)整難度的目的。

1 方案設(shè)計(jì)概況

本設(shè)計(jì)以河北某紙廠圓網(wǎng)特種紙機(jī)為對象。該紙機(jī)幅寬1260 mm，設(shè)計(jì)車速60～110 m/min。紙機(jī)網(wǎng)部配備圓網(wǎng)網(wǎng)槽2個，真空抽子2組；壓榨部配備壓榨輥1組，擠水輥2組，真空抽子2組；前干燥部配備烘缸2個（分別為大缸和二缸），光壓輥1個，托輥1個；施膠部配備施膠上輥1個和施膠下輥1個；后干燥部配備烘缸6個。整個系統(tǒng)由硬件、軟件兩部分組成。硬件系統(tǒng)功能是通過各類變送器對現(xiàn)場的壓力、溫度等變量進(jìn)行變換，同時(shí)通過采集模塊和串口服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。軟件系統(tǒng)的作用是通過組態(tài)軟件將現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、存儲，并通過各類監(jiān)控界面供操作人員對比、查詢、調(diào)用等。

2 硬件系統(tǒng)及安裝設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)采用分布式集中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將同類型或布線距離較近的各類變送器集中到一個模擬量采集模塊上（共6個采集模塊，每個采集模塊最多8個模擬量輸入），采集模塊通過485通信線連接到串口服務(wù)器上，串口服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和上位機(jī)及監(jiān)控終端進(jìn)行通信[3]。采集模塊就近安裝到紙機(jī)操作臺內(nèi)部，這樣就極大地縮短了布線距離，同時(shí)使系統(tǒng)簡單明了，便于故障排除。

考慮到設(shè)備的穩(wěn)定性、價(jià)格、通用性及備品備件等綜合因素，將溫度、壓力類變送器統(tǒng)一選用米科公司的產(chǎn)品，根據(jù)系統(tǒng)對功能的要求串口服務(wù)器和采集模塊選擇MOXA公司和力創(chuàng)公司的產(chǎn)品，具體內(nèi)容如表1所示。

這里簡要介紹EDA9017采集模塊的硬件結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)通道及地址為：

EDA9017模擬量采集模塊最多支持8路0～20 mA模擬量的采集，對應(yīng)引腳名稱為IIN0～I(xiàn)IN7，GND為共地端。該模塊通信協(xié)議為MODBUSRTU、ASCII碼、十六進(jìn)制LC-02協(xié)議3種，協(xié)議可自動識別，這里使用MODBUSRTU通信協(xié)議。另外，模塊8個模擬量通道對應(yīng)的地址為0003H～000AH，數(shù)據(jù)為雙字節(jié)，高字節(jié)在前低字節(jié)在后[3-6]。

3 通信設(shè)置

由于篇幅有限，這里只簡單介紹通過MOXA NPort5130串口服務(wù)器的配置方法。

MOXA NPort5130的配置可通過其自身攜帶的NPORT administration軟件進(jìn)行設(shè)置，配置方法如下：

（1）安裝NPORT administration 軟件。

（2）搜索到設(shè)備后軟件可顯示該設(shè)備的型號，MAC地址，IP地址，以及設(shè)備的名稱。

（3）選中要配置的設(shè)備，點(diǎn)擊右鍵——Configuer，或者是雙擊該設(shè)備，進(jìn)入設(shè)備配置界面，如圖2所示。

（4）Basic界面可以設(shè)置設(shè)備的名稱，設(shè)備的時(shí)鐘（默認(rèn)讀取主機(jī)時(shí)鐘），以及登陸設(shè)備的方式。（提醒：必須勾選Modofy才能對配置進(jìn)行修改，否則只能對查看配置）

（5）Network界面配置Ip地址相關(guān)信息。設(shè)置串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器IP Address與主機(jī)IP、企業(yè)內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)為同一個網(wǎng)段。

（6）Serial界面配置Baud Rate： 9600，F(xiàn)loe Control： Rts/cts，Parity： none，F(xiàn)ifo： enable，Interface： RS-422 RS-485（2 w/4 w）。

（7）Operating Mode界面配置Operating Mode： Real com，Maxconnection： 4。

至此，MOXA NPort5130的基本配置結(jié)束，保存后退出軟件。

4 組 態(tài)

