【正文】 U或設備。MPI符合RS485標準，具有多點通信的性質(zhì)，接入到MPI網(wǎng)的設備稱為一個節(jié)點，不分段的MPI網(wǎng)（無RS485中繼器的MPI網(wǎng)）可以最多有32個網(wǎng)絡節(jié)點，僅用MPI接口構(gòu)成的網(wǎng)絡，稱為MPI分支網(wǎng)（簡稱MPI網(wǎng)），兩個或多個MPI分支網(wǎng)，用網(wǎng)間連接器或路由器連接起來，就能構(gòu)成較復雜的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)更大范圍的設備互連，MPI分支網(wǎng)能夠連接不同區(qū)段的中繼器。每個MPI分支網(wǎng)有一個分支網(wǎng)絡號，以區(qū)別不同的MPI分支網(wǎng)，分支網(wǎng)上的每個節(jié)點有一個網(wǎng)絡地址，這里稱為MPI地址，節(jié)點MPI地址號不能大于給出的最高MPI地址，這樣才能使每個節(jié)點正常通信。 用PC可以分配需要的MPI地址，修改最高MPI地址，分配MPI地址要遵守這樣的規(guī)定：一個分支網(wǎng)絡中，各節(jié)點要設置相同的分支網(wǎng)絡號；在一個分支網(wǎng)絡中MPI地址不能重復，并且不超過設定的最大MPI地址；同一分支網(wǎng)中，所有的節(jié)點都應設置相同最高MPI地址；為提高MPI網(wǎng)節(jié)點通信速度，最高MPI地址應該當較小，如果機架上安裝有功能模塊和通信模塊，它們的地址由CPU的MPI地址順序加1構(gòu)成。 PROFIBUSDP網(wǎng)絡PROFIBUSDP總線是現(xiàn)場總線的一種，它一般用于現(xiàn)場層的高速傳送。在這一級，中央處理器（PLC）通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設備（I/O單元、驅(qū)動器等）進行通訊。一般情況下，DP構(gòu)成主站系統(tǒng)，主站周期地讀取并周期的向外發(fā)送輸出信息?？偩€循環(huán)時間必須比主站（PLC）循環(huán)時間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PORFIBUSDP還提供智能化現(xiàn)場設備所需的非周期性通信，以進行組態(tài)、診斷和報警處理。目前，PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)通過多年的實際應用，實現(xiàn)了不同設備的數(shù)字網(wǎng)絡互聯(lián)，使得設計、制造、應用等方面都獲得方便和好處，因而成為更大范圍上的協(xié)議歐洲標準EN50170，這就說明了它的成熟性和規(guī)范能力。3 燃燒工段的工藝流程我國堿法化學漿產(chǎn)量約占全國化學漿總產(chǎn)量的90%，而堿法制漿產(chǎn)生黑液的污染負荷大，約占制漿造紙生產(chǎn)產(chǎn)生廢水總污染負荷的90% 左右。由此可見，制漿造紙工業(yè)水污染的防治，首先必須解決對制漿黑液的源頭治理。國內(nèi)外實踐證明，黑液治理最佳技術(shù)是堿回收，它是削減堿法蒸煮黑液最經(jīng)濟、最有效的途徑[3]。造紙企業(yè)通常采用分布式控制系統(tǒng)即采用西門子CPU412DP為核心的DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)對現(xiàn)場信息的采集和控制。同時，采用基于WinCC的上位機對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和即時控制。但有時各工段間需要相互調(diào)用數(shù)據(jù)，這就牽涉到網(wǎng)絡通訊問題。例如在造紙堿回收蒸發(fā)和燃燒工段中，負責監(jiān)控蒸發(fā)工段的主機需要調(diào)用燃燒工段的數(shù)據(jù)，這時如果采用在燃燒工段增加一個變送器的方法，那么相應地就必須在蒸發(fā)工段的控制站中增加AI模塊，這樣大大增加了成本。如果利用西門子S7300系列的CPU模塊內(nèi)置的MPI接口，把多個工段的控制站組成一個MPI 網(wǎng)絡，那么就可以實現(xiàn)多個工段之間數(shù)的傳送。 