打漿過程解決方案(共9頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上打漿過程解決方案一、簡介制漿造紙工業(yè)是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一，是個技術(shù)、資金密集型的行業(yè)。制漿與造紙的工藝流程如圖所示：打漿過程打漿，就是利用物理機械作用處理懸浮于水中的紙漿纖維，使其具有抄造過程所需要的特性，見圖1所示。圖1 簡化打漿工藝流程圖傳統(tǒng)的打漿工藝是用人工的方法控制磨盤機的工作電流，隨時調(diào)整磨盤動刀對定刀的間隙量，再輔助調(diào)節(jié)進出口閥門用以改變紙漿在盤磨中的停留時間，以此來操作生產(chǎn)。并視打漿度SR情況再決定調(diào)整與否。由于影響盤磨機工作的因素很多，如漿流量，漿濃度，供電網(wǎng)電壓等，因此人工控制所造成的偏差值較大，使打漿質(zhì)量較大程度地受到局限。同時人工控制

2、不可避免地存在不合理能耗和設(shè)備負荷不均衡的缺陷。二、控制方案打漿過程控制能減小紙漿游離度標(biāo)準(zhǔn)差，提高產(chǎn)量，降低能耗。打漿控制系統(tǒng)大致可分為兩種，即比能量控制、游離度控制。1. 比能量控制（Specific Energy Control）這里指的是一類廣義的比能量控制，只要對于單位絕干纖維量，保持某個表征能耗的物理量恒定，即可歸入比能量控制。典型的比能量控制系統(tǒng)有以下三種：·自動功率控制這是最基本的自動打漿控制系統(tǒng)。它接受操作人員給出的設(shè)定值，將打漿機功率保持在一定的水平。功率控制主要通過盤磨機的進退刀機構(gòu)調(diào)整磨盤間距來實現(xiàn)：進刀則間距減小，磨盤與漿的摩擦力增大，所需磨漿功率隨之增大；

3、退刀則間距增大，磨盤與漿的摩擦力減小，所需磨漿功率隨之減小。如圖2-1所示，盤磨機功率控制器接受操作人員給出的設(shè)定值，它以盤磨的間距為被控變量，而紙漿流量、紙漿濃度和紙漿硬度等為擾動量，通過動刀磨盤的進退，使盤磨機的工作狀態(tài)保持在給定功率值。圖2-1 自動功率控制這種控制方式適用于紙漿濃度和流量較穩(wěn)定的情形。所以需要先從工藝上或用控制手段使紙漿濃度和流量穩(wěn)定，然后控制打漿機功率來保證成漿質(zhì)量。·溫差控制它以機械能轉(zhuǎn)化為熱能的多寡，即打漿機出口漿溫度減去入口漿溫度作為打漿過程作功多少的度量。操作人員設(shè)定溫度差T，主電機驅(qū)動功率為反饋信號?？刂破髡{(diào)整磨盤間隙以維持紙漿溫升恒定。如圖2-2

4、所示。圖2-2 溫差控制這種方式的主要優(yōu)點是對漿流量一定范圍內(nèi)的變化能夠做出響應(yīng)。然而，溫度傳感器本身滯后大，環(huán)境溫度、進漿性質(zhì)等變化都會影響溫升，這些因素都限制了這種控制方式的廣泛采用。·hpdt控制與前兩種控制方式不同，它增加了打漿機進漿流量和濃度的測量。把這兩個量折算成絕干纖維量。操作人員給定單位絕干纖維量的能耗，即hpdt。計算式如下：hpdt（PP0）÷（F×C）式中漿濃為C，漿流量為F，主電機功率為P，主電機空載功率為P0。該值乘以單位時間通過的絕干纖維量再加上打漿機空載負荷，計算得到打漿機所需要的總功率。最后調(diào)整磨盤間隙使之達到計算值。hpdt控制h

5、pdt控制的優(yōu)點在于它對過程量，即漿流量和濃度的波動能夠及時響應(yīng)，響應(yīng)的時滯減到最??；由于采用流量和濃度信號輸入，控制精度得到提高；它對工藝條件的要求低于前面兩種控制方式。為了得到更好的控制效果，實際應(yīng)用中也可以將它與自動功率組成串級控制。如圖2-3。圖2-3 hpdt與功率串級控制上述三種方式都是選擇某一間接物理量作為控制目標(biāo)，就穩(wěn)定打漿質(zhì)量和改善打漿機的可操作性而言，已經(jīng)能夠取得一定效果。由于比能量只能間接、粗略地反映打漿過程，它無法補償原料物性的變化和磨盤刀具磨損對打漿性質(zhì)的影響，因此，從原理上說，它只是一類比較初級的打漿過程控制方案。雖然，這類方案的缺陷往往試圖以離線打漿度和濕重測量來

