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1、IIISIEMENS S7-400PLC在造纸过程碱回收车间燃烧工段中的应用摘 要随着造纸工业规模的不断扩大，造纸企业对造纸过程中的自动化程度要求越来越高。在我国，造纸企业在生产过程中采用的微机监视与控制系统一般为单独运行且分散在各个设备处，没有进行对整个生产过程进行集中实时监控，使得生产管理人员无法及时全面地了解各个生产环节的生产状态，难以做到及时、准确地指挥生产。本论文设计是利用PLC系统对造纸过程中制浆环节进行控制，具有安全可靠，通用灵活的特点，从而实现对整个造纸生产流程的自动化监控。本论文重点是对碱回收燃烧工段的系统分析与研究，提出了一种安全可靠的控制方案。详细介绍了系统中西门子S7-
2、400系列PLC所用到的各种硬件模块的选型和组态。关键词：碱回收，燃烧，PLC，WINCCSIEMENS S7-400 PLC Recovery Workshop in the Process of Burning Paper in the Application of SectionABSTRACT Along with the industrial scale of paper spreading time and again, the papermaking enterprise is more and more high to in the papermaking process au
3、tomaticity request. In our country, the papermaking enterprise the microcomputer surveillance and the control system which uses in the production process generally for alone moves also disperses in each equipment place, has not carried on to the entire production process carries on the centralism to
4、 monitor at times, causes the production management personnel to be unable promptly comprehensively to understand produces the link one by one the production condition, achieves with difficulty promptly, accurately directs the production. In this paper, the design is the use of PLC systems in the pu
5、lp and paper manufacturing process control link with a safe, reliable, universal and flexible features, the entire paper in order to achieve the automation of production process monitoring. This paper focused on the Recovery Combustion Process Analysis and Research, a safe and reliable control progr
6、amme. Details of the system in the Siemens S7-400 series PLC used by the various hardware module selection and configuration.KEY WORDS：Soda recovery，Combustion ，PLC，WINCC目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1引言11.2本论文的工作12 碱回收简介22.1碱回收的生产过程22.2实施碱回收的意义22.3燃烧工段工艺流程22.3.1黑液的燃烧过程32.3.2影响黑液燃烧的因素32.3.3燃烧工段的工艺流程52.3.
7、4燃烧工段设备介绍63 DCS系统的简介83.1 DCS的组成83.2 DCS系统的发展过程93.3 MPI网103.4 PROFIBUS-DP103.5工业以太网114控制系统的硬件设计124.1测控系统的网络结构设计124.2 PLC简介144.2.1 PLC的基本结构154.2.2 PLC的工作原理164.2.3 PLC的特点174.2.4 PLC的发展184.3 PLC 硬件设计194.3.1 PLC模块的安装194.3.2 CPU模块194.3.3 SM321数字量输入模块214.3.4 SM322数字量输出模块234.3.5 SM331模拟量输入模块234.3.6 SM332模拟量
8、输出模块274.3.7电源模块274.3.8机架294.4其他硬件294.5 传感器305 PID算法315.1 PID控制的优点315.2 PID的形式315.3比例调节作用325.4比例积分调节作用335.5微分调节作用345.6 PID控制子程序框图356 STEP 7及WinCC软件简介376.1 西门子PLC编程软件STEP 7376.2 西门子组态软件WinCC407 总 结43致 谢44参 考 文 献453SIEMENS S7-400PLC在造纸过程碱回收车间燃烧工段中的应用1 绪 论1.1引言造纸工业是国民经济的重要组成部分。近年来，随着国家对环境保护的日益重视，解决造纸厂的废
