畢業(yè)設計堿回收燃燒工段dcs控制系統(tǒng)設計

1、堿回收燃燒工段DCS控制系統(tǒng)設計摘 要燃燒是造紙過程的一個重要環(huán)節(jié)，舊的燃燒工段存在許多的缺點。本設計是利用DCS系統(tǒng)對造紙過程中堿回收燃燒工段進行控制。工業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)是目前研究的熱點問題之一，其中生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的方法和生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性更是研究的重點。在該系統(tǒng)中采用西門子的S7300系列CPU模塊內(nèi)置的MPI 接口，PLC來對燃燒工段進行控制，并用WinCC5.0來組態(tài)一個HMI平臺，對該控制系統(tǒng)進行監(jiān)控。WinCC是一個功能強大的全面開放的監(jiān)控系統(tǒng)，既可以用來完成小規(guī)模的簡單過程監(jiān)控，也可以用來完成復雜的應用。本文詳細介紹了如何構(gòu)建一個高效的基于WinCC軟件的工業(yè)實時監(jiān)控系

2、統(tǒng)，本設計運用WinCC組態(tài)軟件制作出了堿回收燃燒工段的上位機監(jiān)控畫面，通過控制畫面可對堿回收燃燒工段的設備進行控制。本設計體現(xiàn)出WinCC軟件的多種自動化設備及控制軟件集成，具有豐富的設置項目、可視窗口和菜單選項，使用方式靈活，功能齊全。在控制畫面中還可以看見趨勢曲線等，通過趨勢曲線可了解工廠的生產(chǎn)狀況，為操作者提供了直觀的操作環(huán)境。不僅了解了工廠生產(chǎn)線狀態(tài)，而且提高了工作效率。WinCC能夠用于多種用途的控制系統(tǒng)，同時提供嵌入式C語言編程，用戶可以通過編輯項目函數(shù)和行為來實現(xiàn)特殊的功能。關鍵詞:HMI，燃燒，WinCC，DCSThe Design of DCS Control System

3、 on Alkali Recovery Combustion Workshop SectionABSTRACTThe combustion is an important link of the deckle process, the old burnable work segment exists much weakness.This design is to make use of the DCS system to carry on a control to the alkali recovery combustion work segment in the deckle process

4、，Supervised and control system when industry was solid heat be currently to study to order one of the problems，Produce the method and the production data that the data collect to release the stability of the system among them and efficiently is also the point of the research.Adopt the S7300 series C

5、PU mold piece of Siemens in that system to connect inside the MPI place，The PLC comes to the work segment to carry on a control to the combustionCounteract Wincc5.0 come to set HMI terrace， carry on supervision to that control system.The WinCC is a function strong overall liberal supervision system,

6、since can use to the simple process supervision of complete the small scale,also can use to complete a complicated application.This design make use of WinCC software work alkali the recovery burn the work segment of the place of honor machine control appearance,The equipments that control appearance

7、 and cans recover the burnable work segment to the alkali carries on a control.The body appears various automation equipmentses and the control software integration of the WinCC software，Have abundant constitution item Can the Windows options with single fixed menu in restaurant,Use a way vivid，The

8、function is well-found.Can also see trend curve etc. in the control the appearance，Pass the operation environment that the appearance can understand the production condition of the factory to provide to keep a view for the operation.Not only understood to produce period,And raise a work efficiency.P

9、rovide the built-in C language plait distance in the meantime， the customer can pass to edit the item function and behavior to carry out special function. KEY WORDS：HMI，Combustion，WinCC，DCS目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc138475015 摘 要 PAGEREF _Toc138475015 h I HYPERLINK l _Toc138475016 ABSTRACT

10、PAGEREF _Toc138475016 h II HYPERLINK l _Toc138475019 1 緒 論 PAGEREF _Toc138475019 h 1 HYPERLINK l _Toc138475020 2 DCS系統(tǒng)的簡介 PAGEREF _Toc138475020 h 2 HYPERLINK l _Toc138475021 2.1 DCS的組成 PAGEREF _Toc138475021 h 2 HYPERLINK l _Toc138475022 2.2 DCS系統(tǒng)的發(fā)展過程 PAGEREF _Toc138475022 h 2 HYPERLINK l _Toc138475

11、023 2.3 MPI網(wǎng) PAGEREF _Toc138475023 h 3 HYPERLINK l _Toc138475024 2.4 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡 PAGEREF _Toc138475024 h 4 HYPERLINK l _Toc138475025 3 燃燒工段的工藝流程 PAGEREF _Toc138475025 h 5 HYPERLINK l _Toc138475026 3.1 燃燒工段的工藝流程 PAGEREF _Toc138475026 h 5 HYPERLINK l _Toc138475027 3.1.1 燃燒工段工藝流程 PAGEREF _Toc13847502

12、7 h 5 HYPERLINK l _Toc138475028 3.1.2 現(xiàn)代堿回收爐控制系統(tǒng)的目標 PAGEREF _Toc138475028 h 6 HYPERLINK l _Toc138475029 3.2 燃燒工段設備介紹 PAGEREF _Toc138475029 h 6 HYPERLINK l _Toc138475030 3.2.1 堿回收爐 PAGEREF _Toc138475030 h 6 HYPERLINK l _Toc138475031 3.2.2 靜電除塵器 PAGEREF _Toc138475031 h 7 HYPERLINK l _Toc138475032 3.2.

