中南大學《過程控制儀表》調研報告題目：衛生紙制作工藝流程學院： 信息科學與工程學院專業班級：電氣1401小組成員：2016年11月21日摘要在衛生紙從漿板原料到原紙的造紙過程中，有些關鍵的工藝參數必須要控制好，才能生產出質量合格的原紙。在造紙過程中，主要分流送部分與抄紙部分,其中流送部分有碎漿、磨漿、配漿、上漿等內容抄紙部分有成形、壓榨、干燥、壓光、卷取等內容，其他與之配套有真空、白水、損紙等系統。如何控制好這些過程中各步驟的關鍵工藝參數，直接影響到所生產出來原紙質量的好壞。下面我們將根據調研結果詳細討論這幾個造紙過程步驟的控制。關鍵字：工藝參數控制系統目錄TOC\o"1-5"\h\z.前言 4\o"CurrentDocument"課題背景 4\o"CurrentDocument"國內造紙技術現狀 4.生產流程概述 5\o"CurrentDocument"碎漿 5\o"CurrentDocument"磨漿 6\o"CurrentDocument"配漿 7\o"CurrentDocument"上漿 8\o"CurrentDocument"成形 9\o"CurrentDocument"壓榨 10\o"CurrentDocument"干燥 11\o"CurrentDocument"卷取 12.過程控制詳述 13\o"CurrentDocument"配漿工藝及其控制 13\o"CurrentDocument"控制方案選擇 13\o"CurrentDocument"成漿池液位斜坡控制 14\o"CurrentDocument"漿料配比串級控制 15\o"CurrentDocument"輔料的配比控制 16\o"CurrentDocument"結束語 18.調研總結 19一?前言課題背景據中國造紙協會調查資料，2015年全國紙及紙板生產企業約2900家，全國紙及紙板生產量10710萬噸，較上年增長2.29%。消費量10352萬噸，較上年增長2.79%,人均年消費量為75千克（13.75億人）。2006-2015年，紙及紙板生產量年均增長率5.71%,消費量年均增長率5.13%。根據國家統計局數據，2015年全國規模以上紙制品生產企業3898家，生產量7038萬噸，較上年增長6.07%；消費量6766萬噸，較上年增長6.18%；進口量12萬噸，出口量284萬噸。2006-2015年，紙制品生產量年均增長率13.60%,消費量年均增長率13.84%。國內造紙技術現狀隨著我國經濟的快速發展，國內造紙機械行業取得了很大的進步，尤其是最近10年，有一些別的行業如航空、造船等參與造紙機械的生產，產品的技術水平、新產品開發、單機規模也有了很大的提高。出現了不少民營股份制企業，其中一些企業對提高產品技術水平、開發新產品具有很高的熱情。但這個行業的基本格局沒有大的變化，主要表現為產品趨同，缺乏特色；過度競爭，利潤微薄；產品性能不穩定，技術水平偏低。這些特點說明了我國造紙機械行業目前仍處在初級發展的階段，一方面低檔產品相對過剩，利潤下降；另一方面，對高檔產品的需求又難以勝任。二.生產流程概述L流送部分：碎漿、磨漿、配漿、上漿衛生紙生產YL抄紙部分：成形、壓榨、干燥、壓光、卷取下面就這幾個步驟，對衛生紙的生產過程進行概述。流送部分2.1碎漿碎漿過程要控制的主要工藝參數為碎漿的濃度、時間和抽漿濃度。