随着造纸业的高速发展

AUTOMATIONAUTOMATION11AUTOMATIONAUTOMATION22前前言言::•随着造纸业的高速发展,传统的单回路仪表控制已经不能驾驭现代高速纸机,计算机自动控制日益显得重要，所以现代造纸要求我们既要懂得造纸工艺和设备又要懂得自动化控制技术,才会使高速纸机发挥最大的效能.•今天探讨纸机的一些典型控制,有不到之处请各位专家批评指正!AUTOMATIONAUTOMATION33主要内容主要内容::•自控常用的英文缩写•8#机控制系统简介•湿部上浆系统:配浆控制,稀释水控制,MPC多变量预测控制•干燥:干网校正断纸检测纸机运行性能及状态监控纸幅运行管理三段通汽•卷取:张力控制•质量控制:横向及纵向控制AUTOMATIONAUTOMATION44一、自控常用的英文缩写一、自控常用的英文缩写•DCS：Distributedcontrolsystem(集散控制系统)•QCS：qualitycontrolsystem(质量控制系统)•MCS：machinecontrolsystem(机器设备控制系统)•WIS：webinspectsystem(纸病检测系统)•MCC：motorcontrolcenter(电机控制中心)•PLC：programmablelogiccontrol(可编程逻辑控制)•CD：crossdirection(横向)•MD：machinedirection(纵向或机器方向)•WRM:webrunmanage(纸幅运行管理)AUTOMATIONAUTOMATION55二、PM8控制系统简介系统控制结构:我公司新系统的控制系统采用芬兰METSO公司的DNA系统。该系统共分为A、B、C、D四部分，其中A部分为APMPDCS控制，B部分为PM8纸机和DCS控制，C部分为PM8涂辅料系统控制，D部分为DIPDCS控制。MetsoDNA系统包括一个由过程总线和控制室总线组成的一个局域网，过程站连接到这个网络时执行指定的任务。过程总线是系统内部使用令牌传递协议的10Mb/s确定性的总线，它连接所有的过程控制站到一条物理支路。AUTOMATIONAUTOMATION66AUTOMATIONAUTOMATION77•在系统机柜内的过程总线是以太网细缆。过程总线是为大量的执行任务提供效率保证和高利用率而设计的。控制室总线是标准以太网总线，通过网络连接单元（NCU2）将WindowsNT平台的操作站和其他MetsoDNA站连接在一起。控制室总线可通过OPC接入办公网络和工厂局域网络，控制室总线通过一个以太网路由器与工厂局域网和办公网隔离。网络结构见图1AUTOMATIONAUTOMATION88AUTOMATIONAUTOMATION99三、湿部和上浆系统：1、浆料配比的计算与控制3#机浆料配比的计算：3#机是以木浆为主回路设木浆比例为K木、苇浆比例为K苇、化机浆比例为K化机、损纸浆比例为K损纸，设木浆浓度为C木、苇浆浆浓度为C苇、化机浆浆浓度为C化机、损纸浆浓度为C损纸，木浆流量为F木、苇浆流量为F苇、化机浆流量为F化机、损纸浆流量为F损纸。•则：F苇=F木C木K苇/C苇K木•F化机=F木C木K化机/C化机K木•F损纸=F木C木K损纸/C损纸K木AUTOMATIONAUTOMATION10103#机浆料配比控制：•浆料的配比控制中，以木浆的实际流量来计算其它几种浆料的设定值，其中苇浆、化机浆的流量总是按配比跟踪木浆流量。•考虑到干损纸浆量的变化，可根据实际情况，选择是否参与配比，即当损纸浆泵P7在SUPER状态时跟踪木浆流量参与配浆比例控制，损纸浆泵P7在LOCK状态时（即不在监控状态）则损纸浆流量由操作员任意设定不参与配浆比例控制。•湿损纸不参与配浆比例控制，湿损纸浆流量由操作员设定。AUTOMATIONAUTOMATION1111•8#机流送系统控制：OptiFeed是一个从碎浆机或贮浆塔到纸机流箱的湿部工艺。