黃光明 謝顯國

（中國輕工業(yè)長沙工程有限公司，湖南長沙，410114）

某造紙廠PM10 紙機2001 年投產(chǎn)至今，設(shè)備老化，紙機缺少靴壓、施膠機等核心設(shè)備，且自動化控制程度不高，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量已不能滿足市場的需求。因此，本項目對PM10 紙機進行改造，新增了施膠機，需要對后干燥以后的設(shè)備進行移位改造；新增設(shè)備與舊設(shè)備結(jié)合時，存在舊紙機圖紙缺失及大部分資料不全等問題，給技改項目造成較大的難度。在改造前期制定詳細的施工規(guī)劃、施工方案和進度計劃，選擇合適的設(shè)備服務(wù)人員對項目實施有較大的幫助；在調(diào)試期間聯(lián)合有經(jīng)驗的工程服務(wù)人員和原工廠技術(shù)人員參與儀表調(diào)試，對項目按時竣工起到較大的作用。

1 紙機技改項目自控儀表存在的難點

（1）該紙機為使用了20 年的舊紙機，經(jīng)過多次改造升級，原施工圖紙和技術(shù)資料缺失，核心設(shè)備的說明書不全或遺失；由于年代久遠，原廠商已不生產(chǎn)原儀表配件，需找替代品，因此給儀表安裝調(diào)試帶來一定的難度。

（2）紙機需整體平移，設(shè)備布局需調(diào)整。布局調(diào)整后，設(shè)備的測量和控制會改變，涉及到的程序和畫面也會發(fā)生變化，因此既要保證舊程序的正確控制，又要對新的程序和畫面進行組態(tài)。

（3）該紙機的質(zhì)量控制系統(tǒng)（Quality Control System,QCS）、紙機本體控制系統(tǒng)（Machine Control System,MCS）等年代久遠，原程序無法拷貝復(fù)原，需重新組態(tài)編程和調(diào)試邏輯聯(lián)鎖，給儀表調(diào)試帶來一定的難度。

（4）該紙機技改項目各專業(yè)接口較多，改造時間短、工作量和難度大、任務(wù)重。

2 紙機技改項目自控儀表改造內(nèi)容和技術(shù)方案

2.1 控制系統(tǒng)改造內(nèi)容和技術(shù)方案

由于現(xiàn)代紙機集成化程度高，對儀表、控制閥等控制要求高，在漿濃、水分和定量控制上通常采用QCS進行精確控制，在蒸汽冷凝水系統(tǒng)和氣罩通風(fēng)能耗上需要協(xié)同控制，在紙機傳動上采用速度、轉(zhuǎn)矩和張力三環(huán)自動調(diào)整控制從而可以自由調(diào)整紙機的加速時間和運行速度；針對紙機全過程生產(chǎn)線的集成化采用集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System,DCS）對紙機流送系統(tǒng)、干燥部和傳動各工段進行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和控制；操作員站實現(xiàn)人機交換和操作監(jiān)控，工程師站實現(xiàn)對程序的修改和組態(tài)編程。

本項目控制系統(tǒng)的難點是控制系統(tǒng)種類較多且復(fù)雜，既有新系統(tǒng)又有舊系統(tǒng)，兼容性較差，同時存在舊系統(tǒng)程序無法讀取等難題，既要對舊程序進行升級又要對新程序邏輯畫面進行組態(tài)。因此在工程前期需要對控制系統(tǒng)程序、邏輯、網(wǎng)絡(luò)進行規(guī)劃設(shè)計，本項目控制系統(tǒng)技改方案如下。

（1）在控制系統(tǒng)硬件方面：部分控制系統(tǒng)移位后離控制室的距離增加，超過網(wǎng)線最大傳輸距離，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中信號衰減，需更改成光纖傳輸，確保通信信號不受干擾；掃描架和色度儀向后平移后，原屏蔽雙絞線長度不夠，導(dǎo)致無法與DCS 建立通信，需重新鋪設(shè)通信電纜；部分控制系統(tǒng)機柜利舊，柜內(nèi)接線端標牌不清，接線圖缺失，需制作I/O 柜接線圖和電纜表。

（2）在控制系統(tǒng)程序和畫面方面：部分邏輯程序和畫面發(fā)生改變，需要對原系統(tǒng)畫面和程序進行組態(tài)或刪除優(yōu)化；DCS新增部分程序和邏輯畫面需要進行編程組態(tài)和調(diào)試；對于部分無法讀取的程序，需要重新安裝系統(tǒng)后，再次下載程序或重新建立項目，加載備份程序。

