抄纸过程典型控制系统Word格式.docx
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当纸浆由制浆车间送到抄纸车间时，大多数都不能直接用于抄纸，而且，为了使成纸
能具有某些特性，还必须由其它浆厂购入某些具有不同特性的纸浆。
另外人们还需添加染
料和添加剂以获得所需的颜色和物理性能，这些操作通常称之为配浆（或纸浆的混合）。
为了赋予纸张一定的机械强度，纸浆需在多种机器中进行磨浆，其中具有代表性的机器是磨浆机、锥形精浆机和打浆机。
这一操作实质上是让纸浆在锋利且运动的一组刀片间反复通过，由刀片对纤维产生切短和压溃作用。
这组刀片可通过调解其刀刃的锋利程度生产出不同长度的纤维。
打浆可以改善纤维之间的结合，使匀度和紧度得以提高并降低多孔性或提高透明性；
但这些要根据纸的种类来确定。
在上纸机之前，制备好的纸浆还需经过筛选，有时还要对纸浆进行净化，即通过离心
式除渣器除去浆中尚未除净的重杂质。
6.1.2纸机
它主要由一张无端的细筛
（1）湿部纸机湿部最重要的部件是供纸页成形用的长网，
网（也称之为成形网）组成，纸浆悬浮液在网上分布均匀。
湿部的宽度取决于纸机的规格，而纸机的车速则由抄造的纸种来确定。
纸浆中的大部分水在网部的前端排掉，从而形成湿纸页，然后网子通过一组真空箱，真空箱能从湿纸页中吸去更多的水分，湿纸页以大约20%的浓度（20%纤维和添加剂，80%的水）离开长网部。
由多层纸页组成的纸板，通常在圆网纸机上成形。
纸浆被泵送到一系列的网槽中，在每一个网槽里，都有一个包覆着网子的网笼，以和其它网笼相同的速度转动。
网槽里的水穿过网子并由网笼的中心排出，同时在网上形成纸页。
与全部网笼相接触的无端毛毯将纸层揭起，形成一个多层结合的纸板。
往往将高级的纸浆用在两端的圆网上，从而使纸板的外表面比较美观。
而次表层由稍差一点儿的纸浆抄成；
中间的芯层则通常夹着回收的废纸浆。
（2）干部当纸页离开纸机湿部以后即被送至压榨，在压榨部纸页由无端毛毯（或化纤毯）承托着，附着在毛毯上方的纸页经过两个重辊的压榨以尽量压去水分。
纸页以大约3.5%的浓度离开压榨部，剩余的水分则在干燥部用蒸汽加热的烘缸上蒸发掉。
无端的干布带着纸运行，并将纸页压贴在烘缸的表面上。
6.1.3完成整理干燥后的纸页便进入到完成部，大部分种类的纸张都要经过一道或更多道辅助处理过程，其中之一是压光，即让纸页在很重的光滑铜辊之间通过，从而将纸压出较为光滑的表面。
对于某些纸，出压光后被卷成较大的纸卷。
根据用户的要求，这些大纸卷还需经过复卷机复卷也可切成较小的纸卷或平板纸。
另外，为了适应在加工纸厂中进一步加工的需要，比如加工成信封、奶容器、商品袋、纸怀以及其他消费品等，某些纸张还应该进行特殊的处理。
纸板用来制造瓦楞纸箱，冷冻食品的折叠盒和其他的产品。
用于生产其它类型纸板的纸浆大都是已脱墨和除去其它杂质的废纸浆。
6.2打浆过程典型控制系统
6.2.1打浆过程控制基本要求打浆的目的是通过打浆的机械作用，处理水中的纸浆纤维，使其发生物理变化而获得一些特定的性质，以满足纸或纸板生产的质量要求。
它对最终成纸的性质有决定性的影响。
自1922年Smith提出帚化理论以来，人们对打浆设备，打浆机理以及打浆过程的控制都进行了系统的、深入的研究，并使生产状况发生了更新换代的变化。
比边缘负荷理论用比边缘负荷（SpecificEdgeLoad）来表征打浆过程的特性，比表面负荷理论用比表面负荷（SpecificSurfaceLoad）来表征打浆过程的特性。
