第1章 备浆工段工艺过程1.1备浆工艺简介本次设计主要是针对备浆工段中废纸的碎解、粗筛、净化、精选、磨浆部分进行DCS设计。我们应用德国西门子公司的S7系统来进行硬件配置及软件组态，从而完成系统的控制要求。1.废纸的碎解流程一般为：原料进水力碎浆机高浓除砂器疏解机。该流程的任务是废纸碎解成纤维悬浮液，同时去除废纸中的各种轻重杂质。链板机将废纸包送到水力碎浆机，原料被一个一个放到链板机上，包上的捆绑铁丝已被切断，如果有大块的杂质、铁块应在链板机上及时清理掉。碎浆机的操作是连续的。原料在碎浆机内被碎解，碎解后被稀释到4.5%，并由泵送到高浓除渣器进行处理，良浆被送到贮浆塔，浆渣被排出系统外。水力碎浆机的主要功能是混合原料与白水，使原料尽快的分解成可以泵送的浆料。大部分大块的杂质和重渣被从浆料中分离出，重杂质被收集到渣井中，绞绳机收集打抱的铁丝和一些绳状物；水力清渣机可去除大片重杂质和塑料片。高浓除渣器的功能是除去像砂子，铁钉，玻璃等杂质，进而减少对下段工序中设备的磨损。2.经过筛选、浓缩后的浆料还要经过盘磨，以获得适当的纤维特性；进入成浆池，准备送往造纸车间使用。磨浆是为了提高纸的质量，配浆过程中由于各浆料的浓度、流量、打浆度等参数一直在变，所以人工很难做到各浆料、胶料的精确配比，这样就容易出现配比不稳定，造成浆浓度波动，各浆池液位波动等相互关联的不利现象，恶化该工段和后续抄造工段的工艺条件，。本次设计采用了比率自动控制方式进行连续配浆，即利用成浆池液位控制的输出作为主要浆种的流量给定，并通过比率控制器决定其他浆种的流量给定。3.废纸经过水碎、高浓除渣器后进入粗筛系统进行处理，良浆送往下工序，浆渣经过多次处理后排出系统外。粗筛是为了除掉纸料中相对密度小而体积大的杂质，纸浆的初筛和精选都要用到压力筛，而压力筛在洗浆过程中一定要保证良浆和尾浆的按比例控制，又要防止压力筛的堵浆现象的发生，当出现堵浆现象时，必须采取措施进行反冲洗，将堵浆冲洗干净，保证整个洗浆过程的顺利进行。压力筛的控制参数多，难以控制。其中有进浆口、白水进水口、良浆出口和尾浆出口的流量控制，浆池液位连锁报警控制。良浆出口和尾浆出口的流量控制采用等比例控制，当系统稳定时，进出口压差又是与进出口流量成正比的，同时当压差控制大于某个值，出现堵浆时必须将进浆口阀门全开，良浆出口阀门全关，尾浆出口全开，形成一个反压反冲1-3秒去除堵浆，使压差达到要求后进出口阀门恢复到以前状态。4.净化就是纸浆经筛选后，浆中仍有一部分细小而相对密度较大于纤维的杂质。如原料中的泥沙、化学药品的沉见物、砂石、飞灰等。这些经粗选和精选后热闹感不能除去，因此还须净化除砂，进一步除杂，提高纸浆质量。5.给白水部分提供制浆线的所有需要的白水，是制浆线启动的基本前提条件；只有该系统中充满水时，各设备组才允许启动。6.通用部分包括压缩空气、清水、密封水；该部分是整个制浆造纸车间设备、仪表启动的基础，只有该部分启动之后，各个设备组才允许启动。7.在整个流程中应该注意的几个过程是：碎浆后，纸浆经过高浓除渣器进入贮浆塔时要检测出浆管的压力，如果压力过大，就要打开出浆管压力阀，使一部分浆回流到水力碎浆机中。精选后的浆经过多盘式真空过滤机过滤掉水份，在进入磨前浆池时要进行浆浓度的检测，如果浓度过大，可以加清白水稀释；如果浓度过小，那就没有办法了。在用双圆盘磨浆机磨浆时，多个双圆盘磨之间的连接可根据具体生产的需要并联或串联工作。同时还应该注意到，在浆被磨制后，向两个方向流动，一部分又回到双圆盘磨浆机，另一部分进入成浆池。在这两个管道上都各加了一个双盘磨138出浆管流量显示调节阀，而且这两个阀的开度正好相反。