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设计书cankao1

毕业设计

题目：

碱回收蒸发工段DCS仿真系统设计

学生：

于涛

学号：

200901020226

院（系）：

轻工与能源学院

专业：

过程装备与控制工程

指导教师：

胡南江

2013年6月5日

陕西科技大学

毕业设计任务书

轻工与能源学院过程装备与控制工程专业装备092班级学生于涛

题目：

碱回收蒸发工段DCS仿真系统设计

毕业设计（论文）从2012年2月20日起到2013年6月5日

课题的意义及培养目标：

碱回收是目前消除黑液污染最经济有效的解决方案，同时黑液进行碱回收具有巨大的环境效益、社会效益及经济效益。

随着国家对环保的日益重视，碱回收系统的建设也越来越多，纸厂新员工的培训任务越来越重，如何在不影响生产的前提下，使新员工能有更多的实际操作机会，提高培训效率，降低培训成本，早日上岗，是一个十分紧迫的问题。

建设碱回收培训仿真系统是解决上述问题的一个重要技术手段。

目前，国内培训仿真系统的技术发展水平十分落后，远未形成标准化的产品与系统，设计开发周期长，运行维护困难，与水电建设蓬勃发展的局面不相适应，与水电厂的监控系统在总体设计思路上也差距甚远。

设计要求：

（1）应满足各类用户对碱回收蒸发工段运行培训及仿真的需要，建立标准化、通用化数学模型；

（2）应采用标准化及开放的硬件及软件产品,可跨平台运行；（3）应提供标准化的系统应用软件,具有较好的组态与二次开发手段；（4）应具有较强的可移植性；（5）可与监控系统有机组合。

设计内容：

要求学生自己学习和掌握碱回收蒸发系统、组态仿真软件、DCS系统设计等领域的知识，培养他们独立学习和获取知识的能力。

并且此次设计有利于学生将所学知识综合运用，培养学生的实践运用能力，可以为学生将来走向工作奠定良好基础。

设计所需收集的原始数据与资料：

1.检碱回收蒸发工段资料

2.检索DCS系统设计资料

3.检索监控仿真组态软件资料

4.检索仿真平台资料

5.检索仿真系统设计资料

课题的主要任务（需附有技术指标分析）：

1.了解碱回收系统应用和发展状况

2.熟悉DCS系统设计方法

3.掌握仿真系统设计的方法

4.掌握组态仿真软件

5.综合运用仿真技术、DCS技术、组态软件，完成设计

设计进度安排及完成的相关任务（以教学周为单位）：

周次

设计任务及要求

第1-3周

检索、收集资料

第4-5周

整理资料，确定设计方案

第6-7周

完成系统方案、流程图的设计

第8-12周

系统仿真软件编程和监控画面绘制

第13周

进行测试、修改

第14-15周

完成论文文字撰写部分、修改并完成毕业设计论文

学生签名：

日期：

指导教师：

日期：

教研室主任：

日期：

碱回收蒸发工段DCS仿真系统设计

摘要

针对造纸行业碱回收蒸发工段的工艺流程和企业培训要求，设计碱回收蒸发工段DCS仿真系统，作为新员工入职培训的一种新型手段。

以VisualBasic作为开发平台，从系统硬件组态和软件设计两方面探讨了VisualBasic在碱回收蒸发工段DCS仿真系统设计中的应用。

针对蒸发工段仿真的难点和特点，提出可视化编程思想，利用VisualBasic组态功能实现工艺流程画面，利用编程实现现场设备动态，模拟所监控设备的运行状态。

运行表明，该仿真系统运行稳定、模拟准确，如果将此仿真系统应用于企业培训，可以帮助企业节约培训费用，同时能够一定程度地避免现场培训，降低了培训风险。

关键字：

碱回收,仿真，VisualBasic，可视化编程

TheDesignofDCSSimulationSysteminEvaporationSectionofAlkaliRecovery

ABSTRACT

Accordingtotheprocessandcontrolrequirementsofalkalireclaimevaporationsectioninpapermakingindustry,DCSsimulationsystemdesignapplicationinevaporationsectionofAlkalirecoveryisdevisedasanewkindoftrainedsolution.BasedonprogrammerdesignsoftcalledVisualBasic,fromtwoaspectsofhardwareconfigurationandsoftwareprogramming,thediplomaprojectdiscussestheDCSsimulationsystemapplicationofVisualBasicinevaporationsectionofAlkalirecovery.Visualprogrammingideaisproposedtosolvethedifficultiesandcaterthecharacteristicsofalkalireclaimevaporationsection.TheconfigurationfunctionofVisualBasiccanconfigurethestaticgraphicanditsprogrameditfunctioncanmaketheequipmentsbecomedynamicandsimulatetheoperatingstate.Theoperationsuggeststhatdiplomaprojectsucceedinsimulatingthealkalireclaimevaporationsection.Atthesametime,thesimulationsystemcannotonlycutdownthetrainingcostsbutalsoavoidthehazardofspottraining.

