堿回收蒸發(fā)中PLC的應(yīng)用

摘 要：文章根據(jù)某造紙廠堿回收車間蒸發(fā)工段技術(shù)改造的情況，從系統(tǒng)硬件組態(tài)和軟件編程兩個(gè)方面探討了SIMATIC S7-300在堿回收蒸發(fā)過程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：堿回收;蒸發(fā);比值控制;PLC

　　堿回收是現(xiàn)代造紙廠不可缺少的環(huán)節(jié)，其作用有：第一，處理制漿產(chǎn)生的黑液，以使造紙廢液達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，減少環(huán)境污染，提高社會(huì)效益;第二，生產(chǎn)蒸汽和燒堿，蒸汽作為造紙的能源，燒堿作為造紙的輔料，增加經(jīng)濟(jì)效益。蒸發(fā)過程是堿回收工序的第一步，蒸發(fā)工段將稀黑液蒸發(fā)、濃縮，送至燃燒工段，蒸發(fā)過程的出效黑液濃度直接影響整個(gè)堿回收車間的穩(wěn)定運(yùn)行。因此穩(wěn)定、高效的蒸發(fā)過程對(duì)于當(dāng)今日益發(fā)展的造紙廠來說具有十分重要的意義。

1 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

　　（1）本蒸發(fā)站改造后采用五體五效板管式布置（如圖1），原有短管自循環(huán)蒸發(fā)器四臺(tái)，分別為Ⅰ蒸發(fā)器、Ⅱ蒸發(fā)器、Ⅲ蒸發(fā)器、Ⅳ蒸發(fā)器，各配帶一臺(tái)管式降膜加熱器。改造后新增一臺(tái)板式降膜蒸發(fā)器作為增濃效，蒸發(fā)站黑液流程為混流流程，即稀黑液首先經(jīng)稀黑液預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入Ⅱ效管式蒸發(fā)器，然后依次進(jìn)入Ⅲ→Ⅳ效管式蒸發(fā)器效管式蒸發(fā)器→半濃黑液預(yù)熱器→Ⅰ效管式蒸發(fā)器→增濃效板式降膜蒸發(fā)器蒸發(fā)，最后從增濃效出濃黑液，經(jīng)濃黑液閃蒸罐出濃黑液送濃黑液槽貯存。

　　（2）蒸發(fā)站的蒸汽流程為增濃效→Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ效，末效產(chǎn)生的二次蒸汽由螺旋板式冷凝器冷凝，其中除增濃效蒸發(fā)器使用新鮮蒸汽作為熱源外，其余各效蒸發(fā)器均采用二次蒸汽作為熱源。增濃效濃黑液閃蒸罐閃蒸產(chǎn)生的二次蒸汽及清潔冷凝水閃蒸罐產(chǎn)生的閃蒸汽作為Ⅲ效蒸發(fā)器的補(bǔ)充熱源使用。

　　（3）蒸發(fā)站的冷凝水的流程為增濃效產(chǎn)生的清潔冷凝水送回鍋爐房，其余各效產(chǎn)生的污冷凝水送至每下一效進(jìn)行閃蒸，閃蒸出的二次蒸汽作為每下一效蒸發(fā)器的補(bǔ)充熱源使用。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

　　本蒸發(fā)站的控制目標(biāo)是：通過對(duì)蒸發(fā)過程工藝參數(shù)的優(yōu)化，在輸入的熱量和通過的黑液蒸發(fā)能量之間取得必要的平衡，系統(tǒng)能正常、穩(wěn)定運(yùn)行，并使最終的濃黑液保持要求的濃度。使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的成本最少，最終產(chǎn)品的產(chǎn)量最高。也就是要提高蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸發(fā)效率。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　為了達(dá)到上述目標(biāo)，我們經(jīng)過多方面分析，認(rèn)為影響濃黑液濃度的因素主要是進(jìn)效稀黑液的流量及蒸發(fā)設(shè)備各效總的有效差壓。為了穩(wěn)定有效壓差我們決定對(duì)增濃效蒸發(fā)器的液位、濃黑液閃蒸罐的液位、清冷凝水分離罐的液位、清冷凝水閃蒸罐的液位進(jìn)行控制，使它們分別穩(wěn)定在某個(gè)值，為了控制黑液的濃度我們決定對(duì)進(jìn)增濃效黑液的流量和進(jìn)增濃效新蒸汽的壓力進(jìn)行控制。