开始在浆没有磨制好之前连接成浆池的管道上的阀开度要小，另个阀开度要大，这样有助于反复的磨浆。慢慢的成降池管道上的阀开度不断增大，另个阀开度减小，使浆进入成浆池。其流程如图1-1所示。图1-1 生产工艺流程图第2章 控制要求及方案2.1设计题目及意义本次设计的课题是，基于S7-400PLC的备浆系统过程控制。在本课题的设计过程中，可以较好的了解生产实际的工作过程，以及各测控点对生产工艺所引起的作用。学会如何根据工艺要求选择测控仪表设备，如何根据测控点和测控仪表设备的要求选择PLC接口模块。了解整个测控系统的结构和硬件系统的接线方式，学会软件编程并能深入理解过程控制中相关环节的控制原理和适用的条件，为以后的工作打下一个坚实的基础。备浆系统市造纸厂制浆后期、浆料即将上网造纸的一个重要环节，其工作是否正常对纸张质量影响很大，在此系统中尤其是打浆过程是控制的重点。2.2设计的主要任务本次设计的主要任务是在熟悉生产工艺流程、了解各对应测控点的作用和目的的基础上选择对应的控制仪表及设备，列出控制点统计表，并根椐测控点分类选择S7-300PLC各种模块（种类、数量），完成整个硬件系统的配置。再通过对开发平面STP7+WINCC以及各种应用软件的掌握完成该系统的软件组态，以实现对备将过程的DCS控制。2.3总体设计方案2.3.1 PLC应用系统设计的基本内容确定系统的构成形式、择定系统运行方式与控制方式、选择用户输入设备、输出设备及由输出设备驱动的控制对象及PLC的选择。保证整个控制系统的技术经济指标：包括机型选择、容量选择、I/O模块选择、电源模块的选择、分配I/O点、绘制I/O连接图、设计控制程序。 为了系统能够安全可靠运行，应反复调试、修改。必要时还需设计控制柜、编制控制系统技术文件。如：说明书、电气原理图、电气元件明细表、I/O连接图、I/O地址分配表以及控制软件。PLC应用系统设计的一般步骤如图2-1所示。了解工艺过程分析控制要求确定系统构成方案确定用户I/O设备确定控制方式及运行方式选择PLC分配I/O点，设计I/O连接图编制流程图设计控制柜设计梯形图现场连接输入程序并检查调试满足要求联机调试满足要求编制技术文件交付使用图2-1 系统设计流程图2.3.2 PLC控制系统选型一般来说，由PLC构成的控制系统有四种类型：单机控制系统、集中控制系统、分布控制系统及远程I/O控制系统。由PLC构成的单机控制系统，适用于一台机器或一条生产线的小系统。由PLC构成的集中控制系统，适用于控制对象所处的地埋位置比较接近，且相互之间的动作有一定联系的场合。他的控制对象是有限的。其缺点是当某一控制对象的控制程序需改变或PLC出现故障时，必须停止整个系统工作。由PLC构成的分布式控制系统，被控对象比较多，分布在一个较大区域内，相互之间距离较远，且各被控对象之间要求经常地交换数据和信息。多用于多台机械生产线的控制，各生产线之间有数据连接。用PLC构成远程I/O控制系统。实际上是集中式控制系统的特殊情况，其I/O模块不与PLC放在一起，而是远距离在放在被控设备附近，远操I/O通道与PLC之间通过同轴电缆传递信息，适用于被控对象远离集中控制的场合，远程I/O通道数目受对象分散程度和距离，PLC驱动能力。总体考虑备浆系统的工艺流程和工艺要求，我们采用由PLC构成的分布式计算机控制系统（DCS）。现场信号通过变送器送到PLC，PLC再与计算机进行通信，各种信号通过存储在PLC里的程序来控制，各种参数又通过计算机进行监控。2.3.3 择定系统运行方式系统运行方式一般有自动、半自动、手动三种。自动运行方式：系统在工作过程中，按给定的程序自动地完成被控对象的动作，不需要人工干预。