焦作西门子专业授权代理商

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PLC在纸机碱回收蒸发工段的应用

各模板的型号、数量确定后，再选择放置模板的框架的型号和数量以及电源的型号和数量。较终选用长为530mm的导轨。据模板的数量选取择4个机架，考虑到成本问题而选取用了3个S7-300机架，1个S7-400机架，一个为主框架（含3个机架、一个S7-400机架、2个S7-300机架）放在蒸发主控制拒中，另一个远程控制I/O框架（含一个S7-300机架）放在ET200蒸发控制柜中。

2控制措施

纸机碱回收控制中浓黑液在线测量一直是一个难题，而浓度控制是碱回收蒸发工段的较终控制目标，其控制效果的好坏对后续燃烧工段起着举足轻重的作用，虽然浓黑液的浓度无法直接测量，但在本项目中可利用黑液的沸点在一定的压力下随其浓度的增大而升高的特性进行间接测量。即D= F（P，T）其中 D：浓度P：压力T：温度。为了使系统更稳定，对浓黑液的浓度和进效蒸汽实施串级控制方案。事实证明在对驻马店遂平白云纸业的工程中不但效果稳定而且节能。如图：

图2 浓黑夜浓度控制方案

3软件设计

本系统采用西门子公司的S7-300系列产品。在设计当中，根据设备测控点的情况和厂方用户的要求，系统以S7314-2DP控制器为核心，通过PROFIBUS-DP总线与2个ET200M远程站相连（如图2 所示），用于采集现场仪表数据信息和控制算法的实现。在现场实际应用中，数字量输入输出，、模拟量输入输出都留有部分备用，已备系统将来扩充的需要。西门子公司的ET200系列是采用PROFIBUS-DP协议的分布式I/O，应用时，S7PLC作为DP主站，通过带有集成DP接口的CPU315-2DP接到PROFIBUS总线，而ET200作为DP从站接到PROFIBUS。整个控制系统采用两个控制柜（主柜和副柜）。S7主站、#1 ET200M从站放在主柜，采集系统的模拟信号；#2 ET200M从站放在副柜，用来采集工段的电动机执行机构阀位反馈信号及输出执行机构的驱动信号。系统采用主站加从站的结构，可使系统造价降低，并且扩展灵活。

据本工段的工艺特点和工艺要求，我们编制了采样子程序，该程序主要用于对所设测控点的温度压力流量进行信号采样；受外界影响，在不同时刻所采样的信号精确度不够高，为此我们又编制了滤波子程序，以及PID控制程序和量程转换子程序、电机启停子程序、设备间连锁子程序等。

4人机界面操作系统（HMI）

这部分主要由操作站、工程师站和打印机（外部设备）组成，实现人机接口。它的主要功能是集中各分散过程控制装置送过来的信息，通过监视和操作，把操作和命令下送到各分散控制装置。工业控制PC以Wincc作为人机界面，并分别设置了操作员站和工程师站。操作员站（OPU）用于画面显示、报警、泵和电机的手/自动启停以及现场各被控参数的采集、显示和控制，而工程师站（ENG）用于工程师对生产现场的监视、打印报表以及对工艺参数和控制器参数的修改等。操作员站和工程师站的画面组态软件选用SIEMEN公司的WINCC完成用户二次软件开发。PC的主要功能是显示工艺流程、电机及阀门等的运行状态及控制、故障报警、故障发生的部位及其处理方法；显示温度、液位等模拟量，并能通过打印机打印。WINCC是西门子公司专门为过程控制和现场监控开发的监控系统软件，本系统分别制作了蒸发工段一、蒸发工段二个工艺画面，画面中的各参数的设定都是随着PLC的改变而改变的。工作人员可以通过这些画面监控各个电动机的运行和池中液位的高低，而且可随时根据系统运行状况而直接控制电动机的运行。

黑液蒸发把洗选工段产生的副产品------稀黑液高度浓缩后送燃烧工段处理，碱回收设备的工况十分恶劣，尤其是腐蚀性和黑液结垢问题很为棘手，平稳整个工艺过程的运行，使设备工作在合理，较优的工艺参数范围内是减慢结垢速度、延长设备使用寿命的有效方法。

由于后续工段燃烧的要求，蒸发站的出浓液浓度不能低于某个极限，但出浓液浓度偏高也会带来许多问题，如蒸汽消耗大、结垢速度加快，管道阻力大，易堵，恶化燃烧工段许多设备如圆盘蒸发器的工况等。我国制浆造纸碱回收设备中，对黑液蒸发浓度实施自动控制的比例很小，而不熟练的手工操作易出现出浓液深度偏低或偏高的情况，使设备工作在不合理的工况。本文简要介绍作者在河南白云纸业五效蒸发站实施计算机集散控制的控制方案。

