【正文】 DE裝載過程數(shù)據(jù)。如，通訊開發(fā)工具CDK，允許用戶開發(fā)用于連接數(shù)據(jù)管理器與任何目標(biāo)系統(tǒng)的通訊軟件。 （7）應(yīng)用程序接口 允許用戶編寫可用于擴(kuò)展WinCC基本功能的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序。（5）數(shù)據(jù)處理 對圖形對象的動(dòng)作使用C語言及C編譯器進(jìn)行編輯。（3）變量存檔記錄和壓縮測量值，用于曲線和圖表顯示及進(jìn)一步的編輯功能。 WinCC的主要功能WinCC幾乎擁有先進(jìn)人機(jī)界面產(chǎn)品的所有功能，其集成的功能已包括： （1）圖形系統(tǒng) 用于自由地組態(tài)畫面，并完全通過圖形對象進(jìn)行操作，圖形對象具有動(dòng)態(tài)屬性并可對屬性進(jìn)行在線組態(tài)。 西門子視窗控制中心SIMATIC WinCC是HMI軟件中的后起之秀，1996年進(jìn)入世界工控軟件市場，當(dāng)年就被美國Control Engineering 雜志評為最佳HMI軟件，以最短的時(shí)間發(fā)展成第3個(gè)在世界范圍內(nèi)成功的SCADA系統(tǒng)。WinCC的另一個(gè)特點(diǎn)在于其整體開放性，它可以方便地與各種軟件和用戶程序組合在一起，建立友好地人機(jī)界面，滿足實(shí)際需要。用戶在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)，編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作界面，監(jiān)視畫面，控制畫面，報(bào)警畫面，實(shí)時(shí)趨勢曲線和打印報(bào)表等。 WinCC與STEP 7編程軟件的緊密結(jié)合縮短了項(xiàng)目開發(fā)的周期。WinCC是按世界范圍內(nèi)使用的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此從一開始就適合于世界上各主要制造商生產(chǎn)的控制系統(tǒng)，如：AB，Modicon，GE等，WinCC還可以與更多的第三方控制器進(jìn)行通訊[14]。在任何情況下WinCC都可以生成漂亮而便捷的人機(jī)對話接口，使操作員能夠清晰地管理和優(yōu)化生產(chǎn)過程。WinCC即WINDOWS CONTROL CENTER（視窗控制中心）。用該形式的優(yōu)點(diǎn)是，編程簡單，歷史數(shù)據(jù)可以遞推使用，并占用存儲單元少，運(yùn)算速度快。綜上所述，計(jì)算u（n）和u（n）要用到第（n1）\（n2）時(shí)刻的歷史數(shù)據(jù)，采用遞歸法保存那些數(shù)據(jù)，如圖44所示[13]。增量式：根據(jù)控制理論不難寫出N時(shí)刻控制量的增量u（n）為： （44）其中： 稱為比例系數(shù) 稱為積分系數(shù) 稱為微分系數(shù)在上式中u（n）對應(yīng)于第N時(shí)刻閥位的增量。由： （43） 可知，數(shù)字PID控制器的輸出也和閥位對應(yīng)，故稱為位置式。PID有幾種不同的形式，它們分別是：位置式和增量式。即使目前最新式的過程控制計(jì)算機(jī)，其基本的控制功能也仍然是PID控制。PID控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：a）原理簡單，使用方便。這是控制規(guī)律在相當(dāng)多的工業(yè)對象進(jìn)行控制時(shí)能取得比較滿意的結(jié)果，在PLC控制系統(tǒng)中也首先采用這種形式的控制方式。按偏差的比例、積分微分控制中應(yīng)用最廣泛的確控制規(guī)律。PID控制是比例積分微分控制的簡稱。各分塊的執(zhí)行由組織塊中的確指令決定。將該用戶程序分成相對獨(dú)立的指令塊。 PID算法從前面介紹的系統(tǒng)設(shè)計(jì)來看，有許多的功能是重復(fù)的。在該設(shè)計(jì)中∶各模塊從S7300背部總線吸取的電流=40+70+60+60+602=350mA各模塊從24V負(fù)載電源吸取的電流=1000+75+55+2002+2402=2100Ma功耗=88+++2+32=（W）另外，還要考慮S7300的接地，在設(shè)計(jì)中能把接地和屏蔽正確的結(jié)合起來使用，解決大部分干擾問題。各模塊從S7300背部總線吸取的電流是各個(gè)模塊電流總和。在組建S7300系統(tǒng)是，考慮到每塊模塊的電流耗量和功率損耗是非常必要的。在該設(shè)計(jì)中有7個(gè)模擬量的輸出，故需要兩個(gè)412位的模擬量輸出模塊SM332。模塊的循環(huán)時(shí)間是活動(dòng)的模擬量輸出通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間的總和，模塊的響應(yīng)時(shí)間是一個(gè)重要的指標(biāo)，響應(yīng)時(shí)間就是在內(nèi)部存儲器中出現(xiàn)數(shù)字量輸出值開始到模擬量輸出到達(dá)規(guī)定值所須時(shí)間的總和。模擬量輸出模塊的轉(zhuǎn)換時(shí)間包括內(nèi)部存儲器傳送數(shù)字輸出值的時(shí)間和數(shù)模轉(zhuǎn)換的時(shí)間。 SM332模擬量輸出模塊SM332有212位和412位兩種形式的模塊。10VC電流:≤177。熱電偶:N，E，J，K各型熱電偶的各種測量方法電壓B電壓:≤177。 表42 SM33112模塊缺省設(shè)定量程塊的設(shè)定可選擇的測量方式缺省設(shè)置A電壓≤177。兩個(gè)模擬量通道配有一個(gè)量程塊。SM331模擬量輸入模塊主要由A/D轉(zhuǎn)換器、模擬量切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。模擬量輸入模塊SM331目前有兩種規(guī)格型號，一種是812位模塊，另一種是212位的模塊。 SM331模擬量輸入模塊S7315CPU 用16位的二進(jìn)制的補(bǔ)碼來表示模擬量，其中最高位為符號位S，0表示正值，1表示負(fù)值。在該設(shè)計(jì)中，只有12個(gè)數(shù)字量的輸出，并是用來控制電動(dòng)機(jī)的啟停。數(shù)字量輸出模塊SM322有七種型號輸出模塊可供選擇，即16點(diǎn)晶體管輸出、32點(diǎn)晶體管輸出16點(diǎn)可控硅輸出。模塊的每一個(gè)輸入點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管顯示輸入狀態(tài)，輸入開關(guān)閉合即有輸入電壓時(shí)，二極管亮。