（3）在控制系統(tǒng)邏輯連鎖方面：壓榨部所有DST刮刀在加載狀態(tài)，輸出壓榨傳動允許信號；刮刀加載、卸載為單按鈕脈沖控制方式，即非自鎖按鈕，程序編寫自鎖控制；壓下毛布裝有2個報警跑偏檢測開關(guān)，分別安裝在毛布的操作側(cè)和傳動側(cè)；烘干部和相關(guān)壓區(qū)斷紙信號與傳動系統(tǒng)實現(xiàn)連鎖控制；增加引紙割刀控制和引紙繩張緊器控制，采用順序控制；液壓站流量信號、壓力信號與液壓泵實現(xiàn)連鎖控制。

2.2 現(xiàn)場儀表和控制閥改造內(nèi)容和技術(shù)方案

2.2.1工藝系統(tǒng)的自控儀表

本次紙機技改項目中主要有通風(fēng)系統(tǒng)、機下碎漿機系統(tǒng)、蒸汽冷凝水系統(tǒng)和膠料制備系統(tǒng)的儀表測點新增或移位，以及壓光機和施膠機的油站和潤滑油站的儀表測點新增或移位。各工藝系統(tǒng)年代久遠且經(jīng)過多次改造，部分工藝管道和設(shè)備的儀表測點與原設(shè)計圖紙不一致，需提前核對不一致的地方并做好記錄，以便采購相應(yīng)的點位控制系統(tǒng)和現(xiàn)場儀表；部分儀表施工圖紙和技術(shù)資料不全，在安裝階段無法按照原設(shè)計圖紙施工，調(diào)試階段無法查閱技術(shù)資料，均給技改項目帶來一定的難度。因此在工程前期需做好規(guī)劃設(shè)計，各工藝系統(tǒng)的自控儀表技改方案如下。（1）根據(jù)各工藝系統(tǒng)的情況，統(tǒng)計需要增加的現(xiàn)場儀表和控制閥的數(shù)量及控制系統(tǒng)的點位數(shù)量，及時采購現(xiàn)場儀表、控制閥和相應(yīng)點位的控制系統(tǒng)。（2）舊紙機技改前期需要做好充分的規(guī)劃，按照儀表工程量編制相應(yīng)的安裝方案，并制定相應(yīng)的安裝調(diào)試計劃；舊紙機相對于新紙機技改難度增大，需組織能力較強的管理和技術(shù)人員參與紙機技改項目。

2.2.2成套設(shè)備的自控儀表

本項目成套設(shè)備主要有膜轉(zhuǎn)移施膠機、壓光機、靴壓、流漿箱和包裝輸送線等，其中膜轉(zhuǎn)移施膠機提供整個橫幅均衡的施膠量，降低斷紙發(fā)生率，同時提高產(chǎn)量和紙張強度；流漿箱是現(xiàn)代紙機的關(guān)鍵部位，其結(jié)構(gòu)和性能對紙張的成形和質(zhì)量具有決定性作用；靴壓的作用是最大化移除紙張水分的同時保持紙機效率和產(chǎn)品質(zhì)量的最大化；切紙機要求機器快速運轉(zhuǎn)的同時，保證切紙的精度，從而提高單位時間內(nèi)的切紙頻率；傳動控制方面目前更趨向于標準化、集成化、模塊化及容易維護和替換方面發(fā)展，傳動精度高、響應(yīng)時間短，確保紙幅更加平穩(wěn)的運行。本項目成套設(shè)備的儀表和控制系統(tǒng)技改方案如下。（1）通過招標方式邀請原設(shè)備供應(yīng)商投標，以便充分利用原廠商的技術(shù)優(yōu)勢指導(dǎo)設(shè)備安裝調(diào)試。本項目中，將掃描架和壓光機指導(dǎo)安裝和調(diào)試過程發(fā)包給相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商，以保證安裝調(diào)試順利進行。（2）對于成套設(shè)備中的現(xiàn)場儀表和控制系統(tǒng)，拆裝前在各成套廠商技術(shù)人員指導(dǎo)下做好相關(guān)記錄，回裝過程中在服務(wù)人員指導(dǎo)下進行，對于控制系統(tǒng)程序邏輯調(diào)試由廠商派程序工程師進場調(diào)試，通過這些措施保證了成套設(shè)備安裝調(diào)試順利進行。