KEYWORDS:

alkalireclaim，simulation，VisualBasic，visualprogramming

1绪论

1.1课题目的

造纸业是一个资金密集型，技术密集型和高耗能的行业，碱回收是制浆造纸工艺中的一个重要环节，具有复杂度高、任务重的特点，碱回收环节可以影响到整个造纸生产企业的效益。

碱回收是一个伴随着近、现代制浆造纸事业发生、发展的生产技术措施，至今也有100多年的历史。

在碱法制浆过程中，根据不同的原料,要加入总碱量达10%—25%的碱，这些碱在蒸煮过程中，同原料中的木素、半纤维素、纤维素的降解物发生化学作用，并一起溶解在蒸煮液中，形成黑液。

在没有碱回收时，这些黑液都当作废物排放掉了，这不仅会污染环境而且不能使原料得到充分的再利用。

碱回收从其发生发展的过程上看，它是一个变废为宝、化害为利、增加效益、防治污染的综合能源利用工程。

因此对造纸企业来说，碱回收是一个重要的工段，无论从节能降耗还是环境保护的角度来看，都具有重要的意义和市场价值。

以往企业对操作人员的培训主要通过师傅带徒弟或是现场讲解，这种培训方式不可避免的存在一些缺点，例如：

（1）学员的培训时间得不到充分的保证，培训效果有限；

（2）培训过程中无法主动制造事故，使学员缺乏排除故障的练习机会，处理紧急情况的能力有限；（3）往往采取统一的方式来进行培训，不能根据不同学员的不同情况来培训，针对性较差；（4）无法对学员的学习效果进行合理的评价。

为了在不影响正常生产的情况下让员工对碱回收蒸发工段有初步的了解和认识，近年来仿真系统应运而生，成为解决此问题的有效方法。

而随着计算机和仿真技术的飞速发展，化工仿真培训方式在化工企业里得到了极大应用，建设碱回收培训仿真系统是解决上述问题的一个重要技术手段。

仿真系统的应用在实践中取得了很好的效果，如80年代初，西方国家如美国、英国、德国、法国、加拿大、日本等国的大型石油化工企业相继采用计算机仿真培训系统训练操作工人，效果十分突出。

大量统计结果表明，仿真培训可以使工人在数周之内取得现场2-5年的经验。

这种仿真培训装置能逼真地模拟工厂开车、停车、正常运行各种事故状态的现象,发现一些潜在的问题，及时对生产进行调整，帮助改善生产，无需投资，没有危险性，能节省培训费用，大大缩短培训时间。

因此，仿真系统的应用可以减少企业的员工培训工作量，减少企业开支，在安全的培训环境中提高操作人员的技术素质，使企业操作人员能进行安全生产，降低风险[1-2]。

设计人员在碱回收仿真系统的设计与研讨过程中，可以对碱回收蒸发工段的工艺有深刻认识，在控制系统的设计和仿真中可以学习和掌握碱回收蒸发系统、组态仿真软件、DCS系统设计等领域的知识。

同时此次设计有利于造纸企业减少培训费用，降低培训风险，可以在短期的培训时间中让员工获得明显培训效果。

1.2课题意义及应用前景

碱回收是目前消除黑液污染最经济有效的解决方案，同时黑液进行碱回收具有巨大的环境效益、社会效益及经济效益。

随着科技的进步，化工生产逐步向集中化、复杂化、连续化发展，化工生产过程中的自动化程度也越来越高。

碱回收蒸发工段DCS仿真系统可以在不使用硬件的条件下模拟出现场的工艺流程，这种将虚拟现实技术和面向对象的仿真方法相结合的仿真系统结合了两者的优势，既提供了逼真的现场感，又使系统更接近于真实的系统。

但此类仿真系统主要应用与军事及电厂等，在大型化工生产中的应用较少，在制浆造纸企业中的应用则更少，碱回收作为企业的一个部分，同样是高能耗的工段，然而仿真技术在碱回收工段仍然没有得到很好的发展与应用。

对于大型化，连续化的化工生产来说，根据前述的仿真系统的优点来看，对其运行过程的仿真是很有必要的。

同样，碱回收蒸发工段的仿真系统仍属于工业大类的仿真，如果将其系统进行相应的改变而用于其他的流体行业或电力行业，也并非没有可能，它是具有一定的可行性，因此仿真系统在以后的工业中很大的发展前景和发展空间。

1.3课题任务

（1）了解碱回收系统：

通过收集资料和实习经历，对碱回收蒸发工段的工艺有具体的掌握，利用网络资源了解当前国内外的碱回收发展状况及发展趋势，争取能对碱回收工段的工艺或控制方法提出改进的建议；

（2）熟悉DCS系统设计方法：

首先确定测量点数：

（a）AI/AO点数，（b）DI/DO点数，然后做出I/O清单；统计出总量后，根据工艺控制要求，设计逻辑及控制回路图；在工艺图纸的基础上，添上完整复杂控制回路；

（3）掌握仿真系统设计的方法：

首先掌握工艺流程，根据工艺要求设计现场仿真画面，最后用编程语言编写程序，使仿真系统能够动态模拟生产现场；

（4）掌握组态仿真软件：

了解目前组态软件，在组态过程中对具体功能进行深入学习，掌握基本仿真技能，如有余力可以了解一下其他的仿真软件；

（5）综合运用仿真技术、DCS技术、组态软件，完成设计：

从工艺流程到虚拟界面的设计，最后到模拟仿真的整个过程中，对所学的知识进行综合应用，在完善和改进中学习仿真知识。

2碱回收蒸发工段概述

造纸工业是国民经济的重要支柱产业之一。

目前，碱法制浆是国内外造纸工业中普遍采用的制浆方法，碱回收是现代碱法制浆的重要组成部分，其过程分为蒸发、燃烧和苛化3个工段。

其第一步就是通过蒸发将黑液进行浓缩，从纸浆洗涤工段来的黑液浓度约为15%左右，经过蒸发工段的多效蒸发器进