13、3 圓盤蒸發(fā)器 PAGEREF _Toc138475032 h 7 HYPERLINK l _Toc138475033 3.2.4 引風機 PAGEREF _Toc138475033 h 7 HYPERLINK l _Toc138475034 3.2.5 一、二、三次風的作用 PAGEREF _Toc138475034 h 7 HYPERLINK l _Toc138475035 3.3 本設計采用的方案 PAGEREF _Toc138475035 h 8 HYPERLINK l _Toc138475036 4 PLC硬件設計 PAGEREF _Toc138475036 h 9 HYPERLIN

14、K l _Toc138475037 4.1 可編程控制器PLC PAGEREF _Toc138475037 h 9 HYPERLINK l _Toc138475038 4.1.1 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc138475038 h 9 HYPERLINK l _Toc138475039 4.1.2 可編程控制器的工作原理 PAGEREF _Toc138475039 h 10 HYPERLINK l _Toc138475040 4.1.3 可編程序控制器的特點 PAGEREF _Toc138475040 h 10 HYPERLINK l _Toc138475041 4.2

15、硬件設計 PAGEREF _Toc138475041 h 11 HYPERLINK l _Toc138475042 4.2.1 PLC模塊的安裝 PAGEREF _Toc138475042 h 11 HYPERLINK l _Toc138475043 4.2.2 CPU模塊 PAGEREF _Toc138475043 h 11 HYPERLINK l _Toc138475044 4.2.3 SM321數(shù)字量輸入模塊 PAGEREF _Toc138475044 h 13 HYPERLINK l _Toc138475045 4.2.4 SM322數(shù)字量輸出模塊 PAGEREF _Toc138475

16、045 h 13 HYPERLINK l _Toc138475046 4.2.5 SM331模擬量輸入模塊 PAGEREF _Toc138475046 h 13 HYPERLINK l _Toc138475047 4.2.6 SM332模擬量輸出模塊 PAGEREF _Toc138475047 h 14 HYPERLINK l _Toc138475048 4.2.7 電源模塊 PAGEREF _Toc138475048 h 14 HYPERLINK l _Toc138475049 4.3 傳感器 PAGEREF _Toc138475049 h 15 HYPERLINK l _Toc138475

17、050 4.4 PID算法 PAGEREF _Toc138475050 h 15 HYPERLINK l _Toc138475051 5 WinCC組態(tài)部分 PAGEREF _Toc138475051 h 17 HYPERLINK l _Toc138475052 5.1 西門子WinCC簡介 PAGEREF _Toc138475052 h 17 HYPERLINK l _Toc138475053 5.1.1 WinCC的主要功能 PAGEREF _Toc138475053 h 17 HYPERLINK l _Toc138475054 5.1.2 WinCC選件 PAGEREF _Toc1384

18、75054 h 18 HYPERLINK l _Toc138475055 5.2 WinCC組態(tài) PAGEREF _Toc138475055 h 19 HYPERLINK l _Toc138475056 5.2.1 創(chuàng)建新項目 PAGEREF _Toc138475056 h 19 HYPERLINK l _Toc138475057 5.2.2 添加驅(qū)動程序與組態(tài)變量 PAGEREF _Toc138475057 h 20 HYPERLINK l _Toc138475058 5.2.3 創(chuàng)建變量 PAGEREF _Toc138475058 h 22 HYPERLINK l _Toc13847505

19、9 5.2.4 畫面的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc138475059 h 24 HYPERLINK l _Toc138475060 5.2.5 創(chuàng)建動態(tài) PAGEREF _Toc138475060 h 26 HYPERLINK l _Toc138475061 5.3 組態(tài)報警 PAGEREF _Toc138475061 h 31 HYPERLINK l _Toc138475062 5.3.1 模擬量報警 PAGEREF _Toc138475062 h 31 HYPERLINK l _Toc138475063 5.3.2 離散報警 PAGEREF _Toc138475063 h 33 HYPE

20、RLINK l _Toc138475064 5.3.3 報警畫面 PAGEREF _Toc138475064 h 34 HYPERLINK l _Toc138475065 5.4 數(shù)據(jù)歸檔和存盤 PAGEREF _Toc138475065 h 35 HYPERLINK l _Toc138475066 5.4.1 變量的歸檔 PAGEREF _Toc138475066 h 35 HYPERLINK l _Toc138475067 5.4.2 創(chuàng)建記錄顯示 PAGEREF _Toc138475067 h 36 HYPERLINK l _Toc138475068 5.5 流量累計程序的設計 PAGE

21、REF _Toc138475068 h 36 HYPERLINK l _Toc138475069 5.6 用戶登陸程序的設計 PAGEREF _Toc138475069 h 37 HYPERLINK l _Toc138475070 5.7 用戶登錄權(quán)限的設定 PAGEREF _Toc138475070 h 38 HYPERLINK l _Toc138475071 5.7.1 設置安全保護管理 PAGEREF _Toc138475071 h 38 HYPERLINK l _Toc138475072 5.7.2 設定組態(tài)設定服務器的屬性 PAGEREF _Toc138475072 h 38 HYP

22、ERLINK l _Toc138475073 5.7.3 創(chuàng)建熱鍵調(diào)用登錄和退出對話框 PAGEREF _Toc138475073 h 38 HYPERLINK l _Toc138475074 6.1 過程通訊原理 PAGEREF _Toc138475074 h 40 HYPERLINK l _Toc138475075 6.1.1 過程通訊術(shù)語 PAGEREF _Toc138475075 h 40 HYPERLINK l _Toc138475076 6.1.2 WinCC通訊原理 PAGEREF _Toc138475076 h 40 HYPERLINK l _Toc138475077 6.2