4.1 IO設(shè)置

這里在組態(tài)王的設(shè)備表中選擇COM2口作為通信口，在COM口下新建6個設(shè)備分別代表6個EDA9017模擬量輸入模塊，設(shè)備名稱定義為采集模塊1、采集模塊2……采集模塊6，設(shè)備驅(qū)動設(shè)置為PLC/莫迪康/Modbus rtu，模塊地址分別設(shè)置為1～6（注：模塊需在上電后用自帶的設(shè)置軟件設(shè)置通信地址）。

4.2 數(shù)據(jù)詞典和變量定義

根據(jù)組態(tài)王變量定義的要求，為每個采集到的數(shù)據(jù)設(shè)置一個外部變量，變量名為相應(yīng)的模擬量的名稱，如：真空輥真空度，為每個采集點(diǎn)設(shè)置一個內(nèi)部變量用來存儲、顯示配方程序注入的參考值，變量名稱定義為CK+變量名稱，如CK_真空輥真空度。內(nèi)部變量的數(shù)據(jù)類型定義為內(nèi)存實(shí)數(shù)，其他定義較簡單這里就不多敘述了。

外部變量定義方法如表2所示。

4.3 畫面設(shè)計(jì)

畫面設(shè)計(jì)如圖3所示。

4.4 主監(jiān)控界面組態(tài)

在主監(jiān)控界面中現(xiàn)將紙機(jī)的整個流程用畫面完整表現(xiàn)出來（見圖4），在將各個分部需要顯示的參數(shù)及其參考值插入畫面，最后將各個參數(shù)值和事先定義好的變量一一建立連接[7]。

4.5 配方參數(shù)界面組態(tài)

在配方參數(shù)界面可通過單擊按鈕將事先設(shè)置好的一系列參數(shù)直接注入主畫面、實(shí)時(shí)曲線界面中的參考值欄，紙機(jī)操作人員可以根據(jù)參考值欄中的數(shù)值快速發(fā)現(xiàn)問題同時(shí)根據(jù)參考數(shù)值對個參數(shù)加以調(diào)整，組態(tài)方法如下。

建立配方參數(shù)界面，見圖5。

在配方參數(shù)界面為每個紙種設(shè)置一個按鈕控件，如MMK6021。在本設(shè)計(jì)中共設(shè)置了11種配方方案。雙擊任意配方按鈕，在命令語言連接選“鼠標(biāo)彈起時(shí)”，在命令語言窗口中輸入賦值語句，見圖6。

4.6 實(shí)時(shí)曲線界面組態(tài)

實(shí)時(shí)曲線的特點(diǎn)是將實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)以圖形的方式顯示出來，同時(shí)可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)計(jì)算出一段時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)中的最大值、最小值和平均值，用圖形的方式反映出該參數(shù)變化率、變化幅度、變化趨勢等。如果將時(shí)間軸拉長，則可在更大的范圍內(nèi)監(jiān)測該點(diǎn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，相比單純的顯示數(shù)值功能要強(qiáng)大的多。根據(jù)畫面設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中共設(shè)置7個監(jiān)控界面，分別是真空實(shí)時(shí)監(jiān)控界面、蒸汽溫度監(jiān)控界面1、蒸汽溫度監(jiān)控界面2、蒸汽溫度監(jiān)控界面3、氣臂壓力監(jiān)控界面1、氣臂壓力監(jiān)控界面2、其他類數(shù)據(jù)監(jiān)控界面。在每個監(jiān)控界面中插入實(shí)時(shí)曲線控件，見圖7。

控件插入后，雙擊該控件，將各個變量與相應(yīng)的曲線進(jìn)行連接，曲線的時(shí)間跨度設(shè)置為15 min，更新頻率設(shè)置為5s。

4.7 報(bào)表打印界面組態(tài)

在特種紙的生產(chǎn)中，紙張抄造過程對其定量、緊度、透氣度、厚度等常見物理指標(biāo)有較大影響，通過報(bào)表數(shù)據(jù)的查詢可為質(zhì)量追溯提供重要的依據(jù)。如果保存的數(shù)據(jù)較多則會影響打印效果，因此在報(bào)表打印界面共創(chuàng)建真空蒸汽壓力報(bào)表、氣臂壓力報(bào)表、溫度綜合參數(shù)報(bào)表共3個表來存儲數(shù)據(jù)，為每個報(bào)表設(shè)置報(bào)表查詢、報(bào)表打印、打印預(yù)覽和打印設(shè)置按鈕對報(bào)表進(jìn)行操作，見圖8。

