长网多缸纸机蒸汽冷凝水系统DCS设计

长网多缸纸机蒸汽冷凝水系统 DCS设计

方辉 张俊涛 孙振宇 高祥

陕西科技大学机电工程学院 陕西 西安 710021

摘 要：本文主要从蒸汽冷凝水系统的工艺分析出发，结合国家行业标准《HGT-20507-2014-自动化仪表选型设计规范》及其他行业资料进行控制系统设计，该设计可划分为工艺分析、硬件选择、点数统计、线路设计和软件设计方面。工艺方面采用了三段供气的热泵供热；硬件选择方面则根据工艺的要求选择了工业现场使用的调节阀软启动器等硬件；点数统计则是根据现场的硬件，决定系统所需要的IO点数；线路设计则是根据统计出的IO点数，决定控制系统所需要的控制系统硬件，同时进行供电、接线、布局等设计，并进行了相关图纸的绘制；软件设计方面通过横河CENTUM VP软件进行了硬件组态、软件组态和人机界面的规划和相关控制回路的参数设计，包括单回路控制、分程控制和整体的逻辑控制等，最终完成对纸机蒸汽冷凝水系统的DCS控制系统。

关键词：纸机，蒸汽冷凝水，控制系统，横河，DCS

DCS Design of Steam Condensate System of Long Net Multi Cylinder Paper Machine

FangHui；ZhangJuntao；SunZhenyu；GaoXiang
(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，ShaanxiUniversityofScience＆Technology，Xi’an，ShaanxiProvince，710021)

ABSTRACT：The paper mainly starts from the process analysis of the steam condensate system, and designs the control system in combination with the national industry standard hgt-20507-2014 - Code for selection and design of automatic meter and other industry data, The design can be pided into process analysis, hardware selection, point statistics, circuit design and software design. In terms of process, three-stage air supply heat pump is used for heat supply; in terms of hardware selection, hardware such as regulating valve, soft starter, etc. used in industrial site is selected according to process requirements; in terms of point statistics, IO points required by the system are determined according to site hardware; in terms of circuit design, IO points are calculated, control system hardware required by the control system is determined, and power supply is carried out at the same time In the aspect of software design, hardware configuration, software configuration, human-computer interface planning and parameters design of related control loops are carried out through Henghe CENTUM VP software, including single loop control, split control and overall logic control. Finally, a complete DCS control system which can start and stop the paper machine steam condensate system is completed.

Key words：Paper Machine, Steam Condensate, Control System, Yokogawa, DCS

1 绪论

现有的长网多缸造纸机在使用过程中，造纸机干燥部蒸汽冷凝水的处理不当的问题会增加工人劳动量、影响纸张收卷的效率^[1]，因此有必要对长网多缸纸机的蒸汽冷凝水设计自动化控制系统，使得系统的安全性得到提升，并且更加高效。

2 工艺对象介绍

现在供气系统采用蒸汽喷射式热泵和闪蒸罐等设备形成热泵供热系统，新鲜蒸汽通过阀门进入烘缸为烘缸加热，蒸发纸张的水分，并且降传热后的蒸汽冷凝水通入闪蒸罐内，闪蒸罐加热使冷凝水变为二次蒸汽和一部分新鲜蒸汽通过热泵混合成新的蒸汽再通入烘缸中，这样可以减少新鲜蒸汽的用量，大幅度降低能耗^[2]，且系统便于控制。