燃燒工段的工藝流程 燃燒工段工藝流程主要工藝流程如圖31所示[3]。一二次風機將空氣鼓入，一二次風經(jīng)空氣加熱器加熱，使風溫提高到150℃左右，一、二次風再經(jīng)堿回收噴射爐的尾部的板式空氣加熱器再使進堿回收爐的一、二次風風溫達到280℃左右，以此提高了爐瞠的干燥區(qū)、燃燒區(qū)的環(huán)境溫度和熔融區(qū)溫度。經(jīng)過一二次風風管門調(diào)節(jié)，一二次風的按照一定的比例分配后，分別從不同高度鼓入堿回收爐。三次風機將三次風送往空加器后送入堿回收爐[3]。蒸發(fā)工段送來的濃黑液首先送往濃黑液槽，再經(jīng)黑液泵進入圓盤蒸發(fā)器。在這里，黑液與堿回收爐出來的煙氣相接觸，使黑液再次濃縮，且可以吸收煙氣的堿灰，減少了堿飛失，提高了堿回收率。而后圓盤蒸發(fā)器中的黑液自然溢流出來，進入入爐黑液槽，入爐黑液泵再將濃黑液泵往黑液加熱器。經(jīng)黑液加熱器的加熱后，經(jīng)黑液噴槍高壓噴入高溫狀態(tài)下的堿回收爐。在堿回收爐中，黑液經(jīng)霧化、干燥后進行燃燒。部分燃燒后的黑液落到堿回收爐的墊層上，在墊層上，黑液中的無機物不斷熔融，部分有機物熱裂解成氣體從墊層排出，部分有機物炭化為元素碳，供燃燒和還原硫酸鈉之用，芒硝還原成硫化鈉，部分有機物熱裂解能更完全燃燒，含硅量高的熔融物能順利流出。在硫酸鹽法木漿堿回收工藝流程中，堿灰溶解槽中的堿灰液被送入芒硝黑液混合器，然后送入燃燒爐。麥草制漿則多采用燒堿法，若黑液堿回收沿用上述這樣的流程，會形成大量堿灰液在燃燒爐、堿灰溶解槽及黑液中間槽內(nèi)循環(huán)、沉淀，造成能源損耗，影響工藝流程的暢通。根據(jù)麥草漿黑液燃燒特性，讓堿回收爐燃燒產(chǎn)生的堿灰直接進入綠液溶解槽。靜電除塵器排出的堿灰進入堿灰溶解槽形成堿灰液，然后泵入綠液溶解槽。溶解槽中的綠液送苛化工段進行苛化，從而回收麥草漿中的堿[3]。圖31 燃燒工段工藝流程 現(xiàn)代堿回收爐控制系統(tǒng)的目標a）用少量的過?？諝馐购谝褐械挠袡C物完全燃燒，這是最關(guān)鍵的。b）盡量提高爐膛內(nèi)的燃燒溫度，降低燃燒速度。c）燃燒速度應保持穩(wěn)定，堿爐操作要求送入爐內(nèi)的熱量穩(wěn)定。d）黑液噴嘴產(chǎn)生的黑液液滴的粒度范圍是一項重要因素。e）粒度適中的、活性的、多孔性的黑灰墊層也很關(guān)鍵。f）黑灰墊層應產(chǎn)生足夠的煙霧，避免發(fā)生SO2，形成粒性粉塵和酸性腐蝕。g）提高堿回收爐的生產(chǎn)能力嚴格控制SO2排放。 燃燒工段設備介紹整個堿回收燃燒工段涉及的設備較多，且有一些諸如堿回收噴射爐，圓盤蒸發(fā)器等大型設備，有必要對此作以介紹。 堿回收爐堿回收爐與一般工業(yè)蒸汽鍋爐有所不同。工業(yè)蒸汽鍋爐是以煤為燃料進行燃燒的壓力容器，它的成品是蒸氣，而堿爐是以黑液形物為燃料進行燃燒的壓力容器，它不但具備了工業(yè)鍋爐的危險性條件，還具備了工業(yè)鍋爐所沒有的更強烈的危險性（如水與融物接觸發(fā)生爆炸、未燃氣體爆炸）。堿爐不僅處在高溫、高壓的條件下，而且還處于強堿及高灰塵的堿性介質(zhì)中，堿性黑液及高溫熔融物對鍋爐有強烈的腐蝕作用。因此，堿回收噴射爐無論設計結(jié)構(gòu)上，還是材料選取上及制造要求上都比普通蒸汽鍋爐復雜得多。本設計采用全水冷壁噴射爐（也稱作方形噴射爐），它是漿廠黑液堿回收的重要設備。它由爐膛燃燒室和鍋爐兩大部分組成燃燒室的爐壁、爐頂和爐底都由水冷壁管組成，故由此而得名。其燃燒室為黑液固形物燃燒和進行化學反應的場所，作用是干燥、燃燒、還原和熔融，由爐底及四面水冷壁組成的密封方形空室。燃燒室根據(jù)工藝的不同，大致可分為三次風口處的煙氣完全燃燒區(qū)、黑液噴口附近的黑液干燥區(qū)，二次風口以下至一次風口的黑液燃燒區(qū)、一次風口以下的熔融區(qū)，其鍋爐是吸收燃燒過程中釋放的熱量而產(chǎn)生蒸汽的設備，與燃燒室連成一體。由上下汽包、水冷屏管束、省煤器、以及爐墻、構(gòu)架、管件等組成。這種噴射爐的主要特點是生產(chǎn)能力大，便于實現(xiàn)自動控制，操作簡便，廢熱利用率可達60％，芒硝還原率可達90％以上。缺點是構(gòu)造復雜，造價高，投資大，修理更換爐管不方便，適用于大型紙廠的堿回收使用[3]。 靜電除塵器靜電除塵的原理是在電場的負極加上負直流高壓電源，并將正極接地。