碎漿的濃度、時間決定漿料的疏解程度，抽漿濃度是下一步驟磨漿的基本條件。如圖1所示，當碎漿過程開始加水時，把流量計所測量的流量就開始累加計算，根據/加水量=（漿板重量x漿板絕干量）/濃度-漿板重量0的公式計算確定碎漿與抽漿的加水量。當漿板下到開動的碎漿槽里且累加流量等于碎漿的加水計算量時，關閉加水自動閥，開始計算碎漿時間，這用定時器或在DCS程序中都可輕易實現。達到所設定的時間后，打開自動閥加水，直到累加流量等于抽漿的加水計算量，同時進行抽漿，這樣便可在漿池內得到穩定濃度的漿料。^jJ. 矯豪舟2.2磨漿磨漿過程要控制的主要工藝參數有漿料通過量、磨漿功率與磨漿濃度。因為實時配漿使長短纖維的用量常常變化較大，同時影響到磨漿機的出口壓力，這就需要改變回流量，控制漿料在磨漿機通過量，來穩定磨漿機的出口壓力。如圖2所示，通過流量計測量出配漿所需的漿流量與回流量，而兩者之和便是漿料在磨漿機通過量。設定漿料通過量，控制回流閥，讓回流量隨配所需的漿流量的變化而反向變化，這樣便可得到穩定的漿料通過量。對測量出的瞬間濃度與濃度設定值的比較，通過PID調節稀釋自動閥來控制磨漿濃度。竄料血過量對雙盤磨而言，控制磨漿功率即控制它的進刀深度。如圖3所示,以磨漿功率的設定值為中線設定一個在工藝允許范圍內的偏離區，磨漿功率在偏離區內，不進刀也不退刀；若向上超出偏離區則退刀，反之向下超出偏離區則進刀。為了保護盤磨，控制進退刀的電機有快速與慢速兩檔，又以磨漿功率的設定值為中線設定一個大于偏離區的區域,磨漿功率在這個區域內慢速進退刀，反之磨漿功率在區域外則快速進退刀。這樣在所設的漿料通過量與磨漿功率都穩定的情況下，可得到打漿度符合工藝要求的良漿。快速設定取 T-快速圖.1雙跳麝中控制磨差功性暴盤用配漿現在高速衛生紙機的工藝流程都是實時配漿，一般分上層漿料與下層漿料，上層漿料由長纖、短纖配成，短纖居多，使上層紙面手感較滑；下層漿料由長纖、短纖、損紙配成，長纖與損紙居多，使生產出來的衛生紙有較好的拉力。配漿過程要控制的主要工藝參數是每條配漿線路的流量。如圖4所示，每條配漿線路都配有流量計，配漿池有液位傳感器，根據配漿池的液位測量值與設定值進行PID控制，把其輸出值結合配漿時每條漿料線路所占百分比的設定值及實際濃度，通過公式“瞬間流量二配漿池的液位「2控制輸出值*配漿百分比X系數/濃度”便可計算出每條線路所需的瞬間流量，即流量的設定值。根據流量的設定值與流量計的輸入值，對每條線路流量計前的自動閥進行PID調節，則流量的實際值接近設定值，從而使上下層的漿料達到工藝要求的穩定狀態。圖4配漿過和《總圖上漿上漿過程要控制的主要工藝參數有上漿濃度、上漿流量。其上漿濃度的控制是一個典型的PID控制，如圖5所示，通過對稀釋自動閥的調節達到接近設定濃度的目的。而對上漿流量的控制相對就比較復雜了，在卷取部中配有掃描架測量紙頁的定量與水份，為了達到定量穩定的目的，以掃描架測量的定量為輸入值，每種紙工藝要求的定量為設定值，進行反應較慢的PID調節；而它的輸出值參與一定的算式計算，得到上下層的上漿流量的設定值；再結合現場流量計測量的流量為輸入值進行動作較快的PID控制，把輸出值賦予上下層定量閥的步進電機，調節定量閥的開度。經過雙層的PID控制，在卷取部得到的定量基本趨于設定值。圖5上蒙過程示盒圖抄紙部分成形在定量閥開度、上漿濃度、流漿箱唇板開度等參數確定后，成形部要控制的主要工藝參數只剩漿網速比了。