23、通訊協(xié)議的組態(tài) PAGEREF _Toc138475077 h 40 HYPERLINK l _Toc138475078 7 總 結(jié) PAGEREF _Toc138475078 h 42 HYPERLINK l _Toc138475079 致 謝 PAGEREF _Toc138475079 h 43 HYPERLINK l _Toc138475080 參考文獻 PAGEREF _Toc138475080 h 441 緒 論造紙工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要組成部分。近年來，隨著國家對環(huán)境保護的日益重視，解決造紙廠的廢水排污問題已成為首要課題，特別是對于以麥草為原料的眾多造紙廠來說，麥草漿黑液的處理問題尤

24、為突出。黑液是由堿法制漿蒸煮得到的廢液，其成分主要根據(jù)所采用的植物原料及制漿蒸煮條件不同而有所不同。對黑液采取回收的方法國內(nèi)也做過許多嘗試，但經(jīng)過考核比較發(fā)現(xiàn)用燃燒法處理黑液回收堿是目前黑液治污中最為成熟和有效的技術(shù)。然而對麥草漿的黑液來說，燃燒絕非易事。首先是因為堿回收的投資成本較大，使用設備復雜，而且麥草漿黑液的燃燒工藝和設備也仍處在整理與完善中；其次是因為麥草漿黑液屬于一種劣質(zhì)燃料，由于其含灰、含硅量大，燃燒值低，粘度大，濃度低，對燃燒的許多工藝條件要求都很高，因而使黑液燃燒變得比較困難，極易造成因燃燒不穩(wěn)定而甩不掉油槍，使堿回收成本大大增加的局面。因此，在麥草漿黑液的堿回收工程中，燃燒

25、工段是最重要的環(huán)節(jié)之一。DCS系統(tǒng)在造紙行業(yè)的廣泛使用，使得造紙的自動化程度越來越高。隨著造紙工業(yè)的不斷發(fā)展，廢水污染日益加劇。因此，制漿黑液的堿回收工藝對工廠起著尤為重要的作用，它是變廢為寶、化害為利、效益顯著的綜合利用工程，是造紙廠治理水污染的首要措施1。堿回收生產(chǎn)過程大致包括黑液的提取，黑液的蒸發(fā)，黑液的燃燒，綠液的苛化及石灰的回收五個工段。2 DCS系統(tǒng)的簡介多級計算機分布控制系統(tǒng)又稱為集散控制系統(tǒng)（DCS，distributed control system）是網(wǎng)絡技術(shù)和控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。它是根據(jù)分布設計的基本思想，實現(xiàn)功能上分離，位置上分散，達到以分散控制為主，集中管理為輔。2.

26、1 DCS的組成 集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）是基于“4C” 技術(shù)（Computer Control Communication CRT）在20世紀70年代中期出現(xiàn)的新型工業(yè)控制系統(tǒng)。采用分布式的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，目的是為了減少風險，提高系統(tǒng)可靠性。它將整個控制系統(tǒng)按照區(qū)域、功能和回路作適當分解，再通過總線或通訊網(wǎng)絡將它們連接為有機整體。1975 年Honey-well 公司推出了第一套DCS控制系統(tǒng)，首先被應用于石油化工行業(yè)2。自1975年以來，DCS控制系統(tǒng)的硬件和軟件功能不斷完善和強化，已經(jīng)經(jīng)歷了三代，但從基本結(jié)構(gòu)來看特性相同，可分解為三大基本

27、部分。（1）過程控制站過程控制站是集散控制系統(tǒng)與生產(chǎn)過程之間的截面，生產(chǎn)過程的各種過程變量和狀態(tài)信息通過過程控制站轉(zhuǎn)化為操作監(jiān)視的數(shù)據(jù)，而操作的各種信息也通過過程控制站送到執(zhí)行機構(gòu)。在過程控制裝置內(nèi)，進行模擬量與數(shù)字量的相互轉(zhuǎn)換，完成各種控制算法的運算，以及對輸入和輸出量的數(shù)據(jù)處理等運算。（2）操作站操作站是操作人員與集散控制系統(tǒng)的界面，操作人員通過操作站了解生產(chǎn)過程的運行狀況，并通過他發(fā)出操作指令。生產(chǎn)過程的各種參數(shù)在操作站上顯示，以便于操作人員監(jiān)視和操作。（3）通訊系統(tǒng)通訊系統(tǒng)是過程控制站與操作站之間完成數(shù)據(jù)之間的傳遞和交換的橋梁。有些集散控制系統(tǒng)在過程控制站內(nèi)又增加了現(xiàn)場裝置級的控制裝置

28、和現(xiàn)場總線的通訊系統(tǒng)，有些集散控制系統(tǒng)則在操作站內(nèi)增加了綜合管理級的控制裝置和相應的通訊系統(tǒng)。通訊系統(tǒng)常采用總線型、環(huán)形等計算機網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，不同的裝置有不同的要求。2.2 DCS系統(tǒng)的發(fā)展過程DCS系統(tǒng)大體可分為三個發(fā)展階段：第一階段：1975-1980年。在這個階段采用微處理器為基礎的過程控制單元（Process Control Unit），實現(xiàn)了分散控制，有各種控制功能要求的算法，通過組態(tài)（Configuration）獨立完成回路控制，具有自診斷功能；在信號處理時，采用抗干擾措施，它成功使分散控制系統(tǒng)在控制過程中確立了地位。還采用CRT屏幕顯示器的操作站與過程控制單元的分離。采用了先進的冗余

