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PLC在紙機(jī)堿回收蒸發(fā)工段的應(yīng)用
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   黑液蒸發(fā)把洗選工段產(chǎn)生的副產(chǎn)品------稀黑液高度濃縮后送燃燒工段處理,堿回收設(shè)備的工況十分惡劣,尤其是腐蝕性和黑液結(jié)垢問題很為棘手,平穩(wěn)整個工藝過程的運(yùn)行,使設(shè)備工作在合理,最優(yōu)的工藝參數(shù)范圍內(nèi)是減慢結(jié)垢速度、延長設(shè)備使用壽命的有效方法。  
 
由于后續(xù)工段燃燒的要求,蒸發(fā)站的出濃液濃度不能低于某個極限,但出濃液濃度偏高也會帶來許多問題,如蒸汽消耗大、結(jié)垢速度加快,管道阻力大,易堵,惡化燃燒工段許多設(shè)備如圓盤蒸發(fā)器的工況等。我國制漿造紙堿回收設(shè)備中,對黑液蒸發(fā)濃度實(shí)施自動控制的比例很小,而不熟練的手工操作易出現(xiàn)出濃液深度偏低或偏高的情況,使設(shè)備工作在不合理的工況。本文簡要介紹作者在河南白云紙業(yè)五效蒸發(fā)站實(shí)施計算機(jī)集散控制的控制方案。

  控制方案
   
黑液蒸發(fā)的主要設(shè)備是蒸發(fā)器。蒸發(fā)器串聯(lián)組成蒸發(fā)站。本設(shè)計中所控制的蒸發(fā)站是由五臺板式降膜蒸發(fā)器串聯(lián)組成。除此之外,還有一些輔助的蒸發(fā)設(shè)備,如降膜板式冷凝器,溫水槽,稀黑液槽,  閃蒸罐,液位罐等。在黑液蒸發(fā)過程中包含以下三個基本的工藝流程,即蒸汽流程,黑液流程,冷凝水流程。本蒸發(fā)站中,外網(wǎng)來低壓蒸汽(0.4Mpa 151),首先進(jìn)入I效蒸發(fā)器,I效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)閃蒸罐閃急蒸發(fā)后,再引入II效,為II效蒸發(fā)器提供熱源,以此類推直至末效。末效二次蒸汽經(jīng)冷凝后成冷凝水排出,不凝氣體則由真空泵排空。而黑液則采用逆流供液方式,即制漿車間來稀黑液,首先進(jìn)入稀黑液槽,經(jīng)稀黑液泵進(jìn)入末效蒸發(fā)器,然后再到IV效,III效,以此類推,直至I效。與蒸發(fā)流程反向而行。這樣隨著黑液濃度的提高,蒸發(fā)溫度也提高,而黑液粘度增加緩慢。蒸汽流與黑液流反向而行的供液方式,不僅可節(jié)省蒸汽消耗,部分程度上也可緩解黑液結(jié)垢問題。
 
在本蒸發(fā)工段的主要控制目標(biāo)是穩(wěn)定濃黑液的深度和降低蒸汽消耗,影響濃黑液波美度的因素主要是進(jìn)效稀黑液的濃度和流量及蒸發(fā)設(shè)備各效的總有效差壓。穩(wěn)定有效差壓首先要穩(wěn)定進(jìn)第I效的新鮮蒸汽的壓力和末效二次蒸汽的真空度,即穩(wěn)定總壓差。然后盡量減少和穩(wěn)定蒸發(fā)過程中的壓差損失,因此,必須要控制下列參數(shù):
進(jìn)效稀黑液的濃度和流量;
    (1) 出效濃黑液的濃度;
    (2) 進(jìn)效新鮮蒸汽的壓力和流量;
    (3) 末效的二次蒸汽的真空度;
    (4) 出效黑液的液位;
    (5) 出效冷卻水液位;
  
所以,我們選取壓力、流量、溫度、液位為主要的控制對象,共設(shè)置了8路壓力、6路流量、21路溫度、16路液位總計51個測控點(diǎn)。為防止流送過程中,因電機(jī)啟停不當(dāng)而造成的不良后果,我們又對所使用的22臺電機(jī)實(shí)行連鎖控制。
1.1系統(tǒng)硬件設(shè)計
 