6、彌補，但離線測量人為因素影響大，時間滯后大，所取試樣也很難準(zhǔn)確反映紙漿的真實情況。因此，靠離線測量值修正比能量設(shè)定值的方法并不能從根本上改變比能量控制的被動局面。2. 游離度控制為了克服比能量控制不能補償原料物性變化的不足出現(xiàn)了游離度控制。以游離度測量儀在線測量紙漿游離度，根據(jù)測量值與游離度設(shè)定值的偏差來調(diào)整磨盤間隙，使紙漿質(zhì)量穩(wěn)定。它對比能量控制的反饋信號作了改進，以游離度信號取代打漿機電機功率信號，是打漿質(zhì)量控制系統(tǒng)。盡管游離度已實現(xiàn)了在線測量，由于測量機理等原因，測量頻率仍只達到數(shù)分鐘一次。因此，游離度控制通常與比能量控制相結(jié)合，組成串級控制。游離度控制作為主回路給定比能量設(shè)定值，由比能

7、量控制副回路去調(diào)整磨盤間隙。故又稱為游離度比能量控制。圖2-4為游離度和自動功率控制結(jié)合的串級控制圖。圖2-4 游離度和功率串級控制3. 配套設(shè)施的控制在打漿過程中，為了實現(xiàn)打漿過程的均勻，需要對進漿濃度和流量進行控制。·低濃打漿低濃打漿過程中，進漿濃度可通過調(diào)節(jié)原漿池出口的清水閥開度來實現(xiàn)。對于漿流量，可以控制磨漿機的進漿量，也可以控制其出漿量。前一種方法往往會引入空氣，引起磨漿機的負荷不足，降低打漿效率。故生產(chǎn)中多采用后一種方式。出漿量通過對盤磨機出口流量調(diào)節(jié)閥的控制來實現(xiàn)。圖3-5所示。上述控制器可采用常規(guī)的PI控制器，控制器參數(shù)可在現(xiàn)場整定得到。由于濃度、流量、功率調(diào)節(jié)時存在

8、一定的耦合問題，根據(jù)工藝要求，在生產(chǎn)時一般先投濃度控制，再投流量控制，最后投功率控制。圖3-5 低濃打漿的進漿濃度和流量控制·高濃打漿高濃打漿過程由于多了濃縮機環(huán)節(jié)，進漿量由高濃濃縮機轉(zhuǎn)速決定，還必須保證濃縮機內(nèi)的漿位和進漿濃度基本不變。故需要對原漿池出口濃度、濃縮機的進漿濃度、漿位、轉(zhuǎn)速進行控制；此外還要根據(jù)低濃磨漿生產(chǎn)的要求對高濃成漿池出口濃度進行控制。這其中，原漿池和成漿池出口濃度控制通過調(diào)節(jié)相應(yīng)出口的稀釋水閥門開度實現(xiàn)，如圖26所示；濃縮機進漿濃度通過調(diào)節(jié)高位箱出漿閥或白水池左出口水閥開度實現(xiàn)，如圖27所示；濃縮機漿位控制則通過調(diào)節(jié)其進漿閥門開度實現(xiàn)，如圖28所示；濃縮機轉(zhuǎn)速

9、控制通過改變送給變頻調(diào)速機的控制信號來實現(xiàn)，如圖28所示。圖26 原漿池和成漿池出口漿濃度控制圖27 濃縮機進漿濃度控制圖28 濃縮機漿位和轉(zhuǎn)速控制上述控制器可采用常規(guī)的PI控制器，控制器參數(shù)可在現(xiàn)場整定得到。由于濃縮機的進漿濃度、漿位和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時存在一定的耦合問題，根據(jù)工藝要求，在生產(chǎn)時一般先投轉(zhuǎn)速控制，再投漿位控制，最后投濃度控制。4. 打漿過程的優(yōu)化控制打漿過程優(yōu)化控制，根據(jù)盤磨機打漿比邊緣負荷理論（Specific Edge Load Theroy，即SEL理論），首先建立打漿過程的比能量和比負荷動態(tài)數(shù)學(xué)模型及成漿打漿度和濕重軟測量模型。根據(jù)以上模型控制成漿質(zhì)量，就需要穩(wěn)定地控制打漿比

10、負荷和比能量，即控制盤磨機的進漿濃度、進漿流量和磨漿功率?；谠瓭{的分散性等因素，利用成漿打漿度和濕重的軟測量模型，對成漿質(zhì)量進行在線估計（預(yù)報），并據(jù)此調(diào)整打漿比負荷和比能量控制設(shè)定值。由于盤磨磨損，使打漿過程成為一個變模型對象，為了更有效地對這樣一個快速及模型不確定性對象實現(xiàn)有效控制，采用了MIMO系統(tǒng)多模型模糊加權(quán)控制策略，該策略對打漿過程具有較強的魯棒性并跟蹤迅速。l 打漿過程的比能量和比負荷動態(tài)數(shù)學(xué)模型在已有的設(shè)備（如雙盤磨機）和工藝條件下，利用先進的控制技術(shù)來提高成漿的質(zhì)量就是本優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計的原則。對優(yōu)化控制，首先要建立打漿過程的數(shù)學(xué)模型。依據(jù)比邊緣負荷理論（簡稱SEL理論），