因為網速基本等于紙機的速度,所以要控制漿網速比，就要調節噴漿速度。如圖6所示，先從成形輥的傳動電機的編碼器處得到瞬時轉速，結合成形輥的周長算出線速度，即網速；再通過公式/漿速=漿網速比@網速0計算出在工藝要求的漿網速比下的漿速，通過系數把它轉換成所要求上下層沖漿泵的轉速，這樣計算出來的轉速為設定值，從沖漿泵傳動電機的編碼器處得到瞬時轉速為輸入值，經過比較不斷修正給沖漿泵的輸出值，達到控制漿速的目的。國6談M過比的V國壓榨壓榨過程要控制的主要工藝參數有壓榨輥與烘缸的壓力及烘缸電機、壓榨輥電機、成形輥電機這三個傳動點的負荷分配。壓榨輥與烘缸的接觸是靠壓縮空氣維持的，在壓榨輥兩邊的氣囊引出氣路安裝壓力傳感器，監測瞬間的氣壓，并為PID控制的輸入值；以設定的總氣壓乘以兩邊設定的百分比，便得到兩邊氣壓的設定值；再把輸出值送給各自的壓力比例調節器，控制氣囊的氣壓。這樣便完成了一個PID控制過程。烘缸電機、壓榨輥電機、成形輥電機的三點傳動負荷分配也會影響到紙頁的質量，先以烘缸的速度為基準，根據負荷分配確定壓榨輥與成形輥的基本速度；再以壓榨輥為基準，經過二次負荷分配確定成形輥的速度。由于該步驟涉及到的內容較為復雜，本小組未找到詳細的資料，因此在這里只能簡單敘述了。干燥干燥系統包括烘缸的蒸氣系統和氣罩的熱風系統。蒸氣系統主要是把烘缸均勻加熱和排走烘缸內的冷凝水。所以它的主要工藝參數是進缸的蒸氣壓力及通過烘缸的蒸氣流量。如圖7所示，控制進缸的蒸氣壓力是以二次蒸發氣的循環熱泵為主，補充新蒸氣的自動閥為輔。在烘缸的蒸氣進口處附近安裝壓力傳感器，所測量的壓力作為輸入值,結合其設定值進行PID控制，把輸出值乘以2,再把所得的計算值與100比較，取較小的值賦給二次蒸發氣的循環熱泵的自動閥；同時把所得的計算值減去100，再把它與0比較，取較大的值賦給補充新蒸氣的主輔功能。通過烘缸的蒸氣流量即二次蒸發氣的流量，由再用蒸氣與排放蒸氣兩條氣路組成。以烘缸的蒸氣出口處附近安裝的流量傳感器所測量的瞬時流量作為輸入值，結合其設定值進行PID控制，通過上述的同樣方法對輸出值進行處理后，再送給再用蒸氣自動閥與排放蒸氣自動閥，做到先調節再用蒸氣自動閥，待它的開度達到100%后,再調節排放蒸氣自動閥。這樣穩定了通過烘缸的蒸氣流量，有利于烘缸冷凝水的排出。I原條穌：嗣京陽卷取卷取過程要控制的主要工藝參數是起皺率。起皺率的大小關系到生產出來的紙的厚薄及皺紋，起皺率的控制主要通過改變抄速差來實現的。如圖9所示，設定抄速差后，以烘缸的線速度為基準，計算出卷紙缸的線速度，根據卷紙缸的直徑，把線速度轉化成轉速,送給傳動部分的卷紙缸起動控制單元，加上從卷紙缸傳動電機的編碼器處得到瞬時轉速的反饋，對輸出信號進行修正，從而使卷紙缸的轉速不斷接近設定值,達到控制抄速差的目的。itJid,二<￡目<jx*?小晝E以上是本小組對衛生紙機造紙過程的幾個主要步驟的工藝關鍵控制點的內容介紹。三.過程控制詳述本小節對衛生紙生產過程中的配漿步驟涉及到的過程控制進行了詳細的敘述。配漿工藝及其控制配漿工段是通過調節閥控制各漿種的流量來實現漿料配比的（見圖1）,各路漿送入成漿池后，經充分攪拌，由成漿泵送到高位箱，用于紙機抄造，在此過程中就涉及到漿料配比和成漿池液位控制。