它们的共同点是用处理单位重量的绝干纤维量所消耗的有效能量来估算比能量。
由于制浆造纸业采用树木、麦草等植物作为原料，个体差异悬殊，诸如树木品种，生长的海拔高度，年龄，采伐季节，贮存时间及腐烂程度等因素都会影响成纸质量；
制浆过程中还有许多不可控扰动，它们都会影响纸浆质量的稳定性，需要通过精浆的质量控制来进一步提高上网纸浆质量，因此，仅依靠打浆设备和工艺的改进仍无法满足要求，必须对打浆过程实现自动控制。
目前，打浆过程控制技术已日趋成熟，比较成熟的打浆过程的控制方案则有比能量控制、打浆度控制和高级的比能—比边缘负荷控制和优化控制等。
本节从工程设计的角度介绍几种控制方案。
622单台盘磨打浆控制系统
图6-2-1是一种典型的把驱动电机的功率和通过锥形磨浆机纸料的温差结合起来控制转子位置的系统，其根本目的是通过对转子位置的调整来控制作用于纸浆的机械功的量。
温度检测元件TT-2a，TT-2b分别安装在磨浆机的进出口，测量信号送给温差变送器TdCon-2；
TdCon-2则用纸料出口温度减去纸料进口温度，并把与通过磨浆机后纸料所升高
的温度成比例的信号传送给温差记录控制器TdRC-2。
这个控制器是一个脉冲持续型控制器，它发出脉冲信号来触发转子位移电机的可逆启动器用的继电器，由此便可按要求向里或向外移动转子，以维持转子具有适度的机械作用（做功）。
主传动电机的负荷功率由变送器EwT-1测量并传送给记录器EwRC-1，同时也把这个信
号传送给温差记录控制器TdRC-2，以此来补偿它的控制作用。
当出现扰动时，将存在一个时间滞后，直到该扰动作用被温差测量仪表检测出来，才能重新调节转子的位置。
电机负
荷功率测量仪表越敏感，检测这种扰动作用就越迅速，从而给温差控制器发出相应信号，以此来补偿它的控制作用。
也可以用手轮来人工操纵。
压力指示仪PI-3用来显示磨浆机可能出现的堵塞和断浆现象。
压力指示报警器PIA-4也
用来显示这两种不正常现象，此外在低流量时，取代温差控制器传送到可逆启动器的控制信号而自动地拉出转子并同时发出报警信号。
dCon
图6-2-1磨浆机控制
1—未磨纸料进口；
2—主驱动电机；
3—磨浆机外壳；
4—可移动转子;
5—磨后纸料岀口；
6—可逆启动器；
7—转子位移用齿轮电机机构；
8—手轮
6.2.3多台盘磨串联打浆控制系统
图6-2-2是多台磨浆机串联打浆控制原理图，分析其打浆过程可以得到以下结论:
1）打浆是纸浆通过机械作用以改变其物理特性的加工过程，需要控制的主要指标是打
浆度（SR）。
影响打浆度的因素很多，主要有打浆设备的形式及其定子与转子的刀间间距，纸浆浓度和通过量等。
2）从便于自动调节的角度出发，常常把纸浆的浓度和通过量（即流量）固定下来，调节对打浆度影响最大的打浆设备的刀间距离，以稳定打浆度。
3）用于间接测量和控制打浆度的参数有：
①打浆设备的电机负荷。
在打浆浓度和通过量稳定的条件下，电机负荷大小直接与刀间距离成比例，稳定电机负荷，则稳定了通过打浆设备的每吨浆所耗的电能（称为单位电力消耗）也就稳定了打浆度。
②纸浆经打浆前后的温度差（或温升）。
③直接用打浆度仪表的信号作为控制打浆度的依据。
图6-2-2所示打浆控制系统可对针叶木浆、阔叶木浆和草浆等实施打浆度自动控制。
在图中对针叶木浆n为5，其中大锥度精浆机2台（备用1台），双原盘磨浆机3台（备用1台）。
对阔叶木浆n为4，即双原盘磨浆机4台。
对于草浆n为3，即双原盘磨浆机3台。
叩前池中的浆料经泵升压后送往串联打浆系统，经打浆设备的机械作用后送往叩后浆池。
整个打浆系统设置有下列控制回路：
