统一策略下的控制系统迁移

在巴西首都里约热内卢以北约450公里的沿海省份Espirito Santo和Bahia，翠绿繁茂的森林覆盖着从山峦到海边的广大地区。这片森林的不同寻常之处在于——它们是Aracruz Celulose拥有和经营的占地大约611000平方英亩的桉树种植园的一部分。Aracruz Celulose是世界上主要的纸浆生产商之一，他的纸浆被运送到世界各地的造纸厂，做成纸巾、优质打印纸、书写纸以及其他纸制品。桉树的优点是它的生长速度非常快，可以在7年时间里长到35米高，而且桉树的短纤维还具有不透光性极好、质地柔软、吸水性强等备受造纸业者青睐的优点。 　　现在Aracruz纸浆工厂已经发展成为世界上最大的漂白桉树纸浆生产厂，管理操作着世界上单套生产能力最大的纸浆生产装置，年产纸浆超过两百万吨。为了保持和进一步提高产量，Aracruz采取了有计划的步骤把工厂中的所有操作运行都置于统一的过程控制和优化策略之下。新的生产线Fiberline C最近进入试车阶段，这是工厂向一体化生产企业转变过程中的一个里程碑式的标志，至此工厂内所有的生产线都由功能化的控制系统控制，先进控制技术已经被用于优化从蒸煮到干燥的每一个过程。 　　Aracruz新建造的生产线Fiberline C应用了现代化的一体化控制技术，它还将逐渐被应用到工厂中的所有生产线上。Aracruz已经用该技术升级了最早的生产线Fiberline A以及生产线Fiberline B的锅炉和蒸发工段。生产线Fiberline C被认为是世界上第一条运用先进过程控制技术（APC）和过程优化技术设计、建造的纸浆生产线。 　　Aracruz工厂能够发展到现在的程度是不断进行的扩大工厂生产能力和系统升级的结果，这个过程开始于1976年，那时Aracruz刚刚建造了生产线Fiberline A，开始生产纸浆产品。Fiberline A开始时的生产能力是年产40万吨漂白纸浆，采用Foxboro公司的PCI 100气动仪表实施控制。1988年Aracruz建设了生产线Fiberline B，将年产量提高了60万吨，Fiberline B的控制系统采用Provox DCS。 　　1995年Aracruz对生产线A和生产线B进行现代化改造，消除生产瓶颈，把产量提高到每年120万吨。用Invensys Foxboro公司生产的I/A Series 集散控制系统替换了生产线Fiberline A原来的气动控制仪表，这套控制系统采用一个6节点的局域网，配有多重化的应用处理器、用户工作站以及可编程逻辑控制器（PLC）的接口单元。系统总共有125个现场I/O机柜，可提供超过1500个现场仪表输入输出通道，采用FoxCom通信协议。另外还安装了Invensys Wonderware公司的InTouch人机界面软件，为控制木材堆场的操作人员创建新的过程可视化屏幕。 　 统一控制策略 　　由于认识到生产线Fiberline A的控制体系十分有效，2000年Aracruz的管理层把生产线Fiberline A的经验作为建设生产线Fiberline C和升级其他生产线的基础。他们的目标是允许每条生产线独立操作运行，但又提供一个统一的控制策略和操作画面以提高工厂的总体生产管理水平。 　　所有3条生产线的基本生产过程都是类似的。原木每天由卡车或是驳船从种植园运来。木头根据需要被送进去皮机和切块机，它们为每条生产线提供原料。碎块被输送到不锈钢制的纸浆蒸煮器里面，在腐蚀性溶液中蒸煮，变成粗纸浆。褐色的粗纸浆经过漂洗和过滤后成为漂白纸浆，然后送进干燥机。在每一台干燥机的出口，“纸浆毯”被切割成矩形的片，然后捆扎待运。包装好的纸浆由卡车送到附近的港口装船运走。 　　每道工序中由不同的供应商所提供的设备都是不同的（见图2），但是所有的工序都被集成到一个共同的控制策略下面，由I/A Series控制系统统一控制。 灵活的I/O模件 　　应用在生产线Fiberline C上的I/A Series控制系统包括5个网络节点，配有UNIX服务器和微软公司的Windows NT工作站处理器。 　　由Invensys Triconex分部提供的Trident三重化冗余安全停车系统用于保护氧化反应器单元。Foxboro公司提供的现场仪表－包括压力变送器、温度变送器、电磁流量计、质量流量计、PH值分析仪以及电导率分析仪等设备通过安装在生产线附近的远程 I/O单元接入控制系统，信号传送采用FoxCom通信协议。马达设备经过智能马达控制中心接入25个Micro I/A Series节点，马达设备采用Profibus总线网络，没有采用PLC。 　　“升级工厂的最后一步是完全改变Fiberline生产线、再生生产线和干燥机生产线的3个控制室的布置，进一步强化A、B和C生产线”，项目经理Renato Gueron说。“这是必须的，因为A生产线采用Foxboro的CRT操作台，而B生产线采用Foxboro公司的竞争对手提供的CRT操作台，这意味着已经没有空间用来安装用于C生产线的操作台。全部生产线都在一个共同的主控制系统下面运行”。现在3个控制室都已经安装了采用液晶显示器的工作站。 　　系统更新 　　Invensys提出的即插即用迁移策略，更新生产线Fiberline B的控制系统比较简单。根据这个方案，其他的处理器和I/O卡件被替换成Foxboro I/A Series的相应设备，外形尺寸保持不变，但是电子线路经过升级。这些I/O卡件的功能同普通的I/A Series卡件完全一样，但是外壳经过重新改装以便插入以前遗留的I/O机架，这样不必变动现场接线就可以从老系统切换到新系统，可以最大限度减少停工时间。 　　在生产线Fiberline B的改造中，即插即用方式已经被用于替换控制锅炉和蒸发工段的Provox系统。 　　这个方法有助于使新的生产线尽快投入使用，节约工程费用，它还为将来提高生产能力提供了一个方便有效的途径，使全部3条生产线可以很容易的应用相同的调节控制策略以支持正在Fiberline C生产线上实施的先进过程控制和优化控制。