不同的工艺部位如：浆料准备、短循环、损纸和白水系统全部集成于OptiFeed之中。工艺流程从浆板碎浆机开始,通过批处理程序的精确控制来保证碎浆机后抽浆浓度,使浆料得到良好的预处理,有利于在较低磨浆能耗下取得所需的打浆结果。在配浆的工艺流程控制中，在进计量池前完成计量浓度的前馈和串级控制，同时根据配浆流量和计量池的液位对进计量池的浆流量进行控制，以NBKP线为例控制方框图见图3，AUTOMATIONAUTOMATION1212AUTOMATIONAUTOMATION1313•成纸质量和纸幅运行性能取决于混合配料中各种组份含量的稳定性，稳定的浆料质量提高了成纸质量和运行性能，精确控制保证了最佳的浆料配比，系统根据各浆种的配比，结合浓度值对流量进行精确控制，控制方框图见图4AUTOMATIONAUTOMATION1414AUTOMATIONAUTOMATION1515•具有稳定流量、配有可靠的用于各种浆料成分流量和浓度测量设备的紧凑型流程保证了工艺调节精确迅速地进行。这种高灵敏度反应可使纸种变换在数分钟内迅速进行。减小配浆池和纸机池的大小,有利于降低了浆池搅拌能耗，有利于构建一个占地小的浆料制备站。为了减少进入纸机前浆料的变化，在纸机池出口采用前馈浓度补偿和流量串级对定量进行控制，控制方框图见图5AUTOMATIONAUTOMATION1616AUTOMATIONAUTOMATION17172、稀释水阀的平均开度与稀释率控制。　稀释水阀的平均开度：•稀释水阀的平均开度值的设定，应根据横向稀释阀的控制能力设定，原则上必须确保所有稀释水阀的开度0～100之间能有效控制每个区的横向定量值。如下图所示14#执行机构已全关（100%），而该处定量仍然偏小，已不能有效控制整个横向定量。从图中可见所有执行机构的开度都偏小，可以通过加大执行机构的平均开度，即可将Setpointmeanvalue由64.8减小。直至14#执行机构有一定的开度（〈100%〉且该处定量应接近平均值（62.85）。AUTOMATIONAUTOMATION1818AUTOMATIONAUTOMATION1919　稀释率控制：•所谓稀释率就是上网白水流量与上网总流量之比。其实无论上网白水流量或上网总流量都是无法直接进行测量的，在我公司3#机中上网总流量Q=f(G、p)•实际上就是当流浆箱一定时,上网浆总流量只与压头和唇板开度有关。•如图所示QP=R×Q其中Q=f（P，G）QP表示稀释水泵出口白水流量，P表示流箱压头，G表示唇板开度，Q表示上网总流量•Q=√（0.2×P+1.14777）/(1-（0.0064×G)2)×(187.2336×G)•但在实际生产中稀释水泵出口流量QP并不等于上网白水流量；而是QW=QP-QR1-QR2•其中QW上网白水流量，QR1表示稀释水筛出口排渣流量，QR2表示流浆箱稀释水总管回流流量。由此可计算得上网白水流量QW。AUTOMATIONAUTOMATION2020AUTOMATIONAUTOMATION2121上浆浓度与网下白水浓度控制•在要求纸机稳定生产中，上网浆浓度及网下白水浓度的稳定（留着率）非常重要。•网下白水浓度的控制是采取串级控制方式，网下白水浓度的测量控制回路作为串级控制的主回路，助留剂流量控制回路作为副回路；根据网下白水浓度设定值与测量值比较后改变助留剂流量控制回路设定值，控制的助留剂加入量，达到稳定网下白水浓度。•在实际控制过程中必须是在浆料配比、上网浆浓度、轻钙流量及浓度、内施胶淀粉流量及浓度、固着剂等添加剂相对稳定的情况下方可将串级控制的主回路投入自动。AUTOMATIONAUTOMATION2222••因此在控制程序编制时应考虑到助留剂的加入量的因此在控制程序编制时应考虑到助留剂的加入量的相对稳定、变化速率不能过快、且设置合理的限幅相对稳定、变化速率不能过快、且设置合理的限幅等，否则会适得其反等，否则会适得其反。。AUTOMATIONAUTOMATION2323AUTOMATIONAUTOMATION2424•稳定纸张灰分：将湿部控制和纸张灰分控制结合在一起，使原纸实现灰分稳定和良好的运行性能。