1）进入打浆设备浆料的浓度自动控制回路；
2）进入打浆设备浆料的流量自动控制回路；
浓度控制和流量控制用以稳定打浆条件，即稳定进入打浆设备的绝干浆量和压力。
3）打浆设备电功率控制（通过自动进、退刀，调整打浆设备动刀和静刀间隙来实现）其目的是保证精浆机正常运行，避免定子转子之间的机械接触，设备的正常运行以电机负荷为指示。
4）在打浆机出口浆管道上装有压力联锁控制装置，当压力低于某定值时，说明打浆通过量少，定子转子之间可能发生接触，系统会自动停机或退刀。
5）系统设有清洗水压力手动遥控系统，在打浆过程结束时用以清洗打浆设备，为下一次打浆作好准备工作。
6）系统设有打浆过程三通控制功能，可以实现连续打浆和循环打浆的切换功能。
7）打浆质量控制，质量控制是打浆控制的最后一个环节，用打浆度软测量技术测得打
浆度（用化验值校正），用以控制打浆设备稳定打浆质量。
6.2.5打浆过程控制优化系统
（1）打浆度测量分析
打浆是比较复杂的过程，打浆的质量与许多因素有关，打浆度是影响纸浆滤水性能的
多种因素的综合，是经验指标。
它不仅与纸浆纤维的切断和帚化程度有关，而且受纸浆的浓度，温度，pH值，填料和气泡等因素的影响。
总结起来有：
1）设备的种类不同（如：
双原盘磨浆机、大锥度精浆机等），用Ksb表示;
2）打浆用浆板的种类不同（如：
木浆、草浆、苇浆等）Kjz表示；
3）打浆设备数的多少不同，用n表示；
，用Ksh表示;
4）碎浆用水的种类不同（如：
清水、白水等）
5）进浆流量的大小不同，用F表示；
6）进浆浓度的高低不同，用C表示；
7）进浆压力的高低不同，用P表示；
8）循环打浆与连续打浆的不同，用Kxh表示;
9）打浆设备前后的温度差不同，用AT表示。
因此，我们把测量打浆度SR的关系式表示为
（2）打浆度软测量模型
在实际测量中，影响打浆度的主要因素有进打浆设备的绝干浆量，打浆设备的数量、消耗的电功率等，因此打浆度关系式（6-2-1）可用下式表示
n
瓦Wi
SR=K-1SR.（6-2-2）
FXC
式中SR――打浆后浆的叩解度。
SR――打浆前浆的叩解度。
、Wi――打浆过程消耗的电功率。
i1
F――进浆流量。
C——进浆浓度。
K——与其它因素有关的系数，在线进行调整。
基于软测量式（6-2-2）我们得到了打浆度的测量值。
（3）打浆过程优化
1）进刀量自动调整（刀磨损情况补偿）公式的推导
设新刀进刀电流为I。
，设备每天工作h小时，工作m个月后进刀电流为Imax（打浆设备
工作的极限电流），工作时的浆流量为F，工作时的浆浓度为C，则有下列关系式成立：
Ssum=0.00001FChmI0（6-2-3）
△I=1max—10（6-2-4）
式（6-2-3）中Ssum的单位是复合单位TKA（吨千安时）。
△是刀电流从新刀到极限电流的
增加量。
分析式（6-2-3）、式（6-2-4）、式（6-2-5）可得到下面结论：
打浆设备从新刀到磨损后的旧刀工作时间每累计到q吨千安时，进刀电流应增加1安,
才能保证打浆度的测量值与实际值相同，满足工艺要求，称为刀磨损补偿。
2）叩解度软测量公式的调整（刀磨损补偿）
TW
SR二K°
Kt（V）-SR）（6-2-6）
式中Ko――新刀工作时的调整系数。
Kt——每工作Kt时的调整系数。
其它变量同式（6-2-2））Kt的计算方法如下：
设打浆设备的工作数量为n，打浆度的要求值为SR，初始值为SF0，Ko和Kt满足如下
关系式，当电流为|0时Kt=1.0
Iy"
SR^Ko10（0）SR/（6-2-7）