9、水排污问题已成为首要课题，特别是对于以麦草为原料的众多造纸厂来说，麦草浆黑液的处理问题尤为突出。黑液是由碱法制浆蒸煮得到的废液，其成分主要根据所采用的植物原料及制浆蒸煮条件不同而有所不同。对黑液采取回收的方法国内也做过许多尝试，但经过考核比较发现用燃烧法处理黑液回收碱是目前黑液治污中最为成熟和有效的技术1。然而对麦草浆的黑液来说，燃烧绝非易事。首先是因为碱回收的投资成本较大，使用设备复杂，而且麦草浆黑液的燃烧工艺和设备也仍处在整理与完善中；其次是因为麦草浆黑液属于一种劣质燃料，由于其含灰、含硅量大，燃烧值低，粘度大，浓度低，对燃烧的许多工艺条件要求都很高，因而使黑液燃烧变得比较困难，极易造成因
10、燃烧不稳定而甩不掉油枪，使碱回收成本大大增加的局面。因此，在麦草浆黑液的碱回收工程中，燃烧工段是最重要的环节之一2。PLC系统在造纸行业的广泛使用，使得造纸的自动化程度越来越高。随着造纸工业的不断发展，废水污染日益加剧。因此，制浆黑液的碱回收工艺对工厂起着尤为重要的作用，它是变废为宝、化害为利、效益显着的综合利用工程，是造纸厂治理水污染的首要措施。1.2本论文的工作本论文重点在对当前碱回收燃烧工段系统分析研究后提出了一种安全可靠的控制方案。碱回收燃烧工段的过程控制系统是一个复杂控制系统。国内对这方面的系统研究较少，本论文对碱回收燃烧工段的工艺流程和当前的继电器控制系统、集散控制系统、工业控制计
11、算机控制系统及可编程逻辑控制系统(PLC)的特点进行系统分析后，结合具体碱回收燃烧工段项目，采用西门子S7-400 PLC设计了碱回收燃烧工段的过程控制系统。本论文要作以下工作：（a）熟练掌握造纸碱回收中燃烧工段的工艺流程。（b）完成燃烧工段控制系统硬件部分的设计。（c）了解STEP7与WINCC之间的通信知识。2 碱回收简介2.1碱回收的生产过程碱回收工程包括四个生产过程：提取、蒸发、燃烧、苛化。（a）提取：尽量使黑液与浆料分离，把黑液提取出来。（b）蒸发：使黑液浓缩到50%以上的浓度。（c）燃烧：黑液送入燃烧炉，将有机物烧去，剩下无机物碳酸钠和硫化钠(草浆情况下还有硅酸钠)。燃烧后的无机物
12、呈熔融状态，经溶解澄清后成为绿液。（d）苛化:把石灰加入绿液中，使碳酸钠(草浆情况下包括硅酸钠)苛化成为氢氧化钠，并将苛化所产生的碳酸钙和硅酸钙(即白泥)沉淀分离，最后得到氢氧化钠和硫化钠的混合溶液，通称白液，可供制浆使用3。2.2实施碱回收的意义碱回收系统从碱法制浆黑液中回收了碱和热能，并实现了工厂企业自身封闭循环使用，对于碱法制浆黑液还有其它的治理措施，但会有相应的副产品产生，存在运行成本和市场对其副产品需求变化的问题，因此碱回收对碱法制浆造纸企业而言是实现清洁生产、保护环境、废液进行厂内治理的重要组成部分。碱回收能最经济有效地削减废液的污染负荷，大幅度提高资源回收利用率，再经过物化-生化
13、法的综合处理就可使企业生产过程中的中段废水达标排放。对造纸厂的黑液进行碱回收有以下好处2:(a）环境效益:黑液是纸厂主要污染源。其中的固形物约有2/3是有机物，1/3是无机物。有机物是纸浆厂污水中的BOD, COD, SS和色度的主要来源。无机物中主要是碱。因此每回收一吨碱大约要烧去两吨以上的污染物，可以大大减轻纸浆厂对江河水质的污染。(b）社会效益:电解法制碱，每吨碱要耗电2700度，食盐1.61.7吨。每回收一吨碱，大厂耗电400600度，小厂1000吨左右，不用盐只用石灰。因此每回收一吨碱比电解法节电17002300度，且不必由外厂运来3040%的碱液，每吨固碱可节约运力255吨以上。(
14、c）经济效益:外购碱到厂价在2000元/吨左右。回收碱成本小厂约1000元/吨，大厂只要400600元/吨，经济效益非常显着。2.3燃烧工段工艺流程我国碱法化学浆产量约占全国化学浆总产量的90%，而碱法制浆产生黑液的污染负荷大，约占制浆造纸生产产生废水总污染负荷的90% 左右。由此可见，制浆造纸工业水污染的防治，首先必须解决对制浆黑液的源头治理。国内外实践证明，黑液治理最佳技术是碱回收，它是削减碱法蒸煮黑液最经济、最有效的途径2。2.3.1黑液的燃烧过程黑液的燃烧过程基本上可分三个彼此相关的阶段5：第一阶段：黑液的蒸发干燥阶段。经过多效蒸发和直接蒸发后，送入碱回收炉的黑液浓度，草浆约50%，木
15、浆约60%65%，这样的浓度的黑液还不能直接燃烧。因此，黑液送入炉内之后，要利用燃烧产生的热量增大浓黑液，使其干燥成含水10%15%的黑灰，才能燃烧，并发生一系列化学反应，使全部游离的氢氧化钠和大部分硫化钠转化为碳酸钠、硫酸钠和硫化钠等，黑液中有机化合的碱也生成亚硫酸钠和硫酸钠。第二阶段：黑液的热裂解及燃烧阶段。经过干燥的黑灰落在垫层上，有机物快速分解，同时放出大量的热。第三阶段：无机物的熔融及芒硝还原阶段。此阶段除有机物继续燃烧外，主要是无机物熔融及芒硝还原。此阶段温度高达1000以上。黑液燃烧系统是制浆厂整个碱回收过程中最复杂也是最关键的工段。燃烧工没的最主要设备为碱回收锅炉，目前国内外普通使用的碱回收锅炉类型为喷射炉，喷射炉作为整个硫酸盐制浆厂体积最大，造价也最高的设备，其作用一方面是回收黑液中大量有机质（脱木素）中的有效热值，以产生蒸汽供全厂发电或造纸干燥之用；另一方面使黑液中的无机碱盐（，）经还原反应后回收供制浆蒸煮重复使用。2.3.2影响黑液燃烧的因素（1）影响黑液燃烧的因素很多，主要有以下几个方面：（a）黑液的组成和性质这是影响黑液燃烧的一个主要因素，应根据黑液的不同