利用kajaaniRMi测量白水浓度并采用IQWetendMD控制技术连同纸张质量变量一起加以控制的时候，可以达到最稳定的运行条件。通过kajaaniRMi测量网前箱的灰分，在断纸期间将湿部测量值维持在目标值内，从而降低了引纸时间以及上纸时达到质量要求的时间。控制方框图见图6：AUTOMATIONAUTOMATION2525AUTOMATIONAUTOMATION2626•纸机湿部IQWetendMD控制（MPC多变量预测控制）同时控制成浆、填料和助留剂流量使得成纸绝干量、成纸灰份含量和网下白水浓度保持在设定值。在断纸时流箱灰份浓度代替成纸灰份进行控制，同样在正常情况下也能这样控制，例如：当成纸灰份控制处于手动状态时。在正常运行过程中流箱灰份浓度和前馈定量控制处于自动模式，意味着当断纸发生时控制将自动切换。那么流箱灰份浓度控制器将接受一个连续的设定值，这个设定值是过滤后的灰份浓度测量信号，当检测到断纸时将成为控制器的设定值。前馈定量控制采用了类似的正常运行时测量值跟踪的方法。在断纸期间，流箱灰份浓度和前馈定量保持常数，直到操作人员修改。成浆灰份控制是可选项，目的是消除在进入短循环之前纸机池内短期的灰份变化。AUTOMATIONAUTOMATION2727四、干燥部1、干网校正•POSIEDGE织物定位控制系统：是一种基于光学测量、非接触式、电动控制织物定位系统。用于测量和调整织物在纸机横向上的位置，测量头通常安装在纸机的操作侧。•一套控制系统包括如下设备：•两个用于测量织物边缘位置的测量头•中央处理器•就地控制箱•变频器•电动校正设备•用户操作界面（MCS画面）AUTOMATIONAUTOMATION2828AUTOMATIONAUTOMATION2929•位置控制基本原理：根据测量反射光的强度得出净信号，分别计算出两个测量头所测量的织物位置。纠正织物上条纹、污垢带来的测量偏差，经过处理后，测量信号进行滤波。在正常操作条件下，两个测量头所测位置的平均值用于调整织物位置。如果其中一个测量头出现故障或被纸粘住，测量结果将自动采用另一个测量头的测量值，出现故障的测量头将自动停用，当故障消除后将自动投用。控制方框图如下：AUTOMATIONAUTOMATION3030AUTOMATIONAUTOMATION31312、POSIEYE断纸检测器：由于现在的纸机干燥部大都采用密闭汽罩降低汽耗，提高干燥效果，因此汽罩内温度较高，普通的断纸检测设备已不能满足应用要求。PM8在干燥部使用一种新的断纸检测设备POSIEYE。POSIEYE断纸检测器是基于测量纸的亮度变化的光学传感器。AUTOMATIONAUTOMATION32323、Sensodec6S运行性能及机器状态监控系统•Sensodec6S是设备状况监测和运行性能分析的整体解决方案。该系统可分析数百个高频过程脉冲或机械振动。由于6S可以提供实时的信息和分析，因而维护人员可以做出预测，并在正确的时间且合理地安排设备的维护，纸机操作人员可以对变化的工艺状况做出反应来提高纸张的运行性能和纸机的生产能力。AUTOMATIONAUTOMATION33334、纸幅运行管理的WRM系统•造纸机的断纸常常是一件很神秘的事，它何时何地发生是很明显的，但它发生的原因却常常不清楚，而且证据随着损纸永远地留在了损纸池里。许多断纸都是隐讳和断续的，发生的原因也是五花八门的。WRM是美卓自动化的纸幅运行管理系统。为了能捕捉高速事件，影像刷新速率可达到每秒50帧。整个影像链采用无闪烁高亮度照射灯、专用照相装置、同轴电缆来保证最佳的成像质量。通过采用特殊影像压缩技术，有断痕的图像经处理后可以得到逼真的复原。AUTOMATIONAUTOMATION3434AUTOMATIONAUTOMATION35355、三段通汽•造纸车间的三段通汽控制理念是在确保通汽温度曲线的前提下尽可能节能，因此控