1控制方案

黑液蒸发的主要设备是蒸发器。蒸发器串联组成蒸发站。本设计中所控制的蒸发站是由五台板式降膜蒸发器串联组成。除此之外，还有一些辅助的蒸发设备，如降膜板式冷凝器，温水槽，稀黑液槽， 闪蒸罐，液位罐等。在黑液蒸发过程中包含以下三个基本的工艺流程，即蒸汽流程，黑液流程，冷凝水流程。本蒸发站中，来低压蒸汽（0.4Mpa 151℃），首先进入I效蒸发器，I效蒸发器产生的二次蒸汽经闪蒸罐闪急蒸发后，再引入II效，为II效蒸发器提供热源，以此类推直至末效。末效二次蒸汽经冷凝后成冷凝水排出，不凝气体则由真空泵排空。而黑液则采用逆流供液方式，即制浆车间来稀黑液，首先进入稀黑液槽，经稀黑液泵进入末效蒸发器，然后再到IV效，III效，以此类推，直至I效。与蒸发流程反向而行。这样随着黑液浓度的提高，蒸发温度也提高，而黑液粘度增加缓慢。蒸汽流与黑液流反向而行的供液方式，不仅可节省蒸汽消耗，部分程度上也可缓解黑液结垢问题。

在本蒸发工段的主要控制目标是稳定浓黑液的深度和降低蒸汽消耗，影响浓黑液波美度的因素主要是进效稀黑液的浓度和流量及蒸发设备各效的总有效差压。稳定有效差压首先要稳定进*I效的新鲜蒸汽的压力和末效二次蒸汽的真空度，即稳定总压差。然后尽量减少和稳定蒸发过程中的压差损失，因此，必须要控制下列参数：

进效稀黑液的浓度和流量；

（1） 出效浓黑液的浓度；

（2） 进效新鲜蒸汽的压力和流量；

（3） 末效的二次蒸汽的真空度；

（4） 出效黑液的液位；

（5） 出效冷却水液位；

所以，我们选取压力、流量、温度、液位为主要的控制对象，共设置了8路压力、6路流量、21路温度、16路液位总计51个测控点。为防止流送过程中，因电机启停不当而造成的不良后果，我们又对所使用的22台电机实行连锁控制。

1.1系统硬件设计

1.1.1本自动控制系统采用西门子先进的S7-400可编程控制器。它是西门子公司开发的适合当代计算机技术发展的新一代可编程控制系统。它具有更高的控制能力、运算速度、网络功能和更优的性能价格比。通过PROFIBUS-DP现场总线可与ET200M I/0站相连。ET200M 可置于MCC低压柜旁边，从而可方便将电机和泵类的控制纳入DCS中去。

1.1.2系统网络采用工业以太网。其优点：

抗干扰能力强，不需特殊的接地要求，不对其它电子设备产生影响。

*处理单元型号为CPU 414-2DP。系统的输入输出模板的型号和数量由现场电气和仪表信号的类型和数量决定

PLC在力控组态软件的实现

4． 力控软件功能和结构

a） 针对西门子plcsim模拟软件只能编程监视和与wincc进行连接的问题下，力控开发了基于plcsim底层的sdk-api函数的驱动库，能很好的连接plcsim并完成如下功能，

i. 可以对plcsim进行stop/run/run-p的状态转换。

ii. 可以对i/q/m/db/c/t/fc/fb进行通讯和监控。

iii. 可以获得plcsim的cpu各种信息。

iv. 可以监控模拟4个累加器。

v. 可以和sfc/sfb/ob块通讯。（但不支持fm和cp卡）

vi. 可以和wincc/step7共享plcsim。

b）针对ab的emulate5000模拟软件，力控开发了基于emulate5000底层并结合rslinx的驱动库，能良好的连接emulate5000并完成如下功能，

i. 可以通过plinx访问和控制模拟plc的开关状态。

ii. 可以通过在emulate5000添加softmodul模对硬件i/o卡的访问。

iii. 可以访问模拟器里任何全局和局部的变量。

iv. 可以通过msg功能块监控消息变量，

v. 可以和rockwell公司的软件共享访问emulate5000。

5． 行业扩展应用

a）工程快速组态，以前针对plc的模拟软件只是面对编程界面一级，而无法结合人机界面软件，各大厂商也纷纷脱出自己公司软件和模拟软件的连接比如plcsim+wincc 或emulate5000+rsview32等，但是由于产品接口不开放，在工程组态初期，只能选用价格昂贵同一公司的软件来进行画面工艺流程模拟或者由于资金问题干脆就不进行画面模拟，从而造成工程造价比较高或者由于没有进行工艺流程模拟而导致工程问题多多。现在可以选用国内的力控组态软件来完成工程快速组态和模拟调试。也方便原本使用力控软件用户的快速组态和模拟工艺流程调试。

b）产品，现在市场上出现了很多工艺平台和教学平台，它们基本上都是为了节省实际装置利用软件模拟工艺流程的执行，而现在大多数模拟软件多数采用vc/vb等代码级的编程语言。这样控制，界面和接口开发周期比较长，代码调试比较麻烦，而且开发人员无法专注工艺模拟的实现，界面后期维护困难。而通过力控软件+plcsim/emulate5000这样的搭配，就可以让工艺和控制人员直接参与编写模拟软件而不再需要代码级的编程人员，既可以使用高品质的欧美控制产品组态控制回路又可以使用国内的力控组态软件组态繁杂的界面功能，从而脱离只能使用同一公司全套产品的价格。为较终用户和公司提供了高附加的软件解决方案