淺論基于PLC的堿回收蒸發工段控制系統

揚州市職業大學機械工程學院|南麗霞

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淺論基于PLC的堿回收蒸發工段控制系統

揚州市職業大學機械工程學院|南麗霞

為了進一步探討Simatic S7-300系統在堿回收蒸發過程中的應用，我們根據某造紙廠堿回收蒸發工段的工藝流程和控制要求，從系統硬件組態和軟件設計兩方面進行探討，并提出了相應的指導策略。研究表明，該回收工藝的系統調節比較明確，它的工作過程既能保證黑液的濃度，同時也降低了能耗，為企業帶來最大化的經濟效益。關鍵詞：PLC；堿回收；蒸發工程；控制系統

造紙工業是我國歷史悠久的傳統工藝，在我國的國民經濟建設中有著舉足輕重的作用，目前社會山比較通用的造紙技術為堿法制漿技術，該技術應用廣泛，效果確切，其中堿回收是現代堿法制漿的重要組成部分，其過程大致可以分為蒸發、燃燒和苛化三個階段。首先，通過蒸發將黑液進行濃縮，從紙漿洗滌過程下來的黑液濃度約為15%左右，經過蒸發將其濃度濃縮到45%左右；其次，在圓盤蒸發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。蒸發過程的控制效果將會嚴重影響整個堿回收過程的穩定運行。因此加強堿回收蒸發過程，能夠帶給企業最大的經濟效益和安全保障。

生產流程相關內容概述

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

由圖中我們發現，蒸發站的蒸汽依次通過Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ-Ⅴ等各個階段和流程，末效二次蒸汽經冷凝后生成冷凝水并排出，不凝氣體通過真空泵散發出整個工藝流程。蒸發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，蒸發的溫度也在不斷上升，由此降低黑液的粘度。這樣既可節約蒸汽的消耗，還在一定程度上緩解了黑液結垢問題。

過程中的黑液是通過多效蒸發器濃縮而形成的，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節相互聯通，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，多效蒸發器由加熱室、循環泵和分離器三部分構成，其傳導的熱浪較大，消耗的能源較少，且利于液體的循環流通。在街上動力的基礎上加大了該結構的工作效率。

蒸發過程的控制方案研究

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

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設備各效的總有效壓差。但是，在實際操作過程中，受蒸發器皿自身條件的限制，我們很難達到預期的蒸發效果。對此，我們將控制系統做了一定程度的改進，在回路的調節與系統的改造上面，我們把黑液的濃度調節回路與進效的蒸汽壓力調節回路組成一個具有串聯結構的整體結構，在該系統中，黑液濃度為其主參數，進效蒸汽壓力為副參數，在結構上構成兩個閉環，內環為控制蒸汽壓力的回路，在控制中對系統起著粗調的作用，外環為控制黑液濃度的回路，在控制中對系統起著細調的作用。

控制系統的實現條件分析

a硬件保障設施。我們所研究的系統是由人機界面操作站、PLC S7-300組成的控制站以及通訊網絡三個部分構成的系統。人機界面的操作主要是以蒸發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越的性價比，對實際操作中的溫度、壓力、流量以及其他相關檢測目標進行控制；通訊網絡的主要目標是實現主站與從站之間的通訊過程，所有控制畫面及各種參數都可在相應的操作員站顯示，每臺操作站可根據設定權限對單元設備進行控制。

b控制系統的軟件配置需求。該系統的編程軟件采用Simatic公司的STEP 7 V5.1版本，主要完成系統的保護、控制和數據采集等功能。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的控制，采集的信號設計溫度壓力及流量信號等等。在程序編寫過程中，我們采用結構化的編程方法，對不同模塊的子程序進行編寫控制。首先，采樣子程序將模擬量輸入并且順序存入到數據塊之中；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。利用該功能塊的調節與控制，工作人員只需要正確設定FB41的接口參數，在定時循環中斷時被OB1循環調用，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，兩種標度的數值是相互對應的。本系統中，0 mA（20 mA）對應于0（27 648），采集到的模擬量信號對應為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，以保證控制系統的安全性；控制應用的過程由電磁閥進行開始和停止的控制操作，這是PLC最主要也是最基礎的控制應用。

c系統程序的調試與應用。任何一個操作系統在完成設計和初步試驗之后，為了保障其更好的服務于原始的設計初衷，都需要進行嚴格的調試與應用。在基于PLC系統的堿回收蒸發工藝階段，工作人員通常情況下利用Windows操作系統的相關組件，利用先進的計算機操作系統和技術進行實時監控，將系統運行的狀態以及實時數據和下一步的運行情況直觀有效的呈現在電腦屏幕上，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網絡通信管理，與不同的工作站以及車間建立互通的網絡信息溝通交流平臺，如此，將更加有利于企業系統自動化的發展，更能適應社會發展和技術進步的新需求。

小結

經實踐證明，經過上述系統原理的學習和加強改造，該系統在運行過程中表現良好，系統的控制和操作靈活簡便，控制的精度非常高，傳輸的數據及時可靠，滿足了實踐過程中對工藝和控制系統的的整體要求，取得了非常可觀的經濟效益和實踐效果；尤其是在對黑液濃度進行精確控制的前提下，不僅節省了企業的相關成本，而且還大大提高了企業的生產效率和經濟利益。

參考：

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