抄纸车间配浆自动控制

作者简介:刘诗悦先生,

工程师;主要从事制浆造纸自动化控制系统的研究和开发工作。

收稿日期:2004-11-02

本文选自2004年中国造纸学会新闻纸专业委员会 学术年会论文及报告汇编 。

配浆自动控制

抄纸车间配浆自动控制

刘诗悦

(福建南纸股份有限公司,福建南平,353000)

摘 要:介绍了福建南纸公司抄纸车间采用斜坡控制和串级控制实现成浆池液位和浆料配比稳定控制的方法,并对辅料添加控制方式也加以说明。关键词:自动控制;斜坡控制;串级控制;配浆

中图分类号:TS736+ 3 文献标识码:B 文章编号:0254-508X(2005)04-0036-03

福建南纸公司有化学浆、机械磨木浆、废纸脱墨

浆等浆种。这些浆种各有特点:化学浆纤维长、白度好、成本高;机械磨木浆纤维短、成本低;废纸脱墨浆纤维长、白度好,但成本随

国际市场的变化波动较大。因此,不同时期浆料的合理配比,对提高产品质量、降低成本极其重要。南纸公司配浆工艺流程如图1

所示。

图1 配浆工艺流程图

1 配浆工艺及其控制

配浆工段是通过调节阀控制各浆种的流量来实现

浆料配比的(见图1),各路浆送入成浆池后,经充分搅拌,由成浆泵送到高位箱,用于纸机抄造,在此过程中就涉及到浆料配比和成浆池液位控制。

1 1 传统PI D 控制的不足

传统控制方式采用控制量的给定值与测量值比较,按一定的控制规律控制输出量(见图2)。控制规律可采用特定的传递函数或PID 来实现。浆料配比和成浆池液位控制不易计算出合理而精确的传递函数,因此大多采用PID

算法来实现常规控制。

图2 传统控制系统基本结构图

对于浆料配比控制,PID 的常规控制只能实现各回路浆流量的稳定控制,而无法做到进入成浆池的浆料按一定的比例配比控制,每种浆都能按各自流量的给定值稳定控制。但因浆料浓度是一个变化量,因此加入成浆池的实际浆料量不是按照设定的浆料配比添加的,有很大偏差,这对纸机抄造及成品质量控制均有不利影响。

传统的PID 控制方法很难做到对浆池液位的精确控制,当液位给定值与测量值有误差时,用某种浆料来调节液位的偏差是不合理的,这会影响浆池内浆料的正确配比;若同时动作各路浆料的流量,即同时调整每种浆料流量(增加或减少),既要满足液位的稳定

要求,又不影响浆料的配比,传统的控制方法很难达到这样的要求。另外,采用传统的控制方法也很难做到辅料添加的精确控制。

因此,在实际控制中,对浆池液位采用斜坡控制,对浆料配比和辅料添加采用串级控制方式,以解决传统控制方法的不足。1 2 成浆池液位斜坡控制

成浆池液位控制主要是控制各路浆的加入量,但各种浆料要按比例添加。为此,采用了斜坡控制方式(见图3),斜坡控制不是直接控制浆的加入量,而是

36 技术报告

China Pu lp &Pa p e r Vol 24,No 4,2005

根据当前液位得到1个液位控制系数,再按此系数计算各路浆的添加量。由图3可看出,浆位控制系数共分为4段,浆位越低,控制系数越大,浆的加入速度也就越快,从而快速提高浆池液位。同理,浆位越高,控制系数越小,浆的加入也就越慢。此外,在第1段和第4段的斜坡较陡,使得浆料加入量变化较快,目的要使浆位快速回到控制区域。中间2段较为平稳,其液位变化对加入浆池浆料的流量影响不会很大,这个区域也是浆池液位控制的理想区域。在实际应用中,每个段的折点值可在线调节,以得到理想的

液位控制。

图3 液位斜坡控制示意图

另外,从图3可知,4段斜坡就是4段直线,由它们的折点可得到4段直线的斜率和截距,再根据当前液位量便很容易计算出控制系数。

1 2 浆料配比串级控制

本控制系统由操作人员输入各路浆的配比量,用液位斜坡计算得到的液位控制系数结合PID 算法,对浆流量进行串级控制,从而实现浆料的配比控制。

浆料配比控制有3种控制状态可供选择:串级控制、自动控制、手动控制。手动控制,由操作人员给出输出值,即直接控制阀门开度;自动控制,由操作人员输入流量给定值,通过PID 算法控制输出值;串级控制,由计算机计算流量给定值,再由PID 算法控制输出值,给定值的计算结果就是由各路浆的配比量和液位控制系数得到的。自动和手动控制时,无法精确控制浆料配比量,也无法控制浆池液位,只有串级控制才能实现浆料的配比量和浆池液位精确而稳定的控制(见图4)。

控制系统实现了控制状态的无扰动切换,操作人员可根据需要进行切换。在串级控制或自动控制状态时,当某路浆流量信号出现故障,该路浆的流量控制自动切换为手动状态,因为此时无法投入PID 控制;串级控制时,若浆池液位信号出现故障,

将切换为自图4 浆料配比控制框图

动控制状态,因为此时无法计算液位控制系数。此外,计算给定值时要用到各路浆的浓度值,在浓度信号故障时,将使用实验室浓度值进行计算。串级控制时,浆料给定值的计算过程为:

根据成浆池液位得到液位控制系数m ; 计算总干浆量程L = F i C i ,F 为各路浆流量的量程,C 为各路浆的当前浓度;

取各路浆的配比量P i ;

计算各路浆的给定值SP i =(m L P i )/C i ; 送入PID 控制。1 3 辅料的配比控制

辅料也采用3种控制状态:串级控制、自动控制、手动控制,其功能与前述相同,同样具有信号故障判断,并进行控制状态切换的功能(见图5)。串级控制时辅料的添加量是根据其要求的配比量和当前加入成浆池的总浆量计算得到的,下面以品兰的配比控制为例加以说明。串级控制时,品兰给定值的计算过程为:

计算当前总干浆流量F = F i C i ,F 为当前各路浆流量,C 为各路浆的使用浓度(即当前浓度值或实验室浓度值);

取品兰的配比量P 和浓度C ;

37 技术报告

中国造纸 2005年第24卷第4期