29、通訊技術(shù)，用同軸電纜作傳輸介質(zhì)，將過程控制單元的信息送到操作站和上位計算機，從而實現(xiàn)了分散控制和集中管理。這一時期典型的產(chǎn)品有HONEYWEL公司的TDC2000，F(xiàn)OXBORO 公司的SPECTROM；西門子公司的TELEPERM；肯特公司的P-4000。第二階段：1980-1985年。主要的技術(shù)重點表現(xiàn)為：產(chǎn)品的換代周期愈來愈短，在過程控制單元增加了批量控制功能和順序控制功能，在操作站及過程控制單元采用16位的微處理器，使系統(tǒng)性能增強，工廠級數(shù)據(jù)向過程級分散，高分辨率的CRT，更強的圖畫顯示，報表生成和管理能力；強化系統(tǒng)功能，通過軟件和組織規(guī)模不同的系統(tǒng)；在計算機局域網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展的情況下

30、，強化了系統(tǒng)信息的管理，加強了通信系統(tǒng)。這一時期典型的產(chǎn)品有HONEYWEL的TDC3000，BAILEY的NETWORK-90，西屋公司的WDPF，ABB公司的MASTER。第三階段：1985年以后。在這一時期中集散系統(tǒng)的技術(shù)特點是：采用開放式系統(tǒng)網(wǎng)絡，符合國際標準組織ISO開放系統(tǒng)互聯(lián)的參考模型，開發(fā)了中、小規(guī)模的集散系統(tǒng)；采用32位微處理器和捉摸式屏幕等便于操作和指導，完全實現(xiàn)CRT化操作，采用實時多用戶多任務的操作系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)向大型化的CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System）和小型及微型化發(fā)展。DCS 是計算機

31、技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS 包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O 單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS 系統(tǒng)），作為DCS 更高層次的應用，目前國內(nèi)應用這一系統(tǒng)的行業(yè)較少2。DCS 的關鍵技術(shù)在于網(wǎng)絡，從上到下是樹狀拓撲和并行連續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)，中間站聯(lián)接計算機、現(xiàn)場儀器儀表和控制裝置。2.3 MPI網(wǎng) MPI用于連接多個不同的CPU或設備。MPI符合RS-485標準，具有多點通信的性質(zhì)，MPI的波特率常設定為187.5kbps，接入到M

32、PI網(wǎng)的設備稱為一個節(jié)點，不分段的MPI網(wǎng)（無RS-485中繼器的MPI網(wǎng)）可以最多有32個網(wǎng)絡節(jié)點，僅用MPI接口構(gòu)成的網(wǎng)絡，稱為MPI分支網(wǎng)（簡稱MPI網(wǎng)），兩個或多個MPI分支網(wǎng)，用網(wǎng)間連接器或路由器連接起來，就能構(gòu)成較復雜的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)更大范圍的設備互連，MPI分支網(wǎng)能夠連接不同區(qū)段的中繼器。每個MPI分支網(wǎng)有一個分支網(wǎng)絡號，以區(qū)別不同的MPI分支網(wǎng)，分支網(wǎng)上的每個節(jié)點有一個網(wǎng)絡地址，這里稱為MPI地址，節(jié)點MPI地址號不能大于給出的最高MPI地址，這樣才能使每個節(jié)點正常通信。 用PC可以分配需要的MPI地址，修改最高MPI地址，分配MPI地址要遵守這樣的規(guī)定：一個分支網(wǎng)絡中，各節(jié)點

33、要設置相同的分支網(wǎng)絡號；在一個分支網(wǎng)絡中MPI地址不能重復，并且不超過設定的最大MPI地址；同一分支網(wǎng)中，所有的節(jié)點都應設置相同最高MPI地址；為提高MPI網(wǎng)節(jié)點通信速度，最高MPI地址應該當較小，如果機架上安裝有功能模塊和通信模塊，它們的地址由CPU的MPI地址順序加1構(gòu)成。2.4 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡PROFIBUS-DP總線是現(xiàn)場總線的一種，它一般用于現(xiàn)場層的高速傳送。在這一級，中央處理器（PLC）通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設備（I/O單元、驅(qū)動器等）進行通訊。一般情況下，DP構(gòu)成主站系統(tǒng)，主站周期地讀取并周期的向外發(fā)送輸出信息。總線循環(huán)時間必須比主站（PLC）循環(huán)時間短。除周期性

34、用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PORFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場設備所需的非周期性通信，以進行組態(tài)、診斷和報警處理。目前，PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)通過多年的實際應用，實現(xiàn)了不同設備的數(shù)字網(wǎng)絡互聯(lián)，使得設計、制造、應用等方面都獲得方便和好處，因而成為更大范圍上的協(xié)議-歐洲標準EN50170，這就說明了它的成熟性和規(guī)范能力。3 燃燒工段的工藝流程我國堿法化學漿產(chǎn)量約占全國化學漿總產(chǎn)量的90%，而堿法制漿產(chǎn)生黑液的污染負荷大，約占制漿造紙生產(chǎn)產(chǎn)生廢水總污染負荷的90% 左右。由此可見，制漿造紙工業(yè)水污染的防治，首先必須解決對制漿黑液的源頭治理。國內(nèi)外實踐證明，黑液治理最佳技術(shù)是堿回收，它是削減堿法蒸煮黑液

35、最經(jīng)濟、最有效的途徑3。造紙企業(yè)通常采用分布式控制系統(tǒng)即采用西門子CPU41-2DP為核心的DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)對現(xiàn)場信息的采集和控制。同時，采用基于WinCC的上位機對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和即時控制。但有時各工段間需要相互調(diào)用數(shù)據(jù)，這就牽涉到網(wǎng)絡通訊問題。例如在造紙堿回收蒸發(fā)和燃燒工段中，負責監(jiān)控蒸發(fā)工段的主機需要調(diào)用燃燒工段的數(shù)據(jù)，這時如果采用在燃燒工段增加一個變送器的方法，那么相應地就必須在蒸發(fā)工段的控制站中增加AI模塊，這樣大大增加了成本。如果利用西門子S7300系列的CPU模塊內(nèi)置的MPI接口，把多個工段的控制站組成一個MPI 網(wǎng)絡，那么就可以實現(xiàn)多個工段之間數(shù)的傳送。3.1 燃燒工段的