4.7.1 按鈕命令語句

報(bào)表查詢 ReportSetHistData2（）；

報(bào)表打印 ReportPrint2（"報(bào)表名"）；

打印預(yù)覽 ReportPrintSetup（"報(bào)表名"）；

打印設(shè)置 ReportPageSetup（"報(bào)表名"）；

4.7.2 報(bào)表自動存儲

系統(tǒng)在每天7∶00、15∶00和23∶00這3個時(shí)間點(diǎn)自動保存3個班組的報(bào)表。首先建立3個事件，在事件觸發(fā)條件和執(zhí)行語句中填入代碼。

5 方案實(shí)際應(yīng)用

將該方案對1260 mm圓網(wǎng)紙機(jī)進(jìn)行改造，實(shí)際生產(chǎn)表明，該方案明顯降低了紙機(jī)改產(chǎn)時(shí)的調(diào)整難度，紙機(jī)改產(chǎn)時(shí)普通操作工只需對照配方進(jìn)行調(diào)整，就可基本調(diào)整到位。同時(shí)，紙機(jī)的調(diào)整時(shí)間也大大縮短，由原來的3～4 h縮短到1～2 h。

6 結(jié) 語

本文重點(diǎn)介紹了一種利用組態(tài)王（King View）軟件及各類采集模塊對特種紙機(jī)進(jìn)行自動化改造的一種方案。通過軟件的實(shí)時(shí)監(jiān)控界面可隨時(shí)掌握紙機(jī)運(yùn)行情況；通過配方界面可明顯縮短紙機(jī)改產(chǎn)時(shí)間同時(shí)降低操作難度；通過數(shù)據(jù)存儲及報(bào)表查詢功能可隨時(shí)追溯產(chǎn)品的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。此方案不需對紙機(jī)本體進(jìn)行大的改動、成本低且功能強(qiáng)大。實(shí)際應(yīng)用表明，該方案可使紙機(jī)調(diào)整時(shí)間大大縮短，生產(chǎn)效率提高。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] MA Wenming. Design and Application of Paper Drive Control System Based on AB platform[J]. China Pulp & Paper， 2017， 36（4）： 55.

馬文明. 基于AB平臺的造紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]. 中國造紙， 2017， 36（4）： 55.

[2] WANG Sue， HAO Pengfei， MENG Yanjing. Analysis and Design of Load Distribution Control of Paper Machine Transmission System[J]. China Pulp & Paper， 2004， 23（8）： 38.

王素娥， 郝鵬飛， 孟彥京. 紙機(jī)傳動系統(tǒng)負(fù)荷分配控制的分析與設(shè)計(jì)[J]. 中國造紙， 2004， 23（8）： 38.

[3] SUN Xuxia， LI Shengmin， ZHANG Weina. Function Analysis and Application Examples of KingView′s Industrial Control Configuration Software[J]. EIC， 2001， 8（4）： 29.

孫旭霞， 李生民， 張維娜. 工業(yè)自動化通用組態(tài)軟件—“組態(tài)王”的功能分析及應(yīng)用[J]. 儀器儀表用戶， 2001， 8（4）： 29.

[4] ZHAN Haibo， LI Qi， QIAN Yanping. Modification of the Paper Mill Automation[J]. Industry Control and Application， 2003， 22（10）： 36.

湛海波， 李 奇， 錢艷平. 中小造紙廠的自動化改造的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 工業(yè)控制及應(yīng)用， 2003， 22（10）： 36.

[5] MENG Yanjing， GAO Xiaoxiao， LI Lintao. Based on the Soft starter of STM 32[J]. Electronic devices， 2013， 36（5）： 685.

孟彥京， 高筱筱， 李林濤. 基于STM32的軟起動器程序設(shè)計(jì)[J]. 電子器件， 2013， 36（5）： 685.

[6] MENG Yanjing， ZHANG Yan. Application and Research ACS800 Multicylinder Machine in 2600/350 Load Distribution[J]. China Pulp & Paper， 2014， 33（2）： 47.

孟彥京， 張 焱. ACS800 在2600/350 多缸紙機(jī)負(fù)荷分配中的應(yīng)用與研究[J]. 中國造紙， 2014， 33（2）： 47.

[7] MA Wenming. Design and Application of Variable Frequency Drive System of Paper Machine Based on PROFIBUS[J]. China Pulp & Paper， 2016， 36（7）： 58.

馬文明. 基于PROFIBUS 的紙機(jī)變頻傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]. 中國造紙， 2016， 36（7）： 58. CPP

（責(zé)任編輯：常 青）