揚州市職業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院|南麗霞

?

淺論基于PLC的堿回收蒸發(fā)工段控制系統(tǒng)

揚州市職業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院|南麗霞

為了進一步探討Simatic S7-300系統(tǒng)在堿回收蒸發(fā)過程中的應(yīng)用，我們根據(jù)某造紙廠堿回收蒸發(fā)工段的工藝流程和控制要求，從系統(tǒng)硬件組態(tài)和軟件設(shè)計兩方面進行探討，并提出了相應(yīng)的指導(dǎo)策略。研究表明，該回收工藝的系統(tǒng)調(diào)節(jié)比較明確，它的工作過程既能保證黑液的濃度，同時也降低了能耗，為企業(yè)帶來最大化的經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞：PLC；堿回收；蒸發(fā)工程；控制系統(tǒng)

造紙工業(yè)是我國歷史悠久的傳統(tǒng)工藝，在我國的國民經(jīng)濟建設(shè)中有著舉足輕重的作用，目前社會山比較通用的造紙技術(shù)為堿法制漿技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用廣泛，效果確切，其中堿回收是現(xiàn)代堿法制漿的重要組成部分，其過程大致可以分為蒸發(fā)、燃燒和苛化三個階段。首先，通過蒸發(fā)將黑液進行濃縮，從紙漿洗滌過程下來的黑液濃度約為15%左右，經(jīng)過蒸發(fā)將其濃度濃縮到45%左右；其次，在圓盤蒸發(fā)器中利用煙氣的熱量進一步對其進行濃縮；最后，將高度濃縮的黑液進行燃燒。蒸發(fā)過程的控制效果將會嚴重影響整個堿回收過程的穩(wěn)定運行。因此加強堿回收蒸發(fā)過程，能夠帶給企業(yè)最大的經(jīng)濟效益和安全保障。

生產(chǎn)流程相關(guān)內(nèi)容概述

本項目采用5體5效蒸發(fā)器配置，每臺蒸發(fā)器都由加熱室、循環(huán)泵和分離器3部組成。黑液的蒸發(fā)過程包含蒸汽流程、黑液流程和冷凝水流程等三個流程。詳見下圖：

由圖中我們發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)站的蒸汽依次通過Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ-Ⅴ等各個階段和流程，末效二次蒸汽經(jīng)冷凝后生成冷凝水并排出，不凝氣體通過真空泵散發(fā)出整個工藝流程。蒸發(fā)站的黑液流通的方式為全逆流方式，即稀黑液依次進入Ⅴ-Ⅰ效進行閃蒸，流通的過程與蒸汽正好相反，最后從Ⅰ效濃黑液閃蒸罐出的濃黑液送濃黑液槽貯存，其流程與蒸汽流程反向而行，這樣在加工過程中，隨著黑液濃度的不斷提高，蒸發(fā)的溫度也在不斷上升，由此降低黑液的粘度。這樣既可節(jié)約蒸汽的消耗，還在一定程度上緩解了黑液結(jié)垢問題。

過程中的黑液是通過多效蒸發(fā)器濃縮而形成的，其基本的工作原理是李榮蒸汽中的潛熱能量將其進行濃縮。該裝置的各個部分和環(huán)節(jié)相互聯(lián)通，相互作用，某一次的蒸汽可以作為下一階段的加熱蒸汽，并逐級向下流通。通常情況下，多效蒸發(fā)器由加熱室、循環(huán)泵和分離器三部分構(gòu)成，其傳導(dǎo)的熱浪較大，消耗的能源較少，且利于液體的循環(huán)流通。在街上動力的基礎(chǔ)上加大了該結(jié)構(gòu)的工作效率。

蒸發(fā)過程的控制方案研究

蒸發(fā)過程的主要目的是穩(wěn)定黑液的濃度，同時降低蒸汽的消耗量，在保證系統(tǒng)正常運作的前提下，提高蒸發(fā)系統(tǒng)的工作效率。

研究指出，影響黑液濃度的因素主要是進效稀黑液的濃度和蒸發(fā)設(shè)備各效的總有效壓差。但是，在實際操作過程中，受蒸發(fā)器皿自身條件的限制，我們很難達到預(yù)期的蒸發(fā)效果。對此，我們將控制系統(tǒng)做了一定程度的改進，在回路的調(diào)節(jié)與系統(tǒng)的改造上面，我們把黑液的濃度調(diào)節(jié)回路與進效的蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路組成一個具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)，在該系統(tǒng)中，黑液濃度為其主參數(shù)，進效蒸汽壓力為副參數(shù)，在結(jié)構(gòu)上構(gòu)成兩個閉環(huán)，內(nèi)環(huán)為控制蒸汽壓力的回路，在控制中對系統(tǒng)起著粗調(diào)的作用，外環(huán)為控制黑液濃度的回路，在控制中對系統(tǒng)起著細調(diào)的作用。