數(shù)字量輸入模塊SM321有四種型號的模塊可供選擇，即直流16點(diǎn)輸入、直流32點(diǎn)輸入、交流16點(diǎn)輸入、交流8點(diǎn)輸入模塊。輸入信號進(jìn)入模塊后，一般都經(jīng)過光電隔離濾波，然后才送入緩沖器等待CPU的采樣。 表41 CPU上的發(fā)光二極管發(fā)光的含義發(fā)光二極管LED含義說明SF（紅色）系統(tǒng)錯(cuò)誤/故障硬件故障固件出錯(cuò)編程出錯(cuò)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤算術(shù)運(yùn)算出錯(cuò)定時(shí)器出錯(cuò)存儲器卡故障（只在CPU313和314）輸入/輸出的故障或錯(cuò)誤用編程裝置讀出診斷緩沖器的內(nèi)容，確定錯(cuò)誤/故障的原因。d）MRES：該位置瞬時(shí)接通，用于清出CPU的存儲器。c）STOP：停機(jī)方式。CPU掃描用戶程序，可以用編程裝置讀出并監(jiān)控PLC CPU中的程序，但不能改變裝載存儲器中的程序。在此位置鑰匙不能拔出。CPU掃描用戶程序，即可以用編程裝置從CPU中讀出，也可以由編程裝置裝入CPU中。另外還具有8個(gè)指示燈，其中的SFDP和BUSDF用于現(xiàn)場總線及DP接口的錯(cuò)誤。它出了具有31，最大可擴(kuò)展1024。所以須存儲器容量 （42）（KB）=2048/1024=2KB。AI/AO為模擬量通道總數(shù)。所須存儲器容量的經(jīng)驗(yàn)公式為[9]： （41）其中DI為數(shù)字量輸入的總點(diǎn)數(shù)。 CPU模塊CPU有幾種不同的型號，他們分別是：CPU312IFM、CPU31CPU31CPU3152DP。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(jī)架的導(dǎo)軌并不存在物理的槽位。在該設(shè)計(jì)中用到的模塊主要有CPU3152DP、電源PS30SM32SM32SM33SM33機(jī)架。另外，PLC的輸出節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)有一一對應(yīng)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(shí)非常直觀，在現(xiàn)場應(yīng)用中能幫助用戶及時(shí)地判斷并找出故障點(diǎn)的位置。這種編程方法有規(guī)律、易于掌握、便于閱讀。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(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，其控制柜盤的安裝、接線工作量大為減少。它采用了一系列硬件和軟件的抗干擾措施，能夠適應(yīng)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。由于PLC的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)大多是系列化和模塊化的，其硬件配置相當(dāng)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)。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。RUN STOP內(nèi)部處理通訊服務(wù)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(diǎn)可編程序控制器主要特點(diǎn)是：a）編程方法簡單易學(xué)。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述的掃描循環(huán)，典型的PLC掃描過程,如圖42所示[6]。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。 可編程控制器的工作原理PLC的CPU是以分時(shí)操作方式處理各項(xiàng)任務(wù)的。編程器是用戶與PLC進(jìn)行交互的設(shè)備，它可以輸入和編輯用戶程序，還可以用來監(jiān)視PLC運(yùn)行時(shí)梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。I/O模塊是聯(lián)系外部現(xiàn)場與CPU模塊之間的橋梁。實(shí)際上就是PLC的輸入信號與輸出信號之間的具體關(guān)系。PLC的存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶程序儲存器。b）逐條讀入后解釋用戶程序，產(chǎn)生相應(yīng)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(yùn)算結(jié)果更新各有關(guān)寄存器的內(nèi)容。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]。因此，在工業(yè)控制現(xiàn)場中得到了廣泛應(yīng)用并取得了良好的控制效果。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(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)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(jī)械或生產(chǎn)過程。 本設(shè)計(jì)采用的方案本設(shè)計(jì)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(jìn)行控制，對該控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，如圖32所示。二次風(fēng)的作用：二次風(fēng)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(qiáng)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(fēng)的作用：三次風(fēng)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(jìn)一步完全燃燒，以提高煙氣熱含量，同時(shí)起到封閉爐膛出口，捕集煙氣中所帶堿塵的作用[4]。