3 根據(jù)儀表改造內(nèi)容和技術(shù)方案，做好施工準備工作

由于紙機改造項目各專業(yè)接口較多，施工工藝較復(fù)雜，在施工期間需要做好充分的準備工作，才能保證施工順利進行，根據(jù)儀表改造內(nèi)容和技術(shù)方案，在施工前需編制施工流程圖、收集并繪制好各類技術(shù)資料和圖紙、制定詳細的拆除方案、進度計劃和人力需求等各項工作。

3.1 編制施工工藝流程圖

編制的施工工藝流程圖如圖1所示。

圖1 施工工藝流程圖Fig.1 Construction process flow chart

3.2 技術(shù)資料和現(xiàn)場儀表收集、拍照、保存和記錄工作

為了紙機技改項目順利進行，在項目初期需要對紙機的技術(shù)資料和施工圖紙進行收集整理，將所有資料制成電子檔以便施工期間調(diào)出；對復(fù)雜的現(xiàn)場儀表、分析儀器和控制閥進行拍照、分類保存，便于儀表設(shè)備和材料的管理。

在項目前期階段，做好技術(shù)資料整理收集工作，整理收集的技術(shù)資料包含各系統(tǒng)接線圖、原理圖、邏輯功能圖、工藝描述和各類儀表說明書；對于缺失不全的施工圖紙需要項目前期耗費大量的時間進行繪制，以保證施工順利進行，本項目在施工前后收集整理和繪制的圖紙清單見表1。

表1 改造前后收集和繪制的儀表圖紙清單

現(xiàn)場儀表和控制閥拍照、比對和記錄工作，具體方法如下：①將拆下的儀表、閥門、分析儀器及控制柜做好標記并編碼；②對于體積較大的控制閥或分析儀器等儀表用油漆噴成紅色，然后在噴漆處將儀表位號注明，以便回裝時找出；體積較小的儀表采用集中放置在貨架上并將儀表位號注明；③將所有標記好的儀表按一定的規(guī)律設(shè)計好編號制成電子檔形成文檔記錄便于管理和查找；④在標記工作完成后，對所有標記的儀表、閥門、控制柜、接近開關(guān)等設(shè)備現(xiàn)場錄像和拍照形成相應(yīng)的影像資料和照片。

3.3 施工前期制定儀表拆除方案，確保施工期間順利進行

（1）現(xiàn)場繪制電纜橋架、電纜保護管走向、標高并標注規(guī)格和長度。

（2）拆除時需切斷電源，拆除盤柜上的重要部件單獨打包保存。

（3）拆除時與圖紙仔細對照確認是否相符，如不符作出標記，并做好記錄，尤其需要注意電纜編號和接線位置。（4）拆除的儀表和控制閥需要進行包扎防護，特別是濃度計葉片等拆除后需要保管好以免損壞，變送器注意防雨和防潮，拆下的儀表進行分類存放保管。

3.4 紙機技改項目儀表進度計劃和人力需求

通過項目前期的充分準備和施工期的密切配合下，在63天內(nèi)完成了項目的竣工驗收和投產(chǎn)試運行，較原計劃提前了20天，儀表計劃與實際工期如表2所示；同時，儀表施工人員較原計劃也有相應(yīng)的減少，在高峰期計劃每天35 人，減少到每天23 人，儀表人力需求如表3所示。

表2 儀表計劃與實際工期對比表

表3 儀表人力需求表 人

3.5 紙機技改項目效果總結(jié)

（1）投運后的紙機自動化程度更高，設(shè)備故障率更低；紙機蒸汽冷凝水系統(tǒng)使用了先進的熱泵技術(shù)，在降低噸紙蒸汽消耗的同時，也使斷紙發(fā)生后蒸汽冷凝水系統(tǒng)得到了可靠的控制，提高了紙機的效率，顯著降低了汽耗、電耗和水耗，紙機的車速、產(chǎn)能較之前有較大的提高，產(chǎn)品質(zhì)量較改造前有很大的提升，如表4所示。通過這次改造提升了壓榨干度，提高了紙張物理強度和勻度，突破了產(chǎn)品的質(zhì)量瓶頸。

表4 紙機改造前后能耗和車速對比表

（2）在控制投資和節(jié)能減排方面，本項目也取得了顯著的效果。本項目是設(shè)備利舊和技改工藝升級，通過前期多次勘測、設(shè)備保養(yǎng)和局部加工復(fù)原，盡可能利用舊設(shè)備，大大節(jié)省了投資。

4 紙機技改項目儀表實施經(jīng)驗總結(jié)

4.1 重視工程師的經(jīng)驗技術(shù)