控制系統(tǒng)的實現(xiàn)條件分析

a硬件保障設(shè)施。我們所研究的系統(tǒng)是由人機界面操作站、PLC S7-300組成的控制站以及通訊網(wǎng)絡(luò)三個部分構(gòu)成的系統(tǒng)。人機界面的操作主要是以蒸發(fā)工藝的檢測和控制作為操作整體目標來實行的；控制站依靠其強大的運算能力和優(yōu)越的性價比，對實際操作中的溫度、壓力、流量以及其他相關(guān)檢測目標進行控制；通訊網(wǎng)絡(luò)的主要目標是實現(xiàn)主站與從站之間的通訊過程，所有控制畫面及各種參數(shù)都可在相應(yīng)的操作員站顯示，每臺操作站可根據(jù)設(shè)定權(quán)限對單元設(shè)備進行控制。

b控制系統(tǒng)的軟件配置需求。該系統(tǒng)的編程軟件采用Simatic公司的STEP 7 V5.1版本，主要完成系統(tǒng)的保護、控制和數(shù)據(jù)采集等功能。再具體的控制過程之中，我們針對堿回收陣法過程的各個部分及其特點分別編寫不同的子程序進行相應(yīng)的控制，采集的信號設(shè)計溫度壓力及流量信號等等。在程序編寫過程中，我們采用結(jié)構(gòu)化的編程方法，對不同模塊的子程序進行編寫控制。首先，采樣子程序?qū)⒛M量輸入并且順序存入到數(shù)據(jù)塊之中；其次，濾波子程序能夠提高采集到信號的準確性，減弱由現(xiàn)場電磁干擾等因素造成的輸入信號突然增大或減小等不良影響；串級控制程序由比例運算、積分運算和微分運算三個部分構(gòu)成，可以單獨激活或取消，具有積分初始化、手自動無擾切換、輸出限幅、防止積分飽和等一系列功能。利用該功能塊的調(diào)節(jié)與控制，工作人員只需要正確設(shè)定FB41的接口參數(shù)，在定時循環(huán)中斷時被OB1循環(huán)調(diào)用，即可使控制效果達到令人滿意的程度；模擬量的變換過程，為了使測量值與設(shè)定值的標度一致，工作人員在具體的操作過程中需要就標度進行變換，兩種標度的數(shù)值是相互對應(yīng)的。本系統(tǒng)中，0 mA（20 mA）對應(yīng)于0（27 648），采集到的模擬量信號對應(yīng)為0～ 27 648之間的某個值；報警子程序，對模擬量進行超上限或超下限判斷，分別置位上限或下限報警標志。當測量值大于上限值或小于下限值時，便報警，以保證控制系統(tǒng)的安全性；控制應(yīng)用的過程由電磁閥進行開始和停止的控制操作，這是PLC最主要也是最基礎(chǔ)的控制應(yīng)用。

c系統(tǒng)程序的調(diào)試與應(yīng)用。任何一個操作系統(tǒng)在完成設(shè)計和初步試驗之后，為了保障其更好的服務(wù)于原始的設(shè)計初衷，都需要進行嚴格的調(diào)試與應(yīng)用。在基于PLC系統(tǒng)的堿回收蒸發(fā)工藝階段，工作人員通常情況下利用Windows操作系統(tǒng)的相關(guān)組件，利用先進的計算機操作系統(tǒng)和技術(shù)進行實時監(jiān)控，將系統(tǒng)運行的狀態(tài)以及實時數(shù)據(jù)和下一步的運行情況直觀有效的呈現(xiàn)在電腦屏幕上，更利于工作人員的操作；其次，工作人員還可以利用變成控制器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信管理，與不同的工作站以及車間建立互通的網(wǎng)絡(luò)信息溝通交流平臺，如此，將更加有利于企業(yè)系統(tǒng)自動化的發(fā)展，更能適應(yīng)社會發(fā)展和技術(shù)進步的新需求。

小結(jié)

經(jīng)實踐證明，經(jīng)過上述系統(tǒng)原理的學(xué)習和加強改造，該系統(tǒng)在運行過程中表現(xiàn)良好，系統(tǒng)的控制和操作靈活簡便，控制的精度非常高，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)及時可靠，滿足了實踐過程中對工藝和控制系統(tǒng)的的整體要求，取得了非?？捎^的經(jīng)濟效益和實踐效果；尤其是在對黑液濃度進行精確控制的前提下，不僅節(jié)省了企業(yè)的相關(guān)成本，而且還大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟利益。

參考：

［1］周思毅，羅毅.我國小草漿廠污水處理技術(shù)分析與評價［J］.環(huán)境科學(xué)研究，1999，17（5）:24- 26.

［2］唐新德.造紙黑液綜合治理及利用技術(shù)的應(yīng)用問題［ J］.環(huán)境問題，1995，13（2）: 10- 13.

［3］孫增沂.智能控制理論與技術(shù)［ M］.北京:清華大學(xué)出版社，2000.

［4］鄭冕，鞏建平.現(xiàn)代可編程序控制器原理與應(yīng)用［ M］.北京:科學(xué)出版社，2000.

［5］崔堅.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南［ M］.北京:機械工業(yè)出版社，2005.

［6］張珂， 俞正千.麥草漿堿回收技術(shù)指南［M］.北京: 中國輕工業(yè)出版社， 1999.