基于ProfiBus現場(chǎng)總線(xiàn)的堿回收車(chē)間DCS方案設計

0引言

　　造紙工業(yè)的污染是世界上工業(yè)污染的主要來(lái)源之一，其中制漿造紙行業(yè)的污染負荷80%以上來(lái)自制漿黑液。若黑液不能得到有效治理，不僅嚴重污染了環(huán)境，而且造成了大量資源的浪費。堿回收是目前治理黑液最為有效和成熟的一種手段，它不僅能有效的回收黑液中的堿，而且利用黑液燃燒產(chǎn)生的熱量生產(chǎn)蒸汽，而蒸汽和堿又可回用于造紙行業(yè)其它生產(chǎn)工序。因此堿回收系統是解決制漿企業(yè)黑液污染和資源循環(huán)利用的不可缺少的部分，具有很好的環(huán)保和經(jīng)濟效益?？梢?jiàn)堿回收在制漿造紙行業(yè)具有十分重要的地位和意義。[1]

　　堿回收車(chē)間一般分為蒸發(fā)、燃燒和苛化三個(gè)工段。新型堿回收系統被列為造紙工業(yè)若干重要前沿問(wèn)題之一。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是目前正在興起的一種全新的控制技術(shù)。目前比較流行的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)主要有:Profibus、基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)FF等。Profibus是一種國際的、開(kāi)放的、不依賴(lài)于生產(chǎn)廠(chǎng)商的總線(xiàn)標準。它由互相兼容的3部分組成:①ProfibusS2DP;主站和從站之間采用輪換查詢(xún)的方式通訊,用于設備級控制系統和分散式I/O的通訊;②Profibus2PA,電源和通訊數據通過(guò)總線(xiàn)并行傳輸,可使得傳感器和執行機構通過(guò)一根總線(xiàn)相連接,主要用于單元級和現場(chǎng)級通訊;③Profibus2FMS,用于車(chē)間級監控網(wǎng)絡(luò ),是一個(gè)令牌結構、實(shí)時(shí)多主站網(wǎng)絡(luò )。

　　本文簡(jiǎn)要介紹了作者在河南某造紙廠(chǎng)堿回收工段采用ProfiBus現場(chǎng)總線(xiàn)實(shí)施的計算機集散控制的控制方案。

1工藝流程及控制策略

　　蒸發(fā)工段的主要設備是蒸發(fā)器，蒸發(fā)器串聯(lián)組成蒸發(fā)站。本設計中所控制的蒸發(fā)站是典型的五體五效蒸發(fā)系統，除了蒸發(fā)器的相關(guān)控制外，還有一些輔助的蒸發(fā)設備，如板式降膜蒸發(fā)器、溫水槽、黑液槽罐、冷凝水閃蒸罐、液位罐等。系統控制的目標是保持出效濃黑液濃度的穩定、總有效溫差的穩定和冷凝水罐液位的穩定。一般可分為蒸汽子系統、黑液子系統和冷凝水系統。本工段的主要控制目標是保證出效黑液的濃度、穩定總有效溫度差和冷凝水系統的穩定。本工段設立包括各效蒸汽壓力和真空度在內的壓力測量環(huán)節11個(gè)，包括各效蒸發(fā)器黑液液位、冷凝水閃蒸罐和液位罐及黑液存放槽罐在內的液位測量環(huán)節17個(gè)，包括蒸汽、黑液溫度在內的溫度測量環(huán)節18個(gè)，包括蒸汽、黑液、清水在內的流量測量環(huán)節8個(gè)。

　　燃燒工段是利用煙氣和余熱進(jìn)一步把蒸發(fā)工段帶來(lái)的濃黑液濃縮到65%～70%的濃度以供燃燒。它的主要設備是堿回收噴射鍋爐，其運行情況的好壞決定了整個(gè)工段的生產(chǎn)效率。其作用一方面是回收黑液中大量有機質(zhì)（脫木素）的有效熱值，以產(chǎn)生蒸汽供全廠(chǎng)發(fā)電或造紙干燥之用;另一方面回收黑液中的無(wú)機堿鹽。本工段還包括其他一些配套設備，如空氣加熱器、圓盤(pán)蒸發(fā)器、靜電除塵器等。一般可分為黑液子系統、供風(fēng)子系統、給水及蒸汽子系統和綠液子系統。在燃燒過(guò)程中，各系統三者互有關(guān)聯(lián)，在這里，首先要確定的是燃料/空氣的比率，適當的比率可獲得最好的鍋爐的效率，在本系統中，入爐黑液及空氣都有計量，因此在調試過(guò)程中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，就可得到合適的比例關(guān)系。引風(fēng)量根據爐膛負壓進(jìn)行調節，在上述其他二個(gè)參數變更時(shí)，引風(fēng)量也必須作出反應，進(jìn)行相應的調節。在本系統中，送風(fēng)、引風(fēng)都采用了變頻器，可以作精細的調節。本工段設置壓力測量環(huán)節17個(gè)、液位測量環(huán)節11個(gè)、溫度測量環(huán)節21個(gè)、流量測量環(huán)節8個(gè)。

　　苛化工段的主要設備是石灰消化提渣機和苛化器。輔助設備有白液澄清器、乳液澄清器、白泥洗劑器、真空過(guò)濾機、預掛過(guò)濾機等。本工段主要控制好綠液的濃度、流量和石灰加入量的配比以及苛化反應的時(shí)間和溫度。本工段設置壓力測量環(huán)節1個(gè)、液位測量環(huán)節10個(gè)、溫度測量環(huán)節12個(gè)、流量測量環(huán)節3個(gè)。

2系統硬件設計

　　整個(gè)控制系統的框架由分布式過(guò)程控制裝置、操作管理單元和通信系統三部分組成。其結構如圖1所示。

　?。?）分布式過(guò)程控制裝置

　　核心部分采用西門(mén)子S7-300/400系列模塊，包括CPU414-2DP、CPU315-2DP，電源PS407、PS307，通訊模塊CP443-1、CP343-1，ET200M，SM331，SM332，SM321，SM322模塊等。SM31模塊主要完成溫度、壓力、流量、液位以及系統中其他模擬量的數據采集。SM332模塊主要完成執行機構的模擬驅動(dòng)信號輸出。SM321模塊主要完成系統中數字量輸入信號（如電機的狀態(tài)反饋、切斷閥閥位反饋等）的采集;SM322模塊主要完成系統中數字量信號的輸出（如電機的啟停、電動(dòng)閥的開(kāi)關(guān)驅動(dòng)信號等）。具體模塊配置見(jiàn)表1。

　　表1西門(mén)子模塊配置表

　?。?）操作管理單元

　　工程師站由一臺DELL筆記本構成，編程平臺采用西門(mén)子Step7V5.3，主要完成數據采集、回路控制、連鎖控制、流量累計等的編程工作。