堿回收蒸發中PLC的應用

分類：技術教程日期：2009-06-03 17:08:26 來源：中國傳動網

摘要：文章根據某造紙廠堿回收車間蒸發工段技術改造的情況，從系統硬件組態和軟件編程兩個方面探討了SIMATIC S7-300在堿回收蒸發過程中的應用。

關鍵詞：堿回收;蒸發;比值控制;PLC

　　堿回收是現代造紙廠不可缺少的環節，其作用有：第一，處理制漿產生的黑液，以使造紙廢液達到排放標準，減少環境污染，提高社會效益;第二，生產蒸汽和燒堿，蒸汽作為造紙的能源，燒堿作為造紙的輔料，增加經濟效益。蒸發過程是堿回收工序的第一步，蒸發工段將稀黑液蒸發、濃縮，送至燃燒工段，蒸發過程的出效黑液濃度直接影響整個堿回收車間的穩定運行。因此穩定、高效的蒸發過程對于當今日益發展的造紙廠來說具有十分重要的意義。

1 生產工藝簡介

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

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

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

2 控制系統設計目標

　　本蒸發站的控制目標是：通過對蒸發過程工藝參數的優化，在輸入的熱量和通過的黑液蒸發能量之間取得必要的平衡，系統能正常、穩定運行，并使最終的濃黑液保持要求的濃度。使整個系統運行的成本最少，最終產品的產量最高。也就是要提高蒸發系統的蒸發效率。

3 控制系統設計

　　為了達到上述目標，我們經過多方面分析，認為影響濃黑液濃度的因素主要是進效稀黑液的流量及蒸發設備各效總的有效差壓。為了穩定有效壓差我們決定對增濃效蒸發器的液位、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行控制，使它們分別穩定在某個值，為了控制黑液的濃度我們決定對進增濃效黑液的流量和進增濃效新蒸汽的壓力進行控制。

　　因此，需要控制的量一共有六個，分別是增濃效蒸發器的液位、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、進增濃效黑液的流量和進增濃效新蒸汽的壓力，除了這幾個要控制的量外，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警，如溫度顯示、壓力顯示報警等。

圖1 生產工藝流程圖

　　對于黑液濃度的控制，由于多效蒸發器具有熱容量大、滯后時間長等特點，利用常規的單回路PID控制，控制質量差，很難達到預期的效果。在此我們雙閉環比值控制系統（如圖2），其中，黑液流量為主動量，蒸汽壓力為副動量。蒸汽壓力按黑液流量進行配比，隨黑液流量變化而變化，實現了對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，通過比值控制，蒸汽壓力也將比較平穩，這樣系統的總的物料也是比較平穩的。

圖2 比值控制系統方框圖

　　3.1 硬件選擇

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

　　3.2 程序設計

　　3.2.1 下位機程序設計

圖3 系統配置圖

　　采用西門子STEP7 V5.1編制下位機程序，根據工藝特點我們采用了結構化編程的方法編制了采樣、標度變換、PID控制、報警、連鎖等子程序，PID控制子程序在循環中斷組織塊OB35中進行調用，其余子程序都在循環組織塊OB1中進行相應的調用。結構化編程的方法具有程序結構層次清晰、部分程序通用化、標準化、易修改、簡化程序調試的優點。

　　下面對各個子程序功能做相應的簡單說明：

　　采樣子程序：把模擬量輸入存放在響應的共享數據塊中，供標度變換子程序調用。

　　標度變換子程序：把0～27648的整數變換成相應的工程量的值，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，通過調用系統自帶的FB41來完成。

　　報警子程序：對模擬量進行超上限或超下限判斷，若有則置位超限標志，為防止超限標志輸出抖動，設置判斷死區。

　　連鎖子程序：主要完成工藝連鎖和電機的連鎖用。

　　3.2.2 上位機程序設計

　　采用西門子WinCC V5.1編制了上位機的人機界面，主要包括：主畫面、設定畫面、趨勢畫面和報警畫面，操作工人可以方便地對所有設備進行監控和相應的值進行一些設定，減輕了勞動強度。主畫面如圖4所示：