一般將一次風(fēng)量控制在總風(fēng)量的45％～50％之間。若一次風(fēng)量過大，會造成墊層燃燒過快，難以保持適當(dāng)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。 一、二、三次風(fēng)的作用一次風(fēng)的作用：一次風(fēng)位于爐底450～1000mm處。圓盤蒸發(fā)器的缺點(diǎn)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]。同時(shí)降低了煙氣溫度，除掉了煙氣中較大顆粒的灰塵。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]。 靜電除塵器靜電除塵的原理是在電場的負(fù)極加上負(fù)直流高壓電源，并將正極接地。這種噴射爐的主要特點(diǎn)是生產(chǎn)能力大，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作簡便，廢熱利用率可達(dá)60％，芒硝還原率可達(dá)90％以上。燃燒室根據(jù)工藝的不同，大致可分為三次風(fēng)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(fēng)口以下至一次風(fēng)口的黑液燃燒區(qū)、一次風(fēng)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(shè)備，與燃燒室連成一體。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。因此，堿回收噴射爐無論設(shè)計(jì)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(fù)雜得多。工業(yè)蒸汽鍋爐是以煤為燃料進(jìn)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(jìn)行燃燒的壓力容器，它不但具備了工業(yè)鍋爐的危險(xiǎn)性條件，還具備了工業(yè)鍋爐所沒有的更強(qiáng)烈的危險(xiǎn)性（如水與融物接觸發(fā)生爆炸、未燃?xì)怏w爆炸）。 燃燒工段設(shè)備介紹整個(gè)堿回收燃燒工段涉及的設(shè)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(shè)備，有必要對此作以介紹。f）黑灰墊層應(yīng)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。d）黑液噴嘴產(chǎn)生的黑液液滴的粒度范圍是一項(xiàng)重要因素。b）盡量提高爐膛內(nèi)的燃燒溫度，降低燃燒速度。溶解槽中的綠液送苛化工段進(jìn)行苛化，從而回收麥草漿中的堿[3]。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(jìn)入綠液溶解槽。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。在堿回收爐中，黑液經(jīng)霧化、干燥后進(jìn)行燃燒。而后圓盤蒸發(fā)器中的黑液自然溢流出來，進(jìn)入入爐黑液槽，入爐黑液泵再將濃黑液泵往黑液加熱器。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(jìn)入圓盤蒸發(fā)器。經(jīng)過一二次風(fēng)風(fēng)管門調(diào)節(jié)，一二次風(fēng)的按照一定的比例分配后，分別從不同高度鼓入堿回收爐。 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]。例如在造紙堿回收蒸發(fā)和燃燒工段中，負(fù)責(zé)監(jiān)控蒸發(fā)工段的主機(jī)需要調(diào)用燃燒工段的數(shù)據(jù)，這時(shí)如果采用在燃燒工段增加一個(gè)變送器的方法，那么相應(yīng)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。同時(shí)，采用基于WinCC的上位機(jī)對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和即時(shí)控制。國內(nèi)外實(shí)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(jì)、最有效的途徑[3]。3 燃燒工段的工藝流程我國堿法化學(xué)漿產(chǎn)量約占全國化學(xué)漿總產(chǎn)量的90%，而堿法制漿產(chǎn)生黑液的污染負(fù)荷大，約占制漿造紙生產(chǎn)產(chǎn)生廢水總污染負(fù)荷的90% 左右。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PORFIBUSDP還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需的非周期性通信，以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理。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。 PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)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。每個(gè)MPI分支網(wǎng)有一個(gè)分支網(wǎng)絡(luò)號，以區(qū)別不同的MPI分支網(wǎng)，分支網(wǎng)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，這里稱為MPI地址，節(jié)點(diǎn)MPI地址號不能大于給出的最高M(jìn)PI地址，這樣才能使每個(gè)節(jié)點(diǎn)正常通信。 MPI網(wǎng) MPI用于連接多個(gè)不同的CPU或設(shè)備。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS 系統(tǒng)），作為DCS 更高層次的應(yīng)用，目前國內(nèi)應(yīng)用這一系統(tǒng)的行業(yè)較少[2]。過程級主要由過程控制站、I/O 單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實(shí)施部分。DCS 是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。在