　　因此，需要控制的量一共有六個(gè)，分別是增濃效蒸發(fā)器的液位、濃黑液閃蒸罐的液位、清冷凝水分離罐的液位、清冷凝水閃蒸罐的液位、進(jìn)增濃效黑液的流量和進(jìn)增濃效新蒸汽的壓力，除了這幾個(gè)要控制的量外，還有一些連鎖，如：工藝連鎖等。為了便于操作工人操作，還需要增加一些顯示和報(bào)警，如溫度顯示、壓力顯示報(bào)警等。

　　對(duì)于黑液濃度的控制，由于多效蒸發(fā)器具有熱容量大、滯后時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，利用常規(guī)的單回路PID控制，控制質(zhì)量差，很難達(dá)到預(yù)期的效果。在此我們雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)（如圖2），其中，黑液流量為主動(dòng)量，蒸汽壓力為副動(dòng)量。蒸汽壓力按黑液流量進(jìn)行配比，隨黑液流量變化而變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)黑液流量的定值控制，大大克服了黑液流量干擾的影響，使黑液流量變得比較平穩(wěn)，通過比值控制，蒸汽壓力也將比較平穩(wěn)，這樣系統(tǒng)的總的物料也是比較平穩(wěn)的。

　　3.1 硬件選擇

　　基于上述控制內(nèi)容，根據(jù)廠方要求，我們選用了西門子S7-300的PLC。如圖3所示：

　　3.2 程序設(shè)計(jì)

　　3.2.1 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

　　采用西門子STEP7 V5.1編制下位機(jī)程序，根據(jù)工藝特點(diǎn)我們采用了結(jié)構(gòu)化編程的方法編制了采樣、標(biāo)度變換、PID控制、報(bào)警、連鎖等子程序，PID控制子程序在循環(huán)中斷組織塊OB35中進(jìn)行調(diào)用，其余子程序都在循環(huán)組織塊OB1中進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)用。結(jié)構(gòu)化編程的方法具有程序結(jié)構(gòu)層次清晰、部分程序通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、易修改、簡(jiǎn)化程序調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)。

　　下面對(duì)各個(gè)子程序功能做相應(yīng)的簡(jiǎn)單說明：

　　采樣子程序：把模擬量輸入存放在響應(yīng)的共享數(shù)據(jù)塊中，供標(biāo)度變換子程序調(diào)用。

　　標(biāo)度變換子程序：把0～27648的整數(shù)變換成相應(yīng)的工程量的值，供PID控制子程序和顯示用。

　　PID控制子程序：完成單回路的PID控制和比值控制用，通過調(diào)用系統(tǒng)自帶的FB41來完成。

　　報(bào)警子程序：對(duì)模擬量進(jìn)行超上限或超下限判斷，若有則置位超限標(biāo)志，為防止超限標(biāo)志輸出抖動(dòng)，設(shè)置判斷死區(qū)。

　　連鎖子程序：主要完成工藝連鎖和電機(jī)的連鎖用。

　　3.2.2 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

　　采用西門子WinCC V5.1編制了上位機(jī)的人機(jī)界面，主要包括：主畫面、設(shè)定畫面、趨勢(shì)畫面和報(bào)警畫面，操作工人可以方便地對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和相應(yīng)的值進(jìn)行一些設(shè)定，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。主畫面如圖4所示：

參考文獻(xiàn)

　　[1] 西門子（中國(guó)）有限公司 [STEP7 V5.1編程手冊(cè).M] 北京：1999

　　[2] 西門子（中國(guó)）有限公司 [SIMATIC S7-300可編程序控制器硬件和安裝手冊(cè).M] 北京：1999

　　[3] 西門子（中國(guó)）有限公司 [WinCC組態(tài)手冊(cè).M] 北京：1999

　　[4] 朱麟章[過程控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 1996