管式连续蒸煮制浆生产线控制系统的开发

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欢迎访问e展厅 展厅 1 造纸机械展厅 磨浆机, 压光机, 分丝机, 挤浆机, 洗浆机, ... 1 引言 连续蒸煮是目前一项较先进的制浆技术，管式连续蒸煮系统能满足系统的连续化、规模化生产，提高成浆的均匀性，保证产品质量，实现蒸气和动力消耗均衡，正逐步替代立锅、蒸球等间歇蒸煮的制浆生产方式。由于整个系统的生产是一个连续的过程，具有高温、高压等工作环境，人很难接近生产设备，再用以往简单的人工操作方式很难实现，因此必须配备先进可靠的自动化控制系统。 2 工艺过程及控制要求 管式连续蒸煮系统主要由湿法备料系统、连续蒸煮系统及洗涤水回用系统组成。根据不同原料(麦草、芦苇、竹片等)及产量，可配套不同规格的主、副设备。 2.1 湿法备料系统的控制 经干法备料初步净化的原料片经输送皮带送入料仓。通过料仓的出料机构，原料片从料仓出来，经皮带输送机、鼓式洗涤机送往湿法净化装置——水力洗涤机。在皮带输送机上方配有皮带秤和电磁除铁装置，使麦草初次计量和除去夹杂在其中的金属物。经洗涤后的原料片用泵送入斜螺旋脱水机，夹杂在原料片中的较小杂质和水分经筛鼓被除去，满足蒸煮系统螺旋喂料器的要求。其主要控制设备有：输送皮带、水平输送装置、倾斜提升装置、草片泵的速度，水力洗涤机的排渣，螺旋脱水机的脱水排渣，水力洗涤机进水量，水力洗涤机、循环水槽的液位，皮带秤的计量，电磁除铁器的磁场强度。 2.2 连续蒸煮系统的控制 经净化的原料片进入连续蒸煮系统。大部分原料片通过进料螺旋进入销鼓计量器，多余部分原料片从另一出口送出进入溜槽送回到水力洗涤机。销鼓计量器决定了连续蒸煮系统的处理量，也是确定蒸煮药液温度、压力、时间等参数的依据。经销鼓计量器计量后的原料片进入预热预蒸螺旋，料片经低压蒸气升温软化，并排除料片中的部分空气，以利于化学药品的浸入。其主要控制对象有：销鼓计量器的速度；预热预蒸螺旋内多点温度和加热蒸气的压力；预蒸螺旋的转速。 原料片随后进入系统的关键设备——螺旋喂料器。螺旋喂料器的主要作用：一是将料片推入T形管；二是使料片压缩，在出口处形成紧密的料塞，从而封住蒸煮管内的高压蒸气、防止物料反喷。料塞的形成与推进是螺旋喂料器的关键技术。为防止在料塞不紧密或操作不正常时，蒸煮管中的蒸气与药液穿过喂料器反喷，在喂料器与T型管之间设有气动止逆阀。其主要控制对象有：对止逆阀启闭进行自动和手动控制；蒸气温度、压力的控制；止逆阀气动压力的控制及其压力的监控报警。 原料料塞离开料塞管后进入T形管，马上膨胀并与加入T型管的药液及高压蒸气接触，开始吸收蒸煮药液和高压蒸气，开始蒸煮。蒸煮药液的流量根据产品的不同，与销鼓计量器的速度有着密切的关系。主要控制对象有：药液的流量；销鼓计量器的速度与药液流量的比值(俗称比值通)；蒸气压力、温度的多点检测和梯度场的控制。 原料片经吸收蒸煮药液后，进入蒸煮管，在饱和蒸气作用下，蒸煮药液与木素反应，脱去木素。蒸煮管的数量按设计工艺要求确定，各蒸煮管内的螺旋有一定的速度比要求。蒸煮完成后的浆料从蒸煮管末端进入中间管，中间管与立式卸料器连接，由立式卸料器将浆料送入喷放锅。其主要控制对象为：蒸煮管内螺旋的转速；各蒸煮管内螺旋的速度链控制；各蒸煮管内的温度、压力；立式卸料器的液位、温度；黑液流量；喷放锅的液位指示；出喷放锅的流量、浓度；稀释浆料的黑液流量。 经喷放阀喷出的浆料通过喷放管进入喷放锅储存，然后输送至下一工段。 另外，进入连蒸车间后饱和蒸气和清水的流量自动积算及压力自动调节，压缩空气的自动调节，碱液、白液和黑液的流量计量及中间槽罐的自动检测控制，蒸煮药液的制备及自动配料，黑液换热控制，碱液加热控制，热水槽罐的控制等都是自控系统的监控内容。湿法备料系统和连续蒸煮系统中所有传动电机应均具备互锁功能，其连锁关系可按需要投入和解锁，关键部位可按工艺要求设置多套连锁方案，且任意设备均可在非正常情况下撤除自动控制方式，改由手动方式控制。 3 控制系统的实现 根据连续蒸煮的实际要求，在选定方案时，要着重考虑控制系统的可靠性、安全性、先进性、合理性、经济性等方面的问题。我们选择了目前常用的DCS控制方式，应用PROFIBUS-DP通讯协议，组成现场通讯网络。 网络结构分为：生产管理级、自动控制级和现场控制级。生产管理级利用开放的工业以太网实现与自动控制级的信息采集、系统通讯、对自动控制级发出指令；自动控制级(即中心控制级)以开放的现场总线与若干分布式I/O现场控制站，进行数据通讯，接收现场传感检测信号，对控制对象进行控制。 