與具有供應(yīng)商提供完整的方案以及技術(shù)擔(dān)保的新機項目不同，紙機技改項目需要工程技術(shù)人員結(jié)合企業(yè)的要求，對設(shè)備利舊、設(shè)備維護以及原供應(yīng)商參與程度和提供的服務(wù)進行科學(xué)的判斷。因此，在設(shè)備的拆卸、轉(zhuǎn)運、維護和安裝的過程中，工程師的技術(shù)改造經(jīng)驗、對設(shè)備和工藝的熟悉程度非常重要。參與項目管理的技術(shù)團隊，要盡可能提前識別出施工方案的風(fēng)險，提供應(yīng)對措施，避免造成返工、延誤甚至是事故。

4.2 總包單位與企業(yè)及設(shè)備供應(yīng)商之間需良好配合

紙機技改項目大多需要通過升級改造以滿足企業(yè)新的生產(chǎn)要求，其安裝過程中新舊設(shè)備的搭配一定程度上加大了項目實施難度。舊設(shè)備年代久遠，往往參考資料缺失，或原供應(yīng)商服務(wù)費用較高，甚至退出市場，往往企業(yè)不能給設(shè)計和工程服務(wù)單位提供完整和系統(tǒng)性的技術(shù)資料。這就需要企業(yè)與各總包單位、設(shè)備供應(yīng)商之間更多的理解和合作，憑借各自的工作經(jīng)驗和資源，尋求解決方案，彌補資料的不足。紙機項目技改極具挑戰(zhàn)性，企業(yè)與總包單位、設(shè)備供應(yīng)商之間良好配合才能保證項目順利實施。

4.3 工程階段重視備品備件采購和管理

在工程施工階段詳細統(tǒng)計和記錄備品備件，尤其是利舊關(guān)鍵設(shè)備的備品備件。對于廠家已經(jīng)退市或采購周期較長的產(chǎn)品，需制訂特殊的備品計劃；對于進口的備品備件，要對在國內(nèi)是否可加工同樣精度和質(zhì)量要求的替代品進行準確判斷。比如壓光機屬于利舊產(chǎn)品，在安裝和調(diào)試過程中有1 臺流量計損壞和1 臺接近開關(guān)因年代久遠老化損壞，通過及時采購國產(chǎn)替代品解決。

4.4 安裝調(diào)試階段需充分利用原生產(chǎn)線技術(shù)經(jīng)驗

原企業(yè)的技術(shù)人員對利舊設(shè)備及生產(chǎn)線的情況更為了解，因此在拆機、設(shè)備維護和調(diào)試階段，應(yīng)該邀請原企業(yè)的技術(shù)人員參與并提供意見。本項目在安裝和調(diào)試階段邀請相關(guān)技術(shù)人員參與開機調(diào)試，可以節(jié)省調(diào)試時間，使項目提前具備開機條件。

4.5 項目施工前重視技術(shù)資料收集和整理

在項目開始前需充分收集舊紙機各種技術(shù)資料，如收集控制系統(tǒng)接線圖、控制邏輯圖、工藝說明、儀表說明書和儀表回路圖等，將所有收集的資料進行電子化管理，在后期工程施工過程中使用。

4.6 重視儀表調(diào)試規(guī)劃，提前制定調(diào)試方案

在紙機技改項目安裝接線完成后及時制定調(diào)試方案和回路調(diào)試表格，儀表回路調(diào)試前需逐條進行校線，在DCS 上電后進行儀表回路測試，閥門動作調(diào)試，然后進行畫面組態(tài)調(diào)試，程序組態(tài)調(diào)試，邏輯連鎖調(diào)試工作。務(wù)必對每個回路、每個程序及每個連鎖均要逐一進行調(diào)試，才能保證聯(lián)動調(diào)試不出問題，少出問題，以保證投料試車順利進行。

5 結(jié)語

紙機技改項目相對于新紙機來說具有復(fù)雜性和不確定性，因此改造前期需要做好儀表規(guī)劃設(shè)計、制定儀表施工方案和進度計劃及選擇合適的設(shè)備服務(wù)人員對項目的實施有較大幫助；另外在調(diào)試期間，聯(lián)合有經(jīng)驗的工程服務(wù)人員和原工廠技術(shù)人員參與儀表調(diào)試，對項目按時竣工起到很大的作用；通過改造前期充分的準備工作，使原計劃工期83 天減少到63 天，大大節(jié)省了工期和人力成本，為提前投產(chǎn)提供充分的條件。實踐證明，改造后紙機自動化程度更高，故障率更低，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量較改造前有很大的提升，通過這次改造提升了壓榨干度，提高了紙張物理強度和勻度，突破了產(chǎn)品的質(zhì)量瓶頸。