36、工藝流程3.1.1 燃燒工段工藝流程主要工藝流程如圖3-1所示3。一二次風機將空氣鼓入，一二次風經(jīng)空氣加熱器加熱，使風溫提高到150左右，一、二次風再經(jīng)堿回收噴射爐的尾部的板式空氣加熱器再使進堿回收爐的一、二次風風溫達到280左右，以此提高了爐瞠的干燥區(qū)、燃燒區(qū)的環(huán)境溫度和熔融區(qū)溫度。經(jīng)過一二次風風管門調(diào)節(jié)，一二次風的按照一定的比例分配后，分別從不同高度鼓入堿回收爐。三次風機將三次風送往空加器后送入堿回收爐3。蒸發(fā)工段送來的濃黑液首先送往濃黑液槽，再經(jīng)黑液泵進入圓盤蒸發(fā)器。在這里，黑液與堿回收爐出來的煙氣相接觸，使黑液再次濃縮，且可以吸收煙氣的堿灰，減少了堿飛失，提高了堿回收率。而后圓盤蒸發(fā)器

37、中的黑液自然溢流出來，進入入爐黑液槽，入爐黑液泵再將濃黑液泵往黑液加熱器。經(jīng)黑液加熱器的加熱后，經(jīng)黑液噴槍高壓噴入高溫狀態(tài)下的堿回收爐。在堿回收爐中，黑液經(jīng)霧化、干燥后進行燃燒。部分燃燒后的黑液落到堿回收爐的墊層上，在墊層上，黑液中的無機物不斷熔融，部分有機物熱裂解成氣體從墊層排出，部分有機物炭化為元素碳，供燃燒和還原硫酸鈉之用，芒硝還原成硫化鈉，部分有機物熱裂解能更完全燃燒，含硅量高的熔融物能順利流出。在硫酸鹽法木漿堿回收工藝流程中，堿灰溶解槽中的堿灰液被送入芒硝黑液混合器，然后送入燃燒爐。麥草制漿則多采用燒堿法，若黑液堿回收沿用上述這樣的流程，會形成大量堿灰液在燃燒爐、堿灰溶解槽及黑液中間

38、槽內(nèi)循環(huán)、沉淀，造成能源損耗，影響工藝流程的暢通。根據(jù)麥草漿黑液燃燒特性，讓堿回收爐燃燒產(chǎn)生的堿灰直接進入綠液溶解槽。靜電除塵器排出的堿灰進入堿灰溶解槽形成堿灰液，然后泵入綠液溶解槽。溶解槽中的綠液送苛化工段進行苛化，從而回收麥草漿中的堿3。圖3-1 燃燒工段工藝流程3.1.2 現(xiàn)代堿回收爐控制系統(tǒng)的目標a）用少量的過?？諝馐购谝褐械挠袡C物完全燃燒，這是最關鍵的。b）盡量提高爐膛內(nèi)的燃燒溫度，降低燃燒速度。c）燃燒速度應保持穩(wěn)定，堿爐操作要求送入爐內(nèi)的熱量穩(wěn)定。d）黑液噴嘴產(chǎn)生的黑液液滴的粒度范圍是一項重要因素。e）粒度適中的、活性的、多孔性的黑灰墊層也很關鍵。f）黑灰墊層應產(chǎn)生足夠的煙霧，避

39、免發(fā)生SO2，形成粒性粉塵和酸性腐蝕。g）提高堿回收爐的生產(chǎn)能力嚴格控制SO2排放。3.2 燃燒工段設備介紹整個堿回收燃燒工段涉及的設備較多，且有一些諸如堿回收噴射爐，圓盤蒸發(fā)器等大型設備，有必要對此作以介紹。3.2.1 堿回收爐堿回收爐與一般工業(yè)蒸汽鍋爐有所不同。工業(yè)蒸汽鍋爐是以煤為燃料進行燃燒的壓力容器，它的成品是蒸氣，而堿爐是以黑液形物為燃料進行燃燒的壓力容器，它不但具備了工業(yè)鍋爐的危險性條件，還具備了工業(yè)鍋爐所沒有的更強烈的危險性（如水與融物接觸發(fā)生爆炸、未燃氣體爆炸）。堿爐不僅處在高溫、高壓的條件下，而且還處于強堿及高灰塵的堿性介質(zhì)中，堿性黑液及高溫熔融物對鍋爐有強烈的腐蝕作用。因此

40、，堿回收噴射爐無論設計結(jié)構(gòu)上，還是材料選取上及制造要求上都比普通蒸汽鍋爐復雜得多。本設計采用全水冷壁噴射爐（也稱作方形噴射爐），它是漿廠黑液堿回收的重要設備。它由爐膛燃燒室和鍋爐兩大部分組成燃燒室的爐壁、爐頂和爐底都由水冷壁管組成，故由此而得名。其燃燒室為黑液固形物燃燒和進行化學反應的場所，作用是干燥、燃燒、還原和熔融，由爐底及四面水冷壁組成的密封方形空室。燃燒室根據(jù)工藝的不同，大致可分為三次風口處的煙氣完全燃燒區(qū)、黑液噴口附近的黑液干燥區(qū)，二次風口以下至一次風口的黑液燃燒區(qū)、一次風口以下的熔融區(qū)，其鍋爐是吸收燃燒過程中釋放的熱量而產(chǎn)生蒸汽的設備，與燃燒室連成一體。由上下汽包、水冷屏管束、省煤