本次所用到的长网多缸纸机干燥部是由三段烘缸组成的蒸汽冷凝水系统如图1所示，分别为低温烘缸段，中温烘缸段和高温烘缸段^[3]。

图
1 蒸汽冷凝水系统流程示意图

而现在工业常用的控制系统有PLC、DCS、FCS和单片机控制等多种^[4]。通过对比不同的控制系统，最终选择了适合本次设计的日本横河的DCS控制系统。

3 设计内容

3.1 现场硬件选型

根据现场的要求，选择现场使用的硬件如阀门、变送器、和软启动器等硬件具体如下。

2. 阀门：采用美卓的阀门，不同型号共计23个；

3. 压力变送器：采用罗斯蒙特的压力变送器，不同型号共计16个；

4. 压差变送器：采用罗斯蒙特压差变送器，不同型号共计20个；

5. 平衡流量计：采用金湖奥科平衡流量计，共计2个；

6. T锥管流量计：采用正华T锥管流量计，共计1个；

7. 温度变送器：采用上海立格铂热电阻温度变送器，共计2个；

8. 软启动器：采用西普STR软启动器，共计15个。

3.2 统计控制点数

根据上述选择的硬件，确定系统的控制输入输出点数，也就是工业系统常说的I/O点数，只有完整正确的统计I/O点数，才能合理选择需要使用的硬件和设计所需要的控制系统^[5]。

模拟量输入信号（AI）：将工业现场采集到的信号，通过变送器等装置，转化为4~20mA电信号，与实际现场测定数值在测量量程中的百分比成线性对应关系，共计43个。

模拟量输出信号（AO）：计算机系统经过一系列处理后的4~20mA电信号，通过传输给控制阀门等装置，转化为控制气动阀门运行的气动信号，与实际现场给定数值在量程中的百分比成线性对应关系，共计42个。

数字量信号（输入DI、输出DO）：开关量信号简单的说就是类似于通断的信号，一般只有两种状态，接通或者断开，在自动化控制电路中我们一般就是利用数字0、1表示线路的通断变化来达到控制设备的目的，共计DI 30个和DO 30个。

3.3 控制系统硬件

根据统计的控制点数选择合适的横河硬件，其中包括卡件、模块、电缆和端子板等。同时也选取非横河的控制硬件，如接线端子、安全栅和24V电源等。主要硬件如下：

2. 卡件：选择AFV10D 1个和ANB10D 2个；

3. 模块：选择AAI141 8个、AAI543 5个、ADV151 2个和ADV551 2个；

4. 电缆：选择KS1电缆和AKB331电缆等；

5. 端子板：采用AEA4D端子板4个、AED5D端子板2个和ARM55C端子板2个；

6. 电源：西门子24V电源两个和一个电源选择器；

7. 安全栅：MTL安全栅使用96个；

8. 接线端子：采用菲尼克斯接线端子。

根据所选硬件进行A4设计图纸绘制，共计供电图5张、接线图30张和布局图5张。

3.4 控制软件编写

采用日本横河的CENTUM VP软件进行软件的硬件组态、软件组态和人机界面的规划和相关控制回路的参数设计，包括单回路控制、分程控制和整体的逻辑控制等。最终完成人机界面图三张，数据均能正常显示和调试，同时也通过人机界面的色变反应设备的运行状态，并且可以设置延时启动和一键启停。

完成硬件组态三个NODE其中NODE1部分如图2NODE1硬件组态所示。

图2 NODE1硬件组态图

在完成硬件组态的基础上，进行软件组态，具体如图3软件组态目录所示。

图
3 软件组态目录

最后根据系统的软件组态设计顺序控制和软件色变还有最重要的人机界面，如图4 人机界面显示。

图
4 人机界面显示

4 总结

本文通过对河南某纸厂高档文化纸蒸汽冷凝水工艺过程的分析，设计符合其生产过程的控制系统，使得系统能够高速安全的运行，最终设计了一套基于日本横河的蒸汽冷凝水DCS控制系统。

参考文献

2. HGT 20507,自动化仪表选型设计规范[S].北京:中华人民共和国工业和信息化部, 2014.

3. 中国造纸协会.中国造纸工业2015年度报告[J].纸和造纸, 2016. (6):22-30.

4. 沈天宇.卫生纸机能耗优化及自动控制系统研究[D].陕西,陕西科技大学, 2017,16-17.

5. Champ C W W and Wood H.Exact Results for Shewhart Control Charts with Supplementary Runs Rules[J].Technometrics,1987,29:393-399.

6. 于衍星.多传动高速纸机电气传动控制系统的设计和分析[D].陕西,陕西科技大学,2005,44-45.

作者简介：方辉（1977.12），男，汉，安徽巢湖人，教师，硕士，研究方向：过程优化控制；单位：陕西科技大学，陕西省西安市，710021基金项目：陕西省教育厅重点实验室科研计划项目（16JS013）。

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