在負極周圍形成“電暈”產(chǎn)生帶電離子，灰塵顆粒被帶電離子充電后，向正極運行而吸附在接地的正極板上，再通過震打、落下而收集起來。電暈電流的大小是決定除塵率的主要因素，因而靜電除塵也可稱為電暈除塵[3]。 圓盤蒸發(fā)器從堿爐尾部出來的煙氣進人圓盤蒸發(fā)器，黑液與煙氣直接接觸蒸發(fā)，濃度由 43％濃縮至45％～48％。同時降低了煙氣溫度，除掉了煙氣中較大顆粒的灰塵。由于麥草漿黑液具有較高的粘度，圓盤蒸發(fā)器的優(yōu)點：操作簡單，動力消耗低，可以單獨使用，也可以與靜電除塵器串聯(lián)使用，特別是對最初含塵量高的煙氣，與靜電除塵器串聯(lián)使用時，可以提高靜電除塵效果。圓盤蒸發(fā)器的缺點是因圓盤蒸發(fā)器中黑液沒有霧化，接觸表而積小，因此無論除塵、降溫及黑液增濃的效果并不理想[3]。 引風機引風機能有效控制堿爐的爐膛負壓，是燃燒工段的主要輔機。 一、二、三次風的作用一次風的作用：一次風位于爐底450～1000mm處。主要供給墊層中游離碳燃燒所需的氧氣，使墊層中有足夠的熱量，保證無機鹽和芒硝的還原反應。若一次風量過大，會造成墊層燃燒過快，難以保持適當高度的墊層，供給芒硝還原的碳量和CO量減少，不利于芒硝的還原，而且促使鈉鹽升華或熱分解，降低芒硝的還原率和堿回收率。但也不能過小，否則會使揮發(fā)性的硫損失加大、爐溫過低和硫化鈉還原率降低。一般將一次風量控制在總風量的45％～50％之間。一次風風壓可低些，一般在784～1176Pa。二次風的作用：二次風位于黑液噴槍口上下，主要是為了加速黑液中水分汽化和固形物干燥與上升的煙氣流產(chǎn)生較強烈的混合作用，在爐膛內(nèi)產(chǎn)生充分的旋轉(zhuǎn)，并保持爐床墊層高度之完整形成；三次風的作用：三次風位于黑液噴槍以上，主要是用于可燃的揮發(fā)性氣體及少量未完全燃燒產(chǎn)物的進一步完全燃燒，以提高煙氣熱含量，同時起到封閉爐膛出口，捕集煙氣中所帶堿塵的作用[4]。三次風進爐要送到爐膛中心空間與上升的煙氣產(chǎn)生較強烈的混合作用，在爐膛產(chǎn)生強烈的旋轉(zhuǎn)，使黑液和氣體燃燒均勻一致，風壓要高一些，～。 本設計采用的方案本設計在該系統(tǒng)中采用用西門子的S7300系列，CPU模塊內(nèi)置的MPI接口，PLC來對燃燒工段進行控制，對該控制系統(tǒng)進行監(jiān)控，如圖32所示。圖32 系統(tǒng)MPI 網(wǎng)絡4 PLC硬件設計PLC可編程邏輯控制器（Programmable Controller）是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC 具有功能強、可靠性高、編程簡單易學、使用方便、體積小巧等優(yōu)點，可根據(jù)工藝流程和控制要求，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的順序邏輯控制和模擬量的自動控制。因此，在工業(yè)控制現(xiàn)場中得到了廣泛應用并取得了良好的控制效果。 可編程控制器PLC 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)PLC 主要由CPU（中央處理單元）、存貯器、輸入/輸出模塊、可編程器和電源五大部分組成。通常工業(yè)上使用的開關(guān)量PLC 的硬件構(gòu)成，如圖41 所示[6]。 圖41 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)PLC 的CPU 采取掃描方式工作，每一次掃描完成以下工作：a）將現(xiàn)場的開關(guān)量輸入信號和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映象寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。b）逐條讀入后解釋用戶程序，產(chǎn)生相應的控制信號去控制相關(guān)電路，完成數(shù)據(jù)的存取、傳送和處理工作，并根據(jù)運算結(jié)果更新各有關(guān)寄存器的內(nèi)容。c）將輸出映象寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊，去控制外部負載。