41、器、以及爐墻、構(gòu)架、管件等組成。這種噴射爐的主要特點是生產(chǎn)能力大，便于實現(xiàn)自動控制，操作簡便，廢熱利用率可達60，芒硝還原率可達90以上。缺點是構(gòu)造復雜，造價高，投資大，修理更換爐管不方便，適用于大型紙廠的堿回收使用3。3.2.2 靜電除塵器靜電除塵的原理是在電場的負極加上負直流高壓電源，并將正極接地。在負極周圍形成“電暈”產(chǎn)生帶電離子，灰塵顆粒被帶電離子充電后，向正極運行而吸附在接地的正極板上，再通過震打、落下而收集起來。電暈電流的大小是決定除塵率的主要因素，因而靜電除塵也可稱為電暈除塵3。3.2.3 圓盤蒸發(fā)器從堿爐尾部出來的煙氣進人圓盤蒸發(fā)器，黑液與煙氣直接接觸蒸發(fā)，濃度由 43濃縮至4

42、548。同時降低了煙氣溫度，除掉了煙氣中較大顆粒的灰塵。由于麥草漿黑液具有較高的粘度，圓盤蒸發(fā)器的優(yōu)點：操作簡單，動力消耗低，可以單獨使用，也可以與靜電除塵器串聯(lián)使用，特別是對最初含塵量高的煙氣，與靜電除塵器串聯(lián)使用時，可以提高靜電除塵效果。圓盤蒸發(fā)器的缺點是因圓盤蒸發(fā)器中黑液沒有霧化，接觸表而積小，因此無論除塵、降溫及黑液增濃的效果并不理想3。3.2.4 引風機引風機能有效控制堿爐的爐膛負壓，是燃燒工段的主要輔機。3.2.5 一、二、三次風的作用一次風的作用：一次風位于爐底4501000mm處。主要供給墊層中游離碳燃燒所需的氧氣，使墊層中有足夠的熱量，保證無機鹽和芒硝的還原反應。若一次風量過

43、大，會造成墊層燃燒過快，難以保持適當高度的墊層，供給芒硝還原的碳量和CO量減少，不利于芒硝的還原，而且促使鈉鹽升華或熱分解，降低芒硝的還原率和堿回收率。但也不能過小，否則會使揮發(fā)性的硫損失加大、爐溫過低和硫化鈉還原率降低。一般將一次風量控制在總風量的4550之間。一次風風壓可低些，一般在7841176Pa。二次風的作用：二次風位于黑液噴槍口上下，主要是為了加速黑液中水分汽化和固形物干燥與上升的煙氣流產(chǎn)生較強烈的混合作用，在爐膛內(nèi)產(chǎn)生充分的旋轉(zhuǎn)，并保持爐床墊層高度之完整形成；三次風的作用：三次風位于黑液噴槍以上，主要是用于可燃的揮發(fā)性氣體及少量未完全燃燒產(chǎn)物的進一步完全燃燒，以提高煙氣熱含量，同

44、時起到封閉爐膛出口，捕集煙氣中所帶堿塵的作用4。三次風進爐要送到爐膛中心空間與上升的煙氣產(chǎn)生較強烈的混合作用，在爐膛產(chǎn)生強烈的旋轉(zhuǎn)，使黑液和氣體燃燒均勻一致，風壓要高一些，一般控制在0.782.45KPa。3.3 本設計采用的方案本設計在該系統(tǒng)中采用用西門子的S7300系列，CPU模塊內(nèi)置的MPI接口，PLC來對燃燒工段進行控制，并用WinCC5.0來組態(tài)一個HMI平臺，對該控制系統(tǒng)進行監(jiān)控，如圖3-2所示。圖3-2 系統(tǒng)MPI 網(wǎng)絡4 PLC硬件設計PLC可編程邏輯控制器（Programmable Controller）是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可

45、編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC 具有功能強、可靠性高、編程簡單易學、使用方便、體積小巧等優(yōu)點，可根據(jù)工藝流程和控制要求，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的順序邏輯控制和模擬量的自動控制。因此，在工業(yè)控制現(xiàn)場中得到了廣泛應用并取得了良好的控制效果。4.1 可編程控制器PLC4.1.1 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)PLC 主要由CPU（中央處理單元）、存貯器、輸入/輸出模塊、可編程器和電源五大部分組成。通常工業(yè)上使用的開關量PLC 的硬件構(gòu)成，如圖4-1 所示6。 圖4-1 可編程控制器的基本

46、結(jié)構(gòu)PLC 的CPU 采取掃描方式工作，每一次掃描完成以下工作：a）將現(xiàn)場的開關量輸入信號和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映象寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。b）逐條讀入后解釋用戶程序，產(chǎn)生相應的控制信號去控制相關電路，完成數(shù)據(jù)的存取、傳送和處理工作，并根據(jù)運算結(jié)果更新各有關寄存器的內(nèi)容。c）將輸出映象寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊，去控制外部負載。PLC的存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶程序儲存器。系統(tǒng)存儲器使PLC 具有基本的功能，來完成PC設計和實現(xiàn)宏的各種工作，達到使用者所要的控制效果。實際上就是PLC的輸入信號與輸出信號之間的具體關系。用戶程序存貯器的容量一般以字（每個字用16 位二進制表示）為單位，有的PLC 將字稱為