SR=KoKt（J-FLcH）■sr/（6-2-8）
由式（6-2-7）和式（6-2-8）可计算出调整系数k0和Kto
3）打浆过程优化目标函数
在打浆过程中，满足所要求的叩解度的前提下，我们提出如下目标函数：
Jmin『W（6-2-9）
i土
约束条件为式（6）及式（10）
0乞W1:
:
W2:
：
…:
Wn<
Wmax（6-2-10）
基于式（6-2-1）到式（6-2-10）设计优化控制软件。
6.3配浆过程典型控制系统
6.3.1配浆过程控制基本要求
配浆（包括调料）是指造纸过程中打浆到抄造工段必经的一个重要环节。
配浆过程中由于各种浆料的浓度、流量、打浆度等参数一直在变。
所以人工操作很难做到对各种浆料、胶料、辅料的精确配比，这样一来，就容易出现配比不稳定，配成浆浓度波动、各浆池液位波动等互相关联的不利现象，恶化该工段和后续抄造的工艺条件，导致断纸、水分定量频繁变化等问题，甚至使成品纸质量降级。
因此，实行配浆过程的计算机控制对保证正确配比、节约造纸原料及降低吨纸成本均具有重要意义。
因此，实际生产过程对配浆控制系
统提出如下要求：
断续配浆、连续配浆、按绝干量配浆、按流量配浆。
配浆过程计算机控制已成为国内外造纸综合自动化系统中一个重要的组成部分。
目前，配浆过程计算机控制系统在正常工况条件下可实现多种浆料、辅料等的精确绝干配比控制和配比的优化“卡边”
在异常工况条件下可实现连续生产，同时尽可能降低异常工况对后续抄造工段的影响。
6.3.2间歇配浆控制系统
图6-3-1是间歇式配料系统的自动调节方案。
这是有A、B、C三种料和X、Y二种添
加物料的配比系统。
它们都在混合浆池中混合。
由于浆料加入的体积较大，因此可以用混
合池的液位法去测量加入量。
而添加物料的加入量很小，因此用计量桶去测量，这些计量桶能自动计量和重新装料，其工作原理类似蒸煮液自动送液系统。
这种控制系统的主要装置是步进顺序控制器，它按各种配料用量和加入顺序发生信号去开关各种物料调节阀的电磁气阀。
这样就能依次把各种物料一个接一个地送入混合浆池
内。
配浆的浆料由混合浆池液位变送器自动地启动送浆泵，把混合池内的纸浆送到纸机浆池，送完后进行下一次配料过程。
633连续按流量配浆控制系统
不同性质的浆料要按一定比例进行混合。
另外在混合池里还要按比例加入一些化学添
加剂和染料。
图6-3-2为一种典型的连续管道计量配浆系统。
安装在混合池上的液位控制器的输出信
号对各组分流量控制器施加作用，改变流入混合池的各组分量。
液位记录控制器LRC-9驱
动从混合池到纸机抄前纸料管线上的控制阀LV-9，来补偿纸机需求量的变化，从而维持抄
前池的液位。
而此处的流量根据电磁流量计FT-8的信号由记录仪FR-8记录下来。
液位记录
控制器LRC-1根据LRC-9动作所引起的混合池出料量变化的情况而动作，从而维持混合池内的液位。
因此混合池的液位也将反应出纸机需求量的变化。
当混合池液位随着纸机需求
量的变化而变化时，液位控制器LRC-1将改变其输出，即改变装在各流量比值控制器
FrRC-2，FrRC-3,FrRC-4,FrRC-5,FrRC-6,FrRC-7中的比例机构传送的信号。
比例装置根据各
组分相对于总流量所要求的合理流量来调整每个控制器的设定值，而这个合理流量是预先
确定并输入到比例装置中的。
所配用的各种浆的流量用电磁流量计FT-2,FT-3,FT-4来测量，
染料、添加剂和淀粉的流量用电磁流量计FT-5,FT-6,FT-7来测量。
混合池上的液位变送器LT-1和纸机抄前池上的液位变送器LT-9通常采用膜片式的。