操作系统 Microsof Windows 2000中文版监控软件 WinCC V5.1 组态软件 SIMATIC STEP7 5.1实时控制网 PROFIBUS-DP 9.6Kbps～12Mbps 该系统具有通用性，系统可以灵活组态，控制功能完备，显示操作集中，人机界面友好，运行安全可靠，对于提高生产过程的自动化水平，提高产品质量、提高劳动生产率具有特别重要的意义。 DCS控制系统，从结构上讲就是将采集和控制分散在多个现场控制站，而将操作和监视功能集中在一个或多个操作站。它从硬件上采用标准化、模块化和系列化产品，并具有热插拔功能，维护方便。系统上各工作站通过网络接口相联接，系统的实时控制网络可使系统资源实现共享。通讯总线的应用使原先复杂繁琐的接线工作变得简单了许多，也节省了大量的接线材料。 控制系统的控制对象是生产中的各种参数。这些参数通过不同的变送器、传动装置等，最终以模拟量、数字量2大类信号送到就近的站点。各站点又以数字方式，经远程I/O站点，通过现场控制总线PROFIBUS-DP方式，以9.6K～12M的波特率，将相关的信息送到自动控制主站可编程控制器PLC。主站可编程控制器PLC将相关的信息按工艺要求和连锁关系，进行逻辑或数学运算，数据处理后再经过各站点送到各执行机械或显示终端。 在制浆过程中，因其控制点多而复杂，PLC主站采用大型控制器组成自动化中心控制系统，使系统容易扩展和具备各种网络通讯能力；采用分布式结构，远程智能化接口提供了各种电压和保护等级的数字、模拟I/O单元，可以集中放置，也可以分散安装在现场远程I/O站中。 采用变频器完成制浆过程中变速设备的驱动；变送器将液位、温度、压力、流量和浓度等实时数据转换成4～20mA的标准信号，发送到远程I/O站上，对阀门、泵、电机等执行器进行控制。为方便操作人员，并考虑到工艺工程师和控制工程师的需要。配置数台触摸屏或2台上位监控机，作为普通级操作员站或工程师站，对现场设备进行操作和控制。操作员在正常情况下，仅在控制室就可以对整个生产线进行控制，避免操作员在温度、高蒸气压力等危险环境下工作。 我们目前主要开发和实现 续蒸煮的产量与药液的流量“比值通”函数关系，螺旋喂料器传动的负荷检测和控制与安全活塞的反喷连锁关系，蒸煮管压力均衡控制问题，蒸煮管转速递度等级控制关系，立式卸料器黑液流量控制及自动阶跃喷放调节控制等一系列关键技术。 4 控制系统质量的保证 长期以来，我院自动化室一直从事自动化控制系统的设计、调试和制造。通过不断实践、总结，使得我们在软硬件方面都到了丰富的经验。 4.1 在软件方面 我们学习、掌握、应用了新的先进的技术知识，使系统的设计更具合理性、科学性。对新技术的应用，都经过反复实验、调试，在真正掌握其技术之后，才使用到生产中去。图纸在生产之前，需经专人审核。在设计中，集各人智慧，从多方面考虑系统的适用性，可靠性。在该系统中，因在高温度、高汽压环境中生产，有的位置人是不能靠近的，为了调试、生产、维修的需要，我们采用了“远程/本地”两种三地操作方式。“本地”操作也就是在设备附近操作，考虑到设备维修保养时，远处的操作人员无法知道现场的情况，任何一种盲目的操作都会带来不可估量损失，甚至伤及到人的生命，因此“远程/本地”的选择只能在“本地”进行。在程序的编制中，按照工艺要求尽量满足操作人员的习惯，使操作人员真正感觉到系统先进性。 4.2 在硬件方面 为了保证成套设备的质量，不仅在柜、台外观以及无器件上进行严格筛选，还请有经验的老师傅对控制柜、台进行接线。由技术人员对柜、台的接线进行核查，发现问题及时修正。在出厂之前，还必须作通电试验，以保证出厂设备质量。 5 小结 备料和蒸煮是一个连续、系统化的生产过程，自动化控制水平要求较高，自动控制系统在改善产品质量、提高生产效率、保证生产安全等方面起到了重要作用。 自动控制系统的控制性能至关重要。它主要以控制器的功能块运算能力、系统组态的方便性和灵活性来衡量；系统的可靠性和环境适应性同样重要，可通过冗余配置，提高其可靠性，以满足系统控制的要求。 监控系统的DCS系统的一个重要组成部分。应用于湿法备料系统和连续蒸煮系统的过程监控系统应适合对过程事件进行快速反应和准确控制。过程监控系统的基本功能应包括：可构成丰富多彩的动态参数控制画面；动态参数的趋势信息；实时状态报警处理；生产统计报表及信息归档；系统的自诊断及适当的操作权限分级。 该类控制系统已多次使用在生产过程中，已形成了一套成熟的技术设备。该控制系统的应用，大大增强了生产自动化的水平，提高了产品质量和生产效率，减轻了操作人员的劳动强度，方便了工人的维修保养等等。正是诸多的优点，这种控制方式已得到了越来越多地应用。 (end)

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