PLC的存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶程序儲存器。系統(tǒng)存儲器使PLC 具有基本的功能，來完成PC設計和實現(xiàn)宏的各種工作，達到使用者所要的控制效果。實際上就是PLC的輸入信號與輸出信號之間的具體關(guān)系。用戶程序存貯器的容量一般以字（每個字用16 位二進制表示）為單位，有的PLC 將字稱為步。I/O模塊是聯(lián)系外部現(xiàn)場與CPU模塊之間的橋梁。輸入模塊用來接收和采集現(xiàn)場開關(guān)量或某些模擬量信號；輸出模塊則通過PLC自帶的繼電器控制外部的接觸器、電磁閥、電氣聯(lián)鎖等執(zhí)行器。編程器是用戶與PLC進行交互的設備，它可以輸入和編輯用戶程序，還可以用來監(jiān)視PLC運行時梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。編程器一般只在程序輸入、調(diào)試階段和系統(tǒng)檢修時使用。 可編程控制器的工作原理PLC的CPU是以分時操作方式處理各項任務的。由于運算速度高，從PLC的外部輸入、輸出關(guān)系來看，處理過程幾乎是瞬時完成的。PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存貯器中按步序號順序排列。用戶程序采取掃描工作方式運行，在沒有跳轉(zhuǎn)指令的情況下，CPU從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束，然后程序返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復始地重復上述的掃描循環(huán)，典型的PLC掃描過程,如圖42所示[6]。PLC掃描一次所花的時間稱掃描周期，掃描周期與用戶程序的長短和PLC的掃描速度有關(guān)，通常典型的PLC掃描周期為1～100ms[7]。RUN STOP內(nèi)部處理通訊服務輸入處理輸出處理圖42 經(jīng)典的PLC掃描過程 可編程序控制器的特點可編程序控制器主要特點是：a）編程方法簡單易學。PLC配備了梯形圖語言進行程序設計，梯形圖語言的表達方式與繼電器電路原理圖中電路符號的表示法極為相似，且某些僅有開關(guān)量邏輯控制功能的PLC只有十幾條指令[8]。工程技術(shù)人員能夠很快熟悉并掌握梯形圖語言的使用方法并用它來編制用戶程序，這就為使用者能快速地編制出本單位所需要的控制程序提供了非常有利的條件。b）PLC的硬件配套齊全，接線端子一目了然，便于用戶使用。由于PLC的設計和生產(chǎn)大多是系列化和模塊化的，其硬件配置相當靈活，可以組合成多種規(guī)模的，滿足用戶各種控制要求的控制系統(tǒng)。c）PLC可靠性高，抗干擾能力強。它采用了一系列硬件和軟件的抗干擾措施，能夠適應工業(yè)控制現(xiàn)場惡劣的使用環(huán)境，為控制系統(tǒng)工作的可靠性、持久性提供了有力的保障。d）PLC系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量小。PLC因用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，其控制柜盤的安裝、接線工作量大為減少。而PLC梯形圖程序一般采用的是順序控制設計法。這種編程方法有規(guī)律、易于掌握、便于閱讀。對于復雜的控制方案，PLC的梯形圖程序較之傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)電路圖在設計上簡便的多。另外，PLC的輸出節(jié)點設計有一一對應的發(fā)光二極管用來指示輸出的狀態(tài)，這在程序模擬調(diào)試和故障診斷時非常直觀，在現(xiàn)場應用中能幫助用戶及時地判斷并找出故障點的位置。 硬件設計在這里主要介紹要用到的S7300的主要模塊。在該設計中用到的模塊主要有CPU3152DP、電源PS30SM32SM32SM33SM33機架。 PLC模塊的安裝CPU總是安裝在0號機架的2號槽位上，1號槽安裝電源模塊，3號槽總是安裝接口模塊。槽號4到11，可自由安裝信號模塊、功能模塊和通訊模塊，需要注意的是，槽位號是相對的，每一機架的導軌并不存在物理的槽位。模塊與CPU、模塊與模塊之間用背部總線來連起來，組成一個