本系统的特点是浆料和辅料能同时按比例配浆，且该系统根据工艺需要可实现连续配
浆和间歇配浆。
本方案的缺点是未考虑浆料浓度的变化，因此，增加浆料浓度控制以后可
实现按绝干浆量配浆。
1一松木浆；
2一硬木浆；
3一损纸浆；
4一混合池；
5一需求量信号；
6一根据需要去其他添加剂或染料的流量比控制器；
7一来自染料储槽;
8一来自添加剂储槽；
9一来自淀粉储槽；
10一抄前池；
11一去纸机
6.3.4配浆过程控制优化系统
（1）配比控制
1）辅料（n种）的配比（随工况不同而变化），可由计算机计算出相应的配比流量,
考虑到辅料的浓度可以做到恒定不变，因此，对辅料只设置自动流量调节回路，而不设置浓度自动调节回路。
2）浆料绝干配比分别除以各原浆实测浓度，即可计算出相应的配浆流量（设定值）配比，再根据总流量设定值计算出m种原浆的流量设定值，由计算机调节浆阀的开度实现
单回路浆流量控制。
（2）配浆池液位控制
配浆池设有液位控制，目的是稳定液位、防止浆池中浆溢出或抽空，以免影响正常连续生产。
当抄纸工段因调节定量而使得用浆量发生变化时，配浆池液位也会变化，此时，在当前各浆料流量配比不变的前提下，根据配浆池变化的大小和快慢调节总进浆流量设定值，稳定液位，因此，配浆池液位的控制采用串级控制方案。
（3）浓度控制
由于原浆浓度的波动，加之异常工况时浆料绝干配比的变化等，从而使得配成浆浓度也必然会变化，而这对抄纸水分定量控制影响最大，因此根据实测浓度的大小，由计算机调节相应清水（或白水）阀的开度控制进水量，稳定浓度。
（4）配浆过程计算机优化控制
1）优化模型推导
分析配浆过程的工艺和控制特点，我们提出如下优化模型
Fji
4
亠二Kfi>
Ffi
二Mkz
（6-3-1）
式中Mkz——成纸页克重；
Kji――针叶木浆配比；
Kj2――阔叶木浆配比；
Kj3――草浆配比；
Kj4――损纸浆配比；
Kfi――辅料1（淀粉）配比；
Kf2――辅料2（硫酸铝）配比；
Kf3――辅料3（松香胶）配比；
Kf4――辅料4（品兰）配比；
Fji针叶木浆配浆量；
Fj2阔叶木浆配浆量；
。
Fj3――草浆配浆量；
Fj4――损纸浆配浆量；
Ffi――辅料1（淀粉）配浆量；
Ff2辅料2（硫酸铝）配浆量；
Ff3——辅料3（松香胶）配浆量；
Ff4――辅料4（品兰）配浆量。
Jmin='
Fjit■'
Fj2t
式中Jmin――目标函数；
t――时间；
其它变量的含义同式（6-3-1）。
式（6-3-2）的另外四个约束条件分别为各种浆料配比的变化范围，即
Kjimin-Kji一Kjimax
（6-3-2）
根据上述方程式（
Kj2min—Kj2—Kj2max
Kj3min_Kj3_Kj3max
Kj4min
-Kj4
_K
j4max
（6-3-3）
（6-3-4）
（6-3-5）
（6-3-6）
6-3-1）〜（6-3-6）,可设计出控制系统优化程序。
（5）配比优化方案实施
实际生产过程由于各种情况的不同可以分为正常生产、非正常生产、连续配料、间歇
配料、按绝干量配料和按流量配料等工况，有时对系统还要进行调试，断纸（或停车）与否根据抄纸工段的断纸信号来判断，木浆和草浆供应正常与否根据打浆工段供浆调度信号来判断。
系统优化的结果给出不同工况下最佳的绝干量配比，它由绝干浆量配比和辅料配
比组成:
1）绝干浆量配比：
指绝干针叶木浆、绝干阔叶木浆、绝干草浆、绝干损纸浆的配比。
由于针叶木浆、阔叶木浆、草浆、损纸浆品质不同，根据生产纸种的不同及工况条件，将工艺要求的配比转化为绝干配比或流量配比，以适应不同的生产工况。