1.1.1本自動控制系統(tǒng)采用西門子先進(jìn)的S7-400可編程控制器。它是西門子公司開發(fā)的適合當(dāng)代計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的新一代可編程控制系統(tǒng)。它具有更高的控制能力、運(yùn)算速度、網(wǎng)絡(luò)功能和更優(yōu)的性能價格比。通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線可與ET200M I/0站相連。ET200M 可置于MCC低壓柜旁邊,從而可方便將電機(jī)和泵類的控制納入DCS中去。
 
1.1.2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)。其優(yōu)點(diǎn):抗干擾能力強(qiáng),不需特殊的接地要求,不對其它電子設(shè)備產(chǎn)生影響。中央處理單元型號為CPU 414-2DP。系統(tǒng)的輸入輸出模板的型號和數(shù)量由現(xiàn)場電氣和儀表信號的類型和數(shù)量決定。具體如下:

 

圖1   硬件控制系統(tǒng)示意圖

                              1   硬件控制系統(tǒng)示意圖
DI模板主要用于顯示電機(jī)啟停和過載指示;DO模板用于控制電機(jī)啟停;AI模板主要用于對電動機(jī)電流、功率以及各測控點(diǎn)如溫度、壓力、流量、液位進(jìn)行采樣顯示。DO模板在實(shí)際應(yīng)用中為提高抗干擾能力和控制容量要通過中間繼電器隔離,由中間繼電器觸點(diǎn)去控制電氣設(shè)備(如接觸器etc)。模擬量輸入模板在使用前要通過跳線組態(tài)成本方案所需要的輸入方式。
各模板的型號、數(shù)量確定后,再選擇放置模板的框架的型號和數(shù)量以及電源的型號和數(shù)量。最終選用長為530mm的導(dǎo)軌。據(jù)模板的數(shù)量選取擇4個機(jī)架,考慮到成本問題而選取用了3S7-300機(jī)架,1S7-400機(jī)架,一個為主框架(含3個機(jī)架、一個S7-400機(jī)架、2S7-300機(jī)架)放在蒸發(fā)主控制拒中,另一個遠(yuǎn)程控制I/O框架(含一個S7-300機(jī)架)放在ET200蒸發(fā)控制柜中。

  控制措施
   
紙機(jī)堿回收控制中濃黑液在線測量一直是一個難題,而濃度控制是堿回收蒸發(fā)工段的最終控制目標(biāo),其控制效果的好壞對后續(xù)燃燒工段起著舉足輕重的作用,雖然濃黑液的濃度無法直接測量,但在本項目中可利用黑液的沸點(diǎn)在一定的壓力下隨其濃度的增大而升高的特性進(jìn)行間接測量。即D= FPT)其中 D:濃度P:壓力T:溫度。為了使系統(tǒng)更穩(wěn)定,對濃黑液的濃度和進(jìn)效蒸汽實(shí)施串級控制方案。事實(shí)證明在對駐馬店遂平白云紙業(yè)的工程中不但效果穩(wěn)定而且節(jié)能。如圖:

 

圖2   濃黑夜?jié)舛瓤刂品桨? src=

                                2   濃黑夜?jié)舛瓤刂品桨?BR>軟件設(shè)計
  
本系統(tǒng)采用西門子公司的S7-300系列產(chǎn)品。在設(shè)計當(dāng)中,根據(jù)設(shè)備測控點(diǎn)的情況和廠方用戶的要求,系統(tǒng)以S7314-2DP控制器為核心,通過PROFIBUS-DP總線與2ET200M遠(yuǎn)程站相連(如圖2 所示),用于采集現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)信息和控制算法的實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中,數(shù)字量輸入輸出,、模擬量輸入輸出都留有部分備用,已備系統(tǒng)將來擴(kuò)充的需要。西門子公司的ET200系列是采用PROFIBUS-DP協(xié)議的分布式I/O,應(yīng)用時,S7PLC作為DP主站,通過帶有集成DP接口的CPU315-2DP接到PROFIBUS總線,而ET200作為DP從站接到PROFIBUS。整個控制系統(tǒng)采用兩個控制柜(主柜和副柜)。S7主站、#1 ET200M從站放在主柜,采集系統(tǒng)的模擬信號;#2 ET200M從站放在副柜,用來采集工段的電動機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥位反饋信號及輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動信號。系統(tǒng)采用主站加從站的結(jié)構(gòu),可使系統(tǒng)造價降低,并且擴(kuò)展靈活。
  