11、比邊緣負荷值實際上表示單位長度的刀刃叩擊纖維時所消耗的有效能量。利用質(zhì)量平衡和能量平衡的原理，根據(jù)已知原漿濃度、流量、盤磨機進口濃度、流量、盤磨機進出口壓差、進出口漿料溫度和盤磨機工藝設(shè)計參數(shù)，獲得打漿過程的比能量、比負荷動態(tài)數(shù)學(xué)模型。l 成漿打漿度和濕重的軟測量軟測量原理：根據(jù)一定的優(yōu)化準(zhǔn)則，選擇一組與主導(dǎo)變量有密切關(guān)系的、較易在線精確測量的過程變量（輔助變量）構(gòu)成一主導(dǎo)變量與輔助變量之間的關(guān)系模型，用輔助變量值對主導(dǎo)變量進行實時在線估計，以解決主導(dǎo)變量無法實時檢測的難題。成漿打漿度（表征漿料的濾水特性）和濕重（表征漿料中纖維平均長度）是表征成漿質(zhì)量的主導(dǎo)變量。由于檢測手段的限制，我們利用軟

12、測量手段解決成漿這兩個指標(biāo)的在線估計問題。利用現(xiàn)代打漿理論（包括比邊緣負荷理論、比表面負荷理論等）研究表明，成漿質(zhì)量指標(biāo)值與比負荷、比能量的值之間存在一定的對應(yīng)關(guān)系，用這一對應(yīng)關(guān)系實現(xiàn)打漿與濕重的軟測量。l MIMO系統(tǒng)的多模型模糊加權(quán)控制策略打漿過程是一個MIMO多模型過程。利用模糊加權(quán)控制策略，在已知打漿過程各模型和成漿打漿度和濕重軟測量模型基礎(chǔ)上實現(xiàn)模糊加權(quán)控制。首先為描述對象不確定性的每個模型設(shè)計滿足性能要求的控制器，其實際控制作用是各控制器輸出的加權(quán)值，權(quán)重取決于各模型與實際對象模型的匹配程度，可根據(jù)各模型的預(yù)測輸出與實際輸出的偏差，經(jīng)在線識別而得到。三、系統(tǒng)配置根據(jù)打漿過程的生產(chǎn)工

13、藝和控制方案、優(yōu)化過程的要求，我們?yōu)榇伺渲冒踩煽康腟unyTDCS9200集散控制系統(tǒng)來監(jiān)督、控制和優(yōu)化。SunyTDCS9200集散控制系統(tǒng)實現(xiàn)過程控制、邏輯控制、順序控制等功能；具有模塊化柔性設(shè)計；提供開放數(shù)據(jù)接口、現(xiàn)場總線與互聯(lián)網(wǎng)接入；順應(yīng)時代發(fā)展潮流，吸收最新電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)，具有可靠性高、系統(tǒng)開放、構(gòu)成靈活、界面友好、功能強大、維護簡便的特點。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：其中控制站負責(zé)對現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)進行采集、處理和完成控制功能，并通過高速、可靠而開放的冗余系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)于操作站相連，能夠?qū)崿F(xiàn)于其它集散型計算機控制系統(tǒng)、上層管理系統(tǒng)的無縫連接。操作員站/工程師站，采用主流工控機設(shè)備

14、，裝有Windows 2000 Professional 操作系統(tǒng)和先進的組態(tài)軟件SunyTuch 7.0，友好的人機界面，實時、安全、可靠地對打漿過程進行監(jiān)視、控制，實現(xiàn)了打漿的優(yōu)化控制和安全操作。四、小結(jié)綜上所述，在制漿造紙的重要工段打漿過程使用SunyTDCS9200集散控制系統(tǒng)具有以下特點和性能指標(biāo)：特點1、實現(xiàn)優(yōu)化控制依據(jù)比邊緣負荷理論（SEL理論）建立打漿過程的比能量和比負荷動態(tài)數(shù)學(xué)模型，從而實現(xiàn)對打漿過程的優(yōu)化控制。2、成漿質(zhì)量指標(biāo)的軟測量根據(jù)軟測量原理和現(xiàn)代打漿理論，建立成漿打漿度和濕重的軟測量模型，并根據(jù)該模型及時預(yù)報成漿質(zhì)量。3、優(yōu)越的控制軟件合理的數(shù)學(xué)模型、先進的軟測量技術(shù)、MIMO多模型系統(tǒng)的模糊加權(quán)控制策略。4、先進的DCS系統(tǒng)先進的 Suny TDCS92