47、步。I/O模塊是聯(lián)系外部現(xiàn)場與CPU模塊之間的橋梁。輸入模塊用來接收和采集現(xiàn)場開關量或某些模擬量信號；輸出模塊則通過PLC自帶的繼電器控制外部的接觸器、電磁閥、電氣聯(lián)鎖等執(zhí)行器。編程器是用戶與PLC進行交互的設備，它可以輸入和編輯用戶程序，還可以用來監(jiān)視PLC運行時梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。編程器一般只在程序輸入、調(diào)試階段和系統(tǒng)檢修時使用。4.1.2 可編程控制器的工作原理PLC的CPU是以分時操作方式處理各項任務的。由于運算速度高，從PLC的外部輸入、輸出關系來看，處理過程幾乎是瞬時完成的。PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存貯器中按步序號順序排列。用戶程序采取掃描工作方式運行，

48、在沒有跳轉(zhuǎn)指令的情況下，CPU從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束，然后程序返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復始地重復上述的掃描循環(huán)，典型的PLC掃描過程,如圖4-2所示6。PLC掃描一次所花的時間稱掃描周期，掃描周期與用戶程序的長短和PLC的掃描速度有關，通常典型的PLC掃描周期為1100ms7。RUN STOP內(nèi)部處理通訊服務輸入處理輸出處理圖4-2 經(jīng)典的PLC掃描過程4.1.3 可編程序控制器的特點可編程序控制器主要特點是：a）編程方法簡單易學。PLC配備了梯形圖語言進行程序設計，梯形圖語言的表達方式與繼電器電路原理圖中電路符號的表示法極為相似，

49、且某些僅有開關量邏輯控制功能的PLC只有十幾條指令8。工程技術(shù)人員能夠很快熟悉并掌握梯形圖語言的使用方法并用它來編制用戶程序，這就為使用者能快速地編制出本單位所需要的控制程序提供了非常有利的條件。b）PLC的硬件配套齊全，接線端子一目了然，便于用戶使用。由于PLC的設計和生產(chǎn)大多是系列化和模塊化的，其硬件配置相當靈活，可以組合成多種規(guī)模的，滿足用戶各種控制要求的控制系統(tǒng)。c）PLC可靠性高，抗干擾能力強。它采用了一系列硬件和軟件的抗干擾措施，能夠適應工業(yè)控制現(xiàn)場惡劣的使用環(huán)境，為控制系統(tǒng)工作的可靠性、持久性提供了有力的保障。d）PLC系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量小。PLC因用軟件功能取代了繼電

50、器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，其控制柜盤的安裝、接線工作量大為減少。而PLC梯形圖程序一般采用的是順序控制設計法。這種編程方法有規(guī)律、易于掌握、便于閱讀。對于復雜的控制方案，PLC的梯形圖程序較之傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)電路圖在設計上簡便的多。另外，PLC的輸出節(jié)點設計有一一對應的發(fā)光二極管用來指示輸出的狀態(tài)，這在程序模擬調(diào)試和故障診斷時非常直觀，在現(xiàn)場應用中能幫助用戶及時地判斷并找出故障點的位置。4.2 硬件設計在這里主要介紹要用到的S7-300的主要模塊。在該設計中用到的模塊主要有CPU315-2DP、電源PS307、SM321、SM322、SM331、SM332、機架。

51、4.2.1 PLC模塊的安裝CPU總是安裝在0號機架的2號槽位上，1號槽安裝電源模塊，3號槽總是安裝接口模塊。槽號4到11，可自由安裝信號模塊、功能模塊和通訊模塊，需要注意的是，槽位號是相對的，每一機架的導軌并不存在物理的槽位。模塊與CPU、模塊與模塊之間用背部總線來連起來，組成一個完整的PLC。4.2.2 CPU模塊CPU有幾種不同的型號，他們分別是：CPU312IFM、CPU314、CPU315、CPU315-2DP。根據(jù)經(jīng)驗公式可以計算出PLC需要的存儲器的大小。所須存儲器容量的經(jīng)驗公式為9： （4-1）其中DI為數(shù)字量輸入的總點數(shù)。DO 為數(shù)子量輸出的總點數(shù)。AI/AO為模擬量通道總數(shù)

52、。具統(tǒng)計該設計中DI個數(shù)為2個，DO也為2個，AI為9個，AO為7個。所以須存儲器容量 （4-2）在這里取系數(shù)為1.25所以須存儲器容量（KB）=2048/1024=2KB。在該設計中選擇CPU為CPU315-2DP。它出了具有314、315的特點外還有每執(zhí)行1000個二進制指令只許0.3ms，最大可擴展1024。點數(shù)字量和128個模擬量通道。另外還具有8個指示燈，其中的SF-DP和BUS-DF用于現(xiàn)場總線及DP接口的錯誤。CPU 有四種工作方式，他們分別是：a）RUN-P：可編程運行方式。CPU掃描用戶程序，即可以用編程裝置從CPU中讀出，也可以由編程裝置裝入CPU中。用編程裝置可監(jiān)控程序的

53、運行。在此位置鑰匙不能拔出。b）RUN：運行方式。CPU掃描用戶程序，可以用編程裝置讀出并監(jiān)控PLC CPU中的程序，但不能改變裝載存儲器中的程序。在此位置鑰匙可以拔出，以防止程序在正常的運行時被改變操作方式。c）STOP：停機方式。CPU不掃描用戶程序，可以通過編程裝置從CPU中讀出，也可以下載程序到CPU，在此位置鑰匙可以拔出。d）MRES：該位置瞬時接通，用于清出CPU的存儲器。CPU還有一些LED指示燈，顯示運行狀態(tài)和故障，如表4-1所示10。 表4-1 CPU上的發(fā)光二極管發(fā)光的含義發(fā)光二極管LED含義說明SF（紅色）系統(tǒng)錯誤/故障硬件故障固件出錯編程出錯參數(shù)設置錯誤算術(shù)運算出錯定時