據(jù)本工段的工藝特點(diǎn)和工藝要求,我們編制了采樣子程序,該程序主要用于對所設(shè)測控點(diǎn)的溫度壓力流量進(jìn)行信號采樣;受外界影響,在不同時刻所采樣的信號精確度不夠高,為此我們又編制了濾波子程序,以及PID控制程序和量程轉(zhuǎn)換子程序、電機(jī)啟停子程序、設(shè)備間連鎖子程序等。
人機(jī)界面操作系統(tǒng)(HMI
  
這部分主要由操作站、工程師站和打印機(jī)(外部設(shè)備)組成,實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口。它的主要功能是集中各分散過程控制裝置送過來的信息,通過監(jiān)視和操作,把操作和命令下送到各分散控制裝置。工業(yè)控制PCWincc作為人機(jī)界面,并分別設(shè)置了操作員站和工程師站。操作員站(OPU)用于畫面顯示、報警、泵和電機(jī)的手/自動啟停以及現(xiàn)場各被控參數(shù)的采集、顯示和控制,而工程師站(ENG)用于工程師對生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)視、打印報表以及對工藝參數(shù)和控制器參數(shù)的修改等。操作員站和工程師站的畫面組態(tài)軟件選用SIEMEN公司的WINCC完成用戶二次軟件開發(fā)。PC的主要功能是顯示工藝流程、電機(jī)及閥門等的運(yùn)行狀態(tài)及控制、故障報警、故障發(fā)生的部位及其處理方法;顯示溫度、液位等模擬量,并能通過打印機(jī)打印。WINCC是西門子公司專門為過程控制和現(xiàn)場監(jiān)控開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件,本系統(tǒng)分別制作了蒸發(fā)工段一、蒸發(fā)工段二個工藝畫面,畫面中的各參數(shù)的設(shè)定都是隨著PLC的改變而改變的。工作人員可以通過這些畫面監(jiān)控各個電動機(jī)的運(yùn)行和池中液位的高低,而且可隨時根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況而直接控制電動機(jī)的運(yùn)行。

 

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                                                   3   蒸發(fā)工段工藝圖
仿真結(jié)果
  圖4~圖6是蒸發(fā)器液位、板式冷凝器冷凝水的溫度、蒸汽壓力的仿真結(jié)果。

 

圖4 蒸發(fā)器稀黑液液位

4 蒸發(fā)器稀黑液液位

 

 

圖5  板式冷凝器冷凝水的溫度

5  板式冷凝器冷凝水的溫度

 

圖6   進(jìn)效蒸汽的壓力

6   進(jìn)效蒸汽的壓力


從圖4~圖6可看出:3個被控參數(shù)在階躍輸入信號作用下的響應(yīng)曲線的衰減比都近似于41,系統(tǒng)響應(yīng)速度快,調(diào)節(jié)時間短,能很快達(dá)到穩(wěn)定,系統(tǒng)超調(diào)量小,且控制精度都比較高,其動態(tài)性能、穩(wěn)定性能都能滿足廠方的要求,如精度為0.05,遠(yuǎn)小于廠方提出的0.02,蒸發(fā)器開機(jī)10秒左右,液位、溫度基本穩(wěn)定于設(shè)定值。

    應(yīng)用體會
   
S7-300具有以下顯著特點(diǎn):(1)循環(huán)周期短、處理速度高;(2)程序結(jié)構(gòu)簡單、可用于復(fù)雜功能;(3)產(chǎn)品設(shè)計緊湊、可用于空間有限的場合;(4)模塊化結(jié)構(gòu)、適合緊密安裝;(3)無需電源備份,免維修;(4)可在惡劣氣候條件下露天使用。而且添加的分布式I/OPLC站中的本地I/O具有同一的編址,因此在用戶程序中可以像訪問本地I/O一樣方便的訪問分布式I/O,這樣編程時就完全不必考慮一個I/O地址在物理上是通過何種方式連接的。本系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng),控制精度高,傳輸數(shù)據(jù)及時可靠。高效、節(jié)能,已于20026月投入現(xiàn)場使用,經(jīng)過近半年來的現(xiàn)場運(yùn)行,系統(tǒng)至今仍穩(wěn)定可靠。


 

狀 態(tài): 離線

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公司名稱: 西門子(中國)有限公司
聯(lián) 系 人: 技術(shù)支持
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