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李勝廣，賈  磊，王德洲

1  引言
蒸煮過程是造紙工業中的一個重要環節，是復雜的化學化工過程，人工控制勞動強度大，而且控制質量難以保證，造成紙漿Kappa值波動大，得率底，蒸煮過程的數學模型復雜，采用常規儀表也很難實現對蒸煮過程的自動控制。我們基于亞控組態王6.0設計了間歇蒸煮過程的監控系統，該系統可以完成H因子的自動計算和終值控制，具有自動報警、自動生成報表、保存歷史數據、在線修改溫度曲線等功能。
2  系統分析和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關系，漿的溫度可以近似的看作對應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熱(a)，一次升溫(b)，短時小保溫(c)，二次升溫(d)，長時間保溫(e)五個階段組成。

 
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速率對蒸煮時間的積分值，結合了蒸煮時間和蒸煮溫度兩個因素，用以控制蒸煮終點。在進料量、用堿量、液比等因素相對恒定的情況下，只需對反應溫度和反應時間的相對關系進行控制，使H因子相同，就可以得到硬度值相同的紙漿。相對反應速率常數KR(T)是以100℃（或其它溫度）的反應速率常數K作為1而與之相對比較的常數。
             (1)
                  (2)
式(1)中，K為脫木素相對反應速率；K0為反應常數（參加反應分子的碰撞率）；E為反應活化能 ；R為氣體常數；T為絕對溫度。

 
圖2  硬件系統圖

3  硬件系統
我們控制的對象是7個蒸煮罐和1個汽包，設計的系統采集的數據有7個罐的壓力、汽包的溫度、壓力，控制面板的每個罐的啟停開關狀態，輸出控制執行器的閥位開度。我們采用的是研華610工控機，內置華遠數據采集卡。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板輸出控制執行器，利用HY6130 DO板控制自行設計的數碼顯示和報警電路，利用HY6110 DI板采集控制柜上各罐的啟停開關，圖2為硬件系統圖。
4  軟件系統
由于系統控制點數多，畫面復雜，自行設計控制軟件難以完成相應的控制任務，所以我們采用國內先進的組態軟件―組態王。組態王6.0比較原來的低版本具有如下特點：
(1)  增加了工程集中管理和工程加密，畫面和命令語言導入、導出功能。
(2)  畫面制作系統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；可視化動畫連接向導通過可視化圖形操作，直接完成移動、旋轉的動畫連接定義。
(3)  報警和事件系統 報警系統全新改版，提供多種報警管理功能，還可以記錄應用程序事件和操作員操作信息。
(4)  提供一套全新的、集成的內嵌式報表系統，內部提供豐富的報表函數，用戶可創建多樣的報表。這個功能是低版本無法比擬的。
(5)  支持Windows標準的Active X控件（主要為可視控件），包括Microsoft提供的標準Active X控件和用戶自制的Active X控件。
(6)  遠程撥號與原有驅動程序無縫連接，硬件設備端無需更改程序。
(7)  完全基于網絡的概念，是一種真正的客戶-服務器模式，支持分布式歷史數據庫和分布式報警系統，組態王的網絡結構是一種柔性結構，可以將整個應用程序分配給多個服務器，如指定報警服務器和歷史數據記錄服務器，這樣可以提高項目的整體容量并改善系統的性能。
利用組態王軟件的類C語言和所帶的豐富的函數，可以很容易的進行編程。系統畫面分為全景圖、報警圖、歷史曲線、實時曲線、報表、系統管理圖等。圖3為全景圖，從每一個罐的圖標上可以直接進入各個罐的實時曲線和相應的設置畫面中。

 
圖3  控制系統全景圖

數據報表是反映生產過程中的數據、狀態，并對數據進行記錄的一種重要形式。既能反應系統實時的生產情況，也能對長期的生產過程進行統計、分析，使管理人員能夠實時掌握和分析生產情況。 組態王提供內嵌式報表系統，工程人員可以任意設置報表格式，對報表進行組態。組態王為工程人員提供了豐富的報表函數，實現各種運算、數據轉換、統計分析、報表打印等。我們設置了三種報警方式，分別為壓力超限報警、H因子終值報警、黑液回流報警，每當新報警發生時，系統就會以報警燈和報警鈴同時響應，并且在監控畫面中有字體閃爍，標志罐的號數和警報性質，并且對報警記錄定時保存，以供制定工藝或者設定參數之用。
5  結語
本文所設計的控制系統已用于某造紙廠蒸煮過程的實際生產控制過程中，取得了良好的控制效果，提高了蒸煮的質量和產量。計算機監控系統界面直觀，操作簡單，控制質量高，系統造價低，可以持續正常穩定的生產。

參考文獻：
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