54、器出錯存儲器卡故障（只在CPU313和314）輸入/輸出的故障或錯誤用編程裝置讀出診斷緩沖器的內(nèi)容，確定錯誤/故障的原因。BATF（紅色，只在CPU313和314上有）電池故障電池失效未裝入DC5（綠色）用于CPU和S7-300總線的5V DC電源如果5VDC電源正常，則等亮FRCE（黃色）保留專用4.2.3 SM321數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)成S7-300內(nèi)部電平，數(shù)字量輸入模塊的輸入方式有直流輸入和交流輸入方式兩種。輸入信號進入模塊后，一般都經(jīng)過光電隔離濾波，然后才送入緩沖器等待CPU的采樣。采樣時，信號經(jīng)過背部總線進入到輸入映像區(qū)10。數(shù)字量輸入模塊SM

55、321有四種型號的模塊可供選擇，即直流16點輸入、直流32點輸入、交流16點輸入、交流8點輸入模塊。在該設計中選擇直流16點輸入。模塊的每一個輸入點有一個綠色發(fā)光二極管顯示輸入狀態(tài)，輸入開關閉合即有輸入電壓時，二極管亮。4.2.4 SM322數(shù)字量輸出模塊SM322數(shù)字量輸出模塊將S7-300內(nèi)部的信號電平轉(zhuǎn)換成過程所要求的外部信號電平，直接用于驅(qū)動電磁閥、接觸器、小型電動機、燈和電動機的啟動等。數(shù)字量輸出模塊SM322有七種型號輸出模塊可供選擇，即16點晶體管輸出、32點晶體管輸出16點可控硅輸出。8點晶體管輸出、8點可控硅輸出、8點繼電器輸出和16點繼電器輸出模塊10。在該設計中，只有12

56、個數(shù)字量的輸出，并是用來控制電動機的啟停。而可控硅輸出模塊可以用于驅(qū)動交流電磁閥、接觸器、電動機啟動器和燈，故選擇16點可控硅輸出模塊。4.2.5 SM331模擬量輸入模塊S7-315CPU 用16位的二進制的補碼來表示模擬量，其中最高位為符號位S，0表示正值，1表示負值。S7-300模擬模塊的輸入模塊測量范圍很寬，他可以直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號。模擬量輸入模塊SM331目前有兩種規(guī)格型號，一種是812位模塊，另一種是212位的模塊。前面的是8個通道的模塊，后面的是2個通道的模塊，兩個模塊除了通道的數(shù)目不一樣外，其他的工作原理、性能、參數(shù)設置等各方面都完全一樣10。SM331模擬

57、量輸入模塊主要由A/D轉(zhuǎn)換器、模擬量切換開關、補償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。通過設置SM331的測量參數(shù)可以選擇測量的方法和測量的范圍，但必須保證SM331的硬件結(jié)構(gòu)與之相適應，模擬量模塊都裝有量程模塊， 調(diào)整量程模塊的插入方位可以改變模塊的硬件結(jié)構(gòu)。兩個模擬量通道配有一個量程塊。量程塊是一個正方形的小塊，在上方有A B C D四個標記想對應，如表4-2所示10。 表4-2 SM33112模塊缺省設定量程塊的設定可選擇的測量方式缺省設置A電壓1000電阻;熱電偶:N，E，J，K各型熱電偶的各種測量方法電壓B電壓:10V電壓/10VC電流:20mA電流（4線）/4-20mAD電

58、流:4-20maA電流（2線）/4-20mA在該設計中有9個模擬量的輸入，在考慮余量的情況下選擇一個8通道的輸入模塊和一個2通道的模擬兩輸入模塊。4.2.6 SM332模擬量輸出模塊SM332有212位和412位兩種形式的模塊。前面的是2通道的模擬量輸出模塊，后面的是4通道的模擬量輸出模塊，除了通道數(shù)不同外，兩種模塊的工作原理、特性、參數(shù)等完全一樣。模擬量輸出模塊的轉(zhuǎn)換時間包括內(nèi)部存儲器傳送數(shù)字輸出值的時間和數(shù)模轉(zhuǎn)換的時間。模擬量輸出各通道的轉(zhuǎn)換是順序進行的。模塊的循環(huán)時間是活動的模擬量輸出通道的轉(zhuǎn)換時間的總和，模塊的響應時間是一個重要的指標，響應時間就是在內(nèi)部存儲器中出現(xiàn)數(shù)字量輸出值開始到模

59、擬量輸出到達規(guī)定值所須時間的總和。它與負載特性有關，負載不同，響應時間不同10。在該設計中有7個模擬量的輸出，故需要兩個412位的模擬量輸出模塊SM332。4.2.7 電源模塊PS307是西門子公司為S7-300專配的24V DC電源.S7-300的模塊使用的電流是由S7-300背部總線提供，一些模塊還需要從外部負載電源供電。在組建S7-300系統(tǒng)是，考慮到每塊模塊的電流耗量和功率損耗是非常必要的。所有S7-300每塊使用的從S7-300背部總線提供的電流不超過1.2A，如選用CPU312IFM，則不超過0.8A。各模塊從S7-300背部總線吸取的電流是各個模塊電流總和。從24V負載電源吸取的

60、電流之和，功耗也和上面的一樣11。在該設計中各模塊從S7-300背部總線吸取的電流=40+70+60+60+602=350mAtm_hour=8&tt-tm_hourtm_hour=16&tt-tm_hourtm_hour=0&tt-tm_hourtm_mday）case1:SetTagFloat（“Day1”，GetTagFloat（“Today”）;SetTagFloat（“The_Month”，GetTagFloat（“Today”）;guodu0=GetTagFloat（“The_Month”）;SetTagFloat（“Day1_2”，GetTagFloat（“Today_2”）;S