设计中我们采用全自动控制方式。半自动运行方式：系统在启动和运行过程中的某些步骤需要人工干预才能进行下去，多用于检测手段不完善，需要人工判断或某些设备不具备自控条件，需人工干涉的场合。手动运行方式：不是控制系统的主要运行方式，而是用于设备调试，系统调整和特殊情况下的运行方式，是自动运行方式的辅助方式。2.3.4系统硬件设计系统硬件设计主要根据控制对象而定。工艺要求是系统设计的主要依据，也是控制系统所需实现的最终目的。了解工艺要求之后还要掌握控制对象的设备状况，既要掌握设备的种类、数量，还要掌握设备的新旧程序。根据工艺要求和设备状况就可提出控制系统应实现的控制功能，只有掌握了要实现的控制功能，才能据此设计系统的类型、规模、机型、模块、软件等内容。根据工艺要求，设备状况和控制功能，可以对系统硬件设计形成一个初步的方案，但要进行详细设计，则要对系统的I/O点数和种灯有一个精确的设计，以便确定系统的规模、各种电压电流等级、智能模板要求。 当然，在设计PLC组成的控制系统时，要考虑到所组成的控制方案的先进性。1.S7300/400的组成S7-300/400PLC功能强、速度快、扩展灵活，它具有紧凑的、无槽位限制的模块化结构，其系统结构如图2-2所示。图2-2 S7-300PLC系统构成框图它的主要组成部分有导轨、电源模块、中央处理单元、接口模块、信号模块、功能模块等，通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7PLC相连。导轨是安装S7-300/400各模块的机架，它是特制不许钢导型板，其长度有160、482、530、830、2000毫米五种可根据实际情况选择。电源模块、CPU及其它信号模块都可方便的安装在导轨上。除CPU模块外每块信号模块都有总线连接器，安装时先将总线连接器装在CPU模块并固定在导轨上，然后依次将各模块装入。2.I/O点数量统计我们的设计是针对宁波的海山纸业的备浆过程而设计的，其工艺流程我们在第一章已介绍过。根据整个工段的工艺要求，列出该项目的I/0统计清单，见附页。据统计，在此过程中共128个控制点。数字输入98点，数字输出48点，模拟量输入68个通道，模拟量输出33个通道。知道了数字量的点数和模拟量的通道数后我们就要考虑那种型号的信号模块，进一步再选择模块的个数。对于模拟量模块来说，为了缩短循环时间，应使用STEP7组态工具屏蔽掉不用的模拟量通道，使其不占用循环时间。制浆部各测控点仪表统计如表2-1所示。名称数量名称数量浓度4液位11流量18调节阀33压力31切断阀14电机起停34表2-1制浆部各测控点仪表统计3.现场仪表选型在整个工段，液位控制中一般的液位都是几米到几十米，流量控制中，我们选用电磁流量计，压力控制中，由于生产工段中的压力不是很大，选用一般的压力变送器足够，浓度控制中，因为要控制的浓度不大，所以还是选用一般的浓度变送器；具体的仪表如表2-2所示。序 号名 称型 号数 量生产厂家1浓度计MBT-23004BGT公司2电磁流量计AE220MG-AS1-LSG-A1N/BR DN22018上海横河4液位变送器EJA210A-DMSG2D5A-92NN11横河川仪5压力变送器EJA438W-DASG2A-AA03-92DA31横河川仪6气动V型调节球阀2SSV-167K-200YPDZD DV2008瑞安7耐震电接点压力表YNXC100III-MF3(3M)-316-0.6MPa1江苏海天8电节点压力表YXC100I(00.6)1江苏海天9ABB变频器ACS401-006-3-X1ABB10电功率变频器WB2P414AR11西南所表2-2现场仪表选型4.CPU模