圖1配漿工藝流程圖控制方案選擇傳統的PID控制方法很難做到對漿池液位的精確控制，當液位給定值與測量值有誤差時，用某種漿料來調節液位的偏差是不合理的，這會影響漿池內漿料的正確配比；若同時動作各路漿料的流量，即同時調整每種漿料流量（增加或減少），既要滿足液位的穩定要求，又不影響漿料的配比，傳統的控制方法很難達到這樣的要求。另夕卜，采用傳統的控制方法也很難做到輔料添加的精確控制。因此，在實際控制中，對漿池液位采用斜坡控制，對漿料配比和輔料添加采用串級控制方式，以解決傳統控制方法的不足。圖2傳統控制系統基本結構圖圖2傳統控制系統基本結構圖成漿池液位斜坡控制成漿池液位控制主要是控制各路漿的加入量，但各種漿料要按比例添加。為此，采用了斜坡控制方式（見圖3）,斜坡控制不是直接控制漿的加入量，而是根據當前液位得到1個液位控制系數，再按此系數計算各路漿的添加量。由圖3可看出，漿位控制系數共分為4段,漿位越低，控制系數越大，漿的加入速度也就越快，從而快速提高漿池液位。同理，漿位越高，控制系數越小，漿的加入也就越慢。此外，在第1段和第4段的斜坡較陡，使得漿料加入量變化較快，目的要使漿位快速回到控制區域。中間2段較為平穩,其液位變化對加入漿池漿料的流量影響不會很大，這個區域也是漿池液位控制的理想區域。在實際應用中，每個段的折點值可在線調節，以得到理想的液位控制。曜裁液位圖曜裁液位圖3液位斜坡控制示意圖另外，從圖3可知，4段斜坡就是4段直線，由它們的折點可得到4段直線的斜率和截距,再根據當前液位量便很容易計算出控制系數。漿料配比串級控制本控制系統由操作人員輸入各路漿的配比量，用液位斜坡計算得到的液位控制系數結合PID算法，對漿流量進行串級控制，從而實現漿料的配比控制。漿料配比控制有3種控制狀態可供選擇：串級控制、自動控制、手動控制。手動控制，由操作人員給出輸出值，即直接控制閥門開度；自動控制，由操作人員輸入流量給定值，通過PID算法控制輸出值；串級控制，由計算機計算流量給定值，再由PID算法控制輸出值，給定值的計算結果就是由各路漿的配比量和液位控制系數得到的。自動和手動控制時，無法精確控制漿料配比量，也無法控制漿池液位，只有串級控制才能實現漿料的配比量和漿池液位精確而穩定的控制（見圖4）。控制系統實現了控制狀態的無擾動切換操作人員可根據需要進行切換。在串級控制或自動控制狀態時，當某路漿流量信號出現故障，該路漿的流量控制自動切換為手動狀態，因為此時無法投入PID控制；串級控制時，若漿池液位信號出現故障，將切換為自動控制狀態，因為此時無法計算液位控制系數。此外，計算給定值時要用到各路漿的濃度值，在濃度信號故障時，將使用實驗室濃度值進行計算。串級控制時，漿料給定值的計算過程為：（1）根據成漿池液位得到液位控制系數m;(2)計算總干漿量程L=ZFi*Ci,F為各路漿流量的量程，C為各路漿的當前濃度；(3)取各路漿的配比量Pi；(4)計算各路漿的給定值SPi=(m*L*Pi)/Ci;(5)送入PID控制。輔料的配比控制輔料也采用3種控制狀態：串級控制、自動控制、手動控制,其功能與前述相同，同樣具有信號故障判斷，并進行控制狀態切換的功能（見圖5）。串級控制時輔料的添加量是根據其要求的配比量和當前加入成漿池的總漿量計算得到的，下面以品蘭的配比控制為例加以說明。串級控制時，品蘭給定值的計算過程為：（1）計算當前總干漿流量F=Fi*Ci,F為當前各路漿流量，C為各路漿的使用濃度（即當前濃度值或實驗室濃度