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李勝廣，賈  磊，王德洲

1  引言
蒸煮過程是造紙工業(yè)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是復(fù)雜的化學(xué)化工過程，人工控制勞動強(qiáng)度大，而且控制質(zhì)量難以保證，造成紙漿Kappa值波動大，得率底，蒸煮過程的數(shù)學(xué)模型復(fù)雜，采用常規(guī)儀表也很難實(shí)現(xiàn)對蒸煮過程的自動控制。我們基于亞控組態(tài)王6.0設(shè)計(jì)了間歇蒸煮過程的監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以完成H因子的自動計(jì)算和終值控制，具有自動報(bào)警、自動生成報(bào)表、保存歷史數(shù)據(jù)、在線修改溫度曲線等功能。
2  系統(tǒng)分析和H因子
蒸煮過程自動控制中，由于飽和壓力和溫度有著對應(yīng)關(guān)系，漿的溫度可以近似的看作對應(yīng)壓力下的飽和蒸汽溫度，漿溫度的測量要大大難于壓力的測量，所以控制壓力可以間接的控制漿的溫度。
如圖1所示，典型間歇蒸煮過程由預(yù)熱(a)，一次升溫(b)，短時(shí)小保溫(c)，二次升溫(d)，長時(shí)間保溫(e)五個(gè)階段組成。

 
圖1  典型間歇蒸煮過程示意圖

紙漿蒸煮過程中的H因子是蒸煮相對反應(yīng)速率對蒸煮時(shí)間的積分值，結(jié)合了蒸煮時(shí)間和蒸煮溫度兩個(gè)因素，用以控制蒸煮終點(diǎn)。在進(jìn)料量、用堿量、液比等因素相對恒定的情況下，只需對反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的相對關(guān)系進(jìn)行控制，使H因子相同，就可以得到硬度值相同的紙漿。相對反應(yīng)速率常數(shù)KR(T)是以100℃（或其它溫度）的反應(yīng)速率常數(shù)K作為1而與之相對比較的常數(shù)。
             (1)
                  (2)
式(1)中，K為脫木素相對反應(yīng)速率；K0為反應(yīng)常數(shù)（參加反應(yīng)分子的碰撞率）；E為反應(yīng)活化能 ；R為氣體常數(shù)；T為絕對溫度。

 
圖2  硬件系統(tǒng)圖

3  硬件系統(tǒng)
我們控制的對象是7個(gè)蒸煮罐和1個(gè)汽包，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)有7個(gè)罐的壓力、汽包的溫度、壓力，控制面板的每個(gè)罐的啟停開關(guān)狀態(tài)，輸出控制執(zhí)行器的閥位開度。我們采用的是研華610工控機(jī)，內(nèi)置華遠(yuǎn)數(shù)據(jù)采集卡。利用HY1232 A/D板采集蒸煮罐的壓力和汽包壓力、溫度，利用HY6080 D/A板輸出控制執(zhí)行器，利用HY6130 DO板控制自行設(shè)計(jì)的數(shù)碼顯示和報(bào)警電路，利用HY6110 DI板采集控制柜上各罐的啟停開關(guān)，圖2為硬件系統(tǒng)圖。
4  軟件系統(tǒng)
由于系統(tǒng)控制點(diǎn)數(shù)多，畫面復(fù)雜，自行設(shè)計(jì)控制軟件難以完成相應(yīng)的控制任務(wù)，所以我們采用國內(nèi)先進(jìn)的組態(tài)軟件―組態(tài)王。組態(tài)王6.0比較原來的低版本具有如下特點(diǎn)：
(1)  增加了工程集中管理和工程加密，畫面和命令語言導(dǎo)入、導(dǎo)出功能。
(2)  畫面制作系統(tǒng)可以支持無限色和過渡色，使畫面更逼真；支持多種圖形格式；可視化動畫連接向?qū)ㄟ^可視化圖形操作，直接完成移動、旋轉(zhuǎn)的動畫連接定義。
(3)  報(bào)警和事件系統(tǒng) 報(bào)警系統(tǒng)全新改版，提供多種報(bào)警管理功能，還可以記錄應(yīng)用程序事件和操作員操作信息。
(4)  提供一套全新的、集成的內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報(bào)表函數(shù)，用戶可創(chuàng)建多樣的報(bào)表。這個(gè)功能是低版本無法比擬的。
(5)  支持Windows標(biāo)準(zhǔn)的Active X控件（主要為可視控件），包括Microsoft提供的標(biāo)準(zhǔn)Active X控件和用戶自制的Active X控件。
(6)  遠(yuǎn)程撥號與原有驅(qū)動程序無縫連接，硬件設(shè)備端無需更改程序。
(7)  完全基于網(wǎng)絡(luò)的概念，是一種真正的客戶-服務(wù)器模式，支持分布式歷史數(shù)據(jù)庫和分布式報(bào)警系統(tǒng)，組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)，可以將整個(gè)應(yīng)用程序分配給多個(gè)服務(wù)器，如指定報(bào)警服務(wù)器和歷史數(shù)據(jù)記錄服務(wù)器，這樣可以提高項(xiàng)目的整體容量并改善系統(tǒng)的性能。
利用組態(tài)王軟件的類C語言和所帶的豐富的函數(shù)，可以很容易的進(jìn)行編程。系統(tǒng)畫面分為全景圖、報(bào)警圖、歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線、報(bào)表、系統(tǒng)管理圖等。圖3為全景圖，從每一個(gè)罐的圖標(biāo)上可以直接進(jìn)入各個(gè)罐的實(shí)時(shí)曲線和相應(yīng)的設(shè)置畫面中。

 
圖3  控制系統(tǒng)全景圖

數(shù)據(jù)報(bào)表是反映生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄的一種重要形式。既能反應(yīng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的生產(chǎn)情況，也能對長期的生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，使管理人員能夠?qū)崟r(shí)掌握和分析生產(chǎn)情況。 組態(tài)王提供內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)，工程人員可以任意設(shè)置報(bào)表格式，對報(bào)表進(jìn)行組態(tài)。組態(tài)王為工程人員提供了豐富的報(bào)表函數(shù)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表打印等。我們設(shè)置了三種報(bào)警方式，分別為壓力超限報(bào)警、H因子終值報(bào)警、黑液回流報(bào)警，每當(dāng)新報(bào)警發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)就會以報(bào)警燈和報(bào)警鈴?fù)瑫r(shí)響應(yīng)，并且在監(jiān)控畫面中有字體閃爍，標(biāo)志罐的號數(shù)和警報(bào)性質(zhì)，并且對報(bào)警記錄定時(shí)保存，以供制定工藝或者設(shè)定參數(shù)之用。
5  結(jié)語
本文所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)已用于某造紙廠蒸煮過程的實(shí)際生產(chǎn)控制過程中，取得了良好的控制效果，提高了蒸煮的質(zhì)量和產(chǎn)量。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)界面直觀，操作簡單，控制質(zhì)量高，系統(tǒng)造價(jià)低，可以持續(xù)正常穩(wěn)定的生產(chǎn)。

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