2）辅料配比：
指绝干淀粉、硫酸铝、松香胶、品兰的配比。
这些辅料实际上是成纸中的灰粉的含量。
由于针叶木浆、阔叶木浆和草浆中不含有灰粉，而损纸浆中灰粉的含量适
量，故实际配浆时辅料的配比要根据损纸浆的配比进行调整。
当绝干针叶木浆、绝干阔叶木浆、绝干草浆、绝干损纸浆的配比确定时，辅料的配比也随之确定。
下面讨论不同工况条件下绝干浆料配比的计算。
1）正常工况下连续配料在纸机连续生产情况下，绝干损纸浆配比按正常生产卷取切边来计算，而针叶木浆、阔叶木浆和草浆的绝干配比则按生产纸种工艺条件给出的配比范围实现“卡边”设计，即草浆配比取上限，相应的针叶木浆和阔叶木浆的配比取下限。
如生产80g/m2文化用纸，卷取切边损纸量为5%，针叶木浆、阔叶木浆和草浆工艺配比范围为25:
20:
55到35:
65:
0，所
以取25:
55，再考虑到损纸浆回抄，所以正常工况下优化“卡边”配比为：
23.75:
19:
52.25:
5在目前的实际生产中，由于浆料的连续输送而造成的人工计量困难，加之浓度的波动，无
法精确配比，操作比较粗糙，草浆配比一直处在50％以下。
如果按草浆实际配比低于最优
配比5％计（相应地，木浆实际配比高出配比5％），再用木浆与草浆制浆成本价为1515
元，该纸机日产100T纸的量，则实施计算机优化配比一项，可节省生产成本7575元/天。
2）草浆供应不足或停浆工况下连续配料
草浆供应不足，即不能提供连续配料情况时优化绝干配比（52.5%）的浆量，则根据叩前草浆池液位下降的快慢，逐渐减小草浆的配比，与此同时，相应地逐渐等幅增大针叶木浆和阔叶木浆的配比保持损纸浆配比（5%）不变，直至叩前草池液位稳定到某个新的水
平，而草浆配比则最终达到其可能的最大供浆能力。
如果是停浆，草浆配比最终变为0，
针叶木浆和阔叶木浆配比之和会变为（95%），叩前草池液位下降到0。
可以看出，该工况下针叶木浆、阔叶木浆与草浆配比不会达到（也不可能达到）连续配料情况时的最优配比，但上述方案中配比的调整是逐渐的，这会减少对后续抄造工段的影响。
例如：
由于草浆和木浆性质不同，配比突然大幅度变化，会引起抄造断纸，水分定量波动等不良后果。
3）针叶木浆或阔叶木浆供应不足或停浆工况下连续配料
针叶木浆或阔叶木浆供应不足，即不能提供前述正常时优化的绝干配比（23.75%和19%）的浆量，那么根据叩前针叶木浆池液位或叩前针阔木浆池液位下降的快慢，逐浙减小针叶木浆或阔叶木浆的配比，与此同时，逐渐地等幅增大草浆的配比，而保持损纸浆配比（5%）不变，直至叩前针叶木浆或叩前阔叶木浆达到某个新的水平，而针叶木浆或阔叶木浆的配比则最终将达到可能的最大供浆能力。
如果由打浆工段提供的信号得知，针叶木浆或阔叶木浆不是供应不足，而是停浆，那么就不必修改绝干配比，直到叩前针叶木浆池或叩前阔叶木浆池中的木浆用完时停产，抄纸工段也将停产。
这样处理，虽然成纸品质可能下降，但保证连续生产，当然其最终的配比至少应控制在低等级纸品的工艺配比允许范围内。
与前面异常工况相同，逐渐地修改配比也是为了减轻对后续抄造工段的影响。
4）异常工况（断纸）如果抄纸工段发生断纸，那么湿部或干部损纸浆供浆将急增，可根据叩前损纸浆池液位的变化快慢，逐渐增大损纸浆配比，与此同时，相应地减小针叶木浆、阔叶木浆和草浆的总配比（相对于损纸浆配比的增大，但保持针叶木浆、阔叶木浆和草浆的相对配比（23.75:
52.25
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