自动控制技术在造纸工业中的应用

自动控制技术在造纸工业中的应用

摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业

企业。造纸工业，不同于一般的日用消费品工业，它是资金、技术、资源、能源

密集型的行业，连续、高效的生产才能使规模效益得以体现。随着我国工业的飞

速发展，造纸工业也进入了快速发展期。过去10年我国造纸行业实现了“国产替

代进口，并成为净出口国”的转变，这不仅体现了纸张产量的增加，更体现了造纸工业的充分发展，是造纸产量、质量的综合提升，是造纸工业发展进入新阶段的

标志。本文就自动控制技术在造纸工业中的应用展开探讨。

关键词：自动控制；造纸工业；引言

引言

随着造纸生产工艺和设备的不断进步，对造纸生产自动控制的要求越来越高，也使厂家对这方面越来越重视，如何更好地选择和切合实际地配置性价比最高的

自动控制系统，已突出地摆在各生产厂家面前。

1自动控制技术应用的必然性

随着社会生活水平的提高，客户对纸的消耗量有增无减，并且对纸的质量提

出了更高的要求，一定程度上加大了生产强度和难度，增加了生产成本。与此同时，环保的概念深入人心，这使得传统制浆造纸企业不仅面临成本压力，更需为

环保贡献一分力量。“2012浆、纸、生物燃料及网络计量高峰论坛”给了上述问题

以解答。霍尼韦尔推出“经得起未来考验适用于不断变化世界的解决方案”，即将

自动控制新技术用于造纸过程中的测量和控制。与传统“人工控制”不同，传统控

制方式以人的大脑为控制中心，依托于长时间经验积累下的灵活反应和操作技巧，对工人依赖程度高，生产误差大，且人力劳动价值不断提高，这也给生产成本增

添了负担。而自动控制技术以传感器作为检测装置，将可编程控制器作为数据处

理核心，结合先进算法，完成信号的采集、传递、处理及控制，用更高精度的电

气传动控制系统与生产过程和目标相匹配。在此基础上建立的集成化信息平台，

更是增强了用户与系统之间的互动性，逐步实现远程操作、实时监测、及时故障

诊断与排除的功能。自动控制技术，因“能够适应未来的需求”，应用于造纸工业

成为必然。

2自动控制技术安全的生命周期功能

能够适应未来的需要是决定自动化投资的一个决定性因素，安全的生命周期

功能确保企业的自动化投资在将来也是安全的。工业级的安全性能是专为苛刻的

实时生产环境而设计的，分层的安全方法为应对各种威胁提供安全的保障。这一

功能实现了各种现场总线、现场设备寿命周期的管理以及网络文档的管理，为各

种硬件元件提供了维修支持。现有系统的升级方式和兼容性是建立一个强大寿命

周期管理的关键因素。软件安全的生命周期概念指从原有的和目前的系统向未来

的系统逐步升级的经济途径，适应未来的变化，延长产品的生命，有助于在整个

工厂寿命周期使平台的性能最大化。

3自动控制技术在造纸工业中的应用

3.1FCS（现场总线控制系统）

根据国际电工委员会的定义，现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置

与控制室内的自动控制装置之间的数宁式、串行、多点通信的数据总线。现场总

线控制系统（FCS）就是以现场总线为基础的全数字控制系统，它已成为2l世纪

自动化领域的新宠，相继出现了Profibus、Canbus、Lonworks、Bitbus、De-

vicenet，还有最新的FF总线（FieldbusFoundation）等，都分别代表着自动化的最新技术。但是，在FCS领域至今均未形成统一的现场总线。

3.2DCS（集散控制系统）

制浆造纸生产过程的DCS控制系统包括若干个子系统：如湿法备料及连蒸工

段控制系统，白水回收工段控制系统，洗、选、漂、打浆工段控制系统，抄纸配

料供浆控制系统，烘缸三段通汽工段控制系统，上浆浓度和QCS控制系统等等。

控制系统的主要控制对象是造纸生产中的各种参数，如：浆池的液位、汽和浆的

流量、电机和各种调节阀等。每个控制系统既有相对的独立性，又彼此互相联系，因此整个系统采用控制环节分散、数据处理集中的方式，即多操作站的DCS系统。每个控制系统按生产线集成控制系统的一个控制站的原则建立，完成造纸各工段

的过程自动控制。DCS通过系统总线与车间和各工段的DCS联成一个网络，各DCS系统主要由基本I/O单元、过程主站、操作站、报警站、操作终端、显示器、报警打印机和报告打印机组成，再加上生产现场的检测仪表和执行机构组成一个

完整的造纸生产的自动控制系统。

3.3QCS纸张质量控制系统

QCS技术是综合现代的感应技术，计算机应用技术，现代自动控制技术、精

密机械制造技术的一个系统工程技术。纸张生产中的QCS系统主要控制产品的质

量指标，其中最基本的为定量和水分，根据纸张的种类不同还有灰分、厚度、透

气度等指标。通过质量控制系统，提高纸质，以达到增加收益的目的。

4造纸工业自动控制发展趋势

20世纪70年代，自动控制以其优良的性能在工业生产制造控制中崭露头角，很快在造纸生产中得到推广应用，但在技术与实践上还比较简单，只用于基本控制，随着造纸工业的不断发展，自动控制系统不断创新，先进算法的引入，以及

精密控制的实现，加速了自动控制系统的发展。（1）先进算法的引入。传统闭

环控制，具有一定“自我矫正”的能力，但对系统模型建立的要求相对严格，且参

数选定后不再随环境更改。考虑到质量控制系统等模块中具有带有惯性的滞后环节，传统的PID控制难以适合这种控制对象。先进算法的出现，完成了“参数识别”的功能，使系统能够根据环境变化自动修正控制系统参数。提出一种将PID控制

与模糊控制相结合的模糊自适应PID控制，通过在线修正PID参数，实现了对扰

动的快速平稳调节。（2）精密的电机拖动控制系统。纸制品不断衍生，造纸机

多元化发展，要求在更换生产品种时造纸机的工作车速可以灵活调节，即电动机

拥有较硬的机械特性和较大的调速范围。同时，在生产过程中，面对电源的电压、频率波动以及造纸机负荷的变化、机械传动部件问题等扰动，保持稳定的车速，

也成为电机拖动系统控制得更为精密的推动力。

结语

制浆造纸过程是一个连续的系统化的过程。自动化控制是根据生产工艺的特

点和要求，实现全过程、切实有效的控制，更好地为生产工艺服务。因此，制浆

造纸过程的控制内容将进一步扩大，控制系统的控制模式或方法将更加符合或贴

近生产实际，更加具有独创性和专业性。在控制方式上，应用如自适应、自诊断、最优化等手段，在软件的设计中采用容错等最新的技术成果，在增强系统的可靠

性同时，结合制浆造纸生产的设备与工艺实际，提高系统控制的实际效果，应成

为自动控制方面的努力目标。自动控制技术应用于造纸工业是工业和经济发展的

必然，有利于全面提高我国造纸企业的技术水平。通过提高生产过程的自动化程度，稳定产品质量，提高生产效率，降低生产成本，获得更好的经济效益，最大