李胜广，贾  磊，王德洲

1  引言
蒸煮过程是造纸工业中的一个重要环节，是复杂的化学化工过程，人工控制劳动强度大，而且控制质量难以保证，造成纸浆Kappa值波动大，得率底，蒸煮过程的数学模型复杂，采用常规仪表也很难实现对蒸煮过程的自动控制。我们基于亚控组态王6.0设计了间歇蒸煮过程的监控系统，该系统可以完成H因子的自动计算和终值控制，具有自动报警、自动生成报表、保存历史数据、在线修改温度曲线等功能。
2  系统分析和H因子
蒸煮过程自动控制中，由于饱和压力和温度有着对应关系，浆的温度可以近似的看作对应压力下的饱和蒸汽温度，浆温度的测量要大大难于压力的测量，所以控制压力可以间接的控制浆的温度。
如图1所示，典型间歇蒸煮过程由预热(a)，一次升温(b)，短时小保温(c)，二次升温(d)，长时间保温(e)五个阶段组成。

 
图1  典型间歇蒸煮过程示意图

纸浆蒸煮过程中的H因子是蒸煮相对反应速率对蒸煮时间的积分值，结合了蒸煮时间和蒸煮温度两个因素，用以控制蒸煮终点。在进料量、用碱量、液比等因素相对恒定的情况下，只需对反应温度和反应时间的相对关系进行控制，使H因子相同，就可以得到硬度值相同的纸浆。相对反应速率常数KR(T)是以100℃（或其它温度）的反应速率常数K作为1而与之相对比较的常数。
             (1)
                  (2)
式(1)中，K为脱木素相对反应速率；K0为反应常数（参加反应分子的碰撞率）；E为反应活化能 ；R为气体常数；T为绝对温度。

 
图2  硬件系统图

3  硬件系统
我们控制的对象是7个蒸煮罐和1个汽包，设计的系统采集的数据有7个罐的压力、汽包的温度、压力，控制面板的每个罐的启停开关状态，输出控制执行器的阀位开度。我们采用的是研华610工控机，内置华远数据采集卡。利用HY1232 A/D板采集蒸煮罐的压力和汽包压力、温度，利用HY6080 D/A板输出控制执行器，利用HY6130 DO板控制自行设计的数码显示和报警电路，利用HY6110 DI板采集控制柜上各罐的启停开关，图2为硬件系统图。
4  软件系统
由于系统控制点数多，画面复杂，自行设计控制软件难以完成相应的控制任务，所以我们采用国内先进的组态软件―组态王。组态王6.0比较原来的低版本具有如下特点：
(1)  增加了工程集中管理和工程加密，画面和命令语言导入、导出功能。
(2)  画面制作系统可以支持无限色和过渡色，使画面更逼真；支持多种图形格式；可视化动画连接向导通过可视化图形操作，直接完成移动、旋转的动画连接定义。
(3)  报警和事件系统 报警系统全新改版，提供多种报警管理功能，还可以记录应用程序事件和操作员操作信息。
(4)  提供一套全新的、集成的内嵌式报表系统，内部提供丰富的报表函数，用户可创建多样的报表。这个功能是低版本无法比拟的。
(5)  支持Windows标准的Active X控件（主要为可视控件），包括Microsoft提供的标准Active X控件和用户自制的Active X控件。
(6)  远程拨号与原有驱动程序无缝连接，硬件设备端无需更改程序。
(7)  完全基于网络的概念，是一种真正的客户-服务器模式，支持分布式历史数据库和分布式报警系统，组态王的网络结构是一种柔性结构，可以将整个应用程序分配给多个服务器，如指定报警服务器和历史数据记录服务器，这样可以提高项目的整体容量并改善系统的性能。
利用组态王软件的类C语言和所带的丰富的函数，可以很容易的进行编程。系统画面分为全景图、报警图、历史曲线、实时曲线、报表、系统管理图等。图3为全景图，从每一个罐的图标上可以直接进入各个罐的实时曲线和相应的设置画面中。

 
图3  控制系统全景图

数据报表是反映生产过程中的数据、状态，并对数据进行记录的一种重要形式。既能反应系统实时的生产情况，也能对长期的生产过程进行统计、分析，使管理人员能够实时掌握和分析生产情况。 组态王提供内嵌式报表系统，工程人员可以任意设置报表格式，对报表进行组态。组态王为工程人员提供了丰富的报表函数，实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等。我们设置了三种报警方式，分别为压力超限报警、H因子终值报警、黑液回流报警，每当新报警发生时，系统就会以报警灯和报警铃同时响应，并且在监控画面中有字体闪烁，标志罐的号数和警报性质，并且对报警记录定时保存，以供制定工艺或者设定参数之用。
5  结语
本文所设计的控制系统已用于某造纸厂蒸煮过程的实际生产控制过程中，取得了良好的控制效果，提高了蒸煮的质量和产量。计算机监控系统界面直观，操作简单，控制质量高，系统造价低，可以持续正常稳定的生产。

参考文献：
[1]  陶永华,等. 新型PID控制及其应用[M]. 北京: 机械工业出版社.
[2]  隆言泉. 制浆造纸工艺学[M]. 轻工业出版社.
[3]  组态王用户手册[Z]. 北京亚控自动化软件科技有限公司.
[4]  尹路. 基于H因子理论的制浆连续蒸煮智能控制[J]. 中国造纸, 2001,(4): 29-31.
[5]   许向阳. 间歇控制系统计算机优化控制系统[J]. 中国造纸学报, 2000,(15): 98-102.
[6]  尹玉海. 纸浆蒸煮优化控制系统[J]. 黑龙江造纸, 2000,(2): 32-33.