制漿造紙測量與控制

制漿造紙自動化發(fā)展 制漿造紙自動化發(fā)展 林化10-3班 邊少杰100524326 摘要：紙是日常生活中不可缺少的重要消費品，也是工業(yè)生產的重要原料和包裝 材料。造紙工業(yè)與國民經濟增長和人民生活密切相關，在全球工業(yè)中一直占有重 要地位。制漿造紙過程是一個復雜的傳質傳熱過程,其控制對象是一個復雜的多 變量控制對象。造紙過程控制的狀態(tài)不完全性，指的是紙頁在抄造過程中,不少狀 態(tài)變量和擾動變量無法直測得到,這樣就無法實現(xiàn)各種形式的狀態(tài)反饋控制，也無 法實現(xiàn)前饋補償?shù)母鞣N控制。造紙過程是還一個復雜的多變量過程，變量與變量 之間相互關聯(lián)、相互禍合，這是造紙過程的又一特點。造紙過程中變量多，不同 的生產特性往往會經同樣被控變量體現(xiàn)出來，由閥門控制，造成了強耦合特性。 造紙過程具有純滯后特性，有的造紙過程具有特大純滯后。純滯后時間與紙機車 速、定量和流程長度有關系。由于造紙過程的這些特性，造紙生產自動化就是實 現(xiàn)制漿、造紙、堿回收等工段的工藝過程參數(shù)的自動檢測和自動控制。精度高、 構造復雜的自動檢測儀表和各種類型的自動控制系統(tǒng)成為造紙工業(yè)的重要組成 部分。我國造紙行業(yè)自動化水平越來越高，雖然與發(fā)達國家仍舊存在較大的差距， 但相信我們在認清自身問題后，找到解決方法，虛心進取，很快我們就能追趕到 發(fā)達國家的腳步。 關鍵字：制漿造紙自動化特點全球發(fā)展儀表自動化控制系統(tǒng) 目錄 1. 引言 3 2. 制漿造紙工業(yè)的特點 3 2.1特性不確定性 3 2.2狀態(tài)的不完整性 4 2.3對象的強耦合特性 4 2.4對象的純滯后性 4 3. 制漿造紙自動化 4 3.1制漿造紙在全球范圍內的發(fā)展 4 3.2制漿造紙自動化在我國的發(fā)展 5 4. 制漿造紙自動化方案 5 4.1制漿造紙儀表自動化 5 4.2制漿造紙控制自動化 6 5. 結語 6 參考文獻： 7 后記 7 1. 引言 紙是日常生活中不可缺少的重要消費品，也是工業(yè)生產的重要原料和包裝材 料。制漿造紙工業(yè)與國民經濟增長和人民生活密切相關,在全球工業(yè)中一直占有 重要地位。據(jù)世界著名的摩根-斯坦利投資咨詢公司對世界重要產業(yè)的排序，林 業(yè)和造紙工業(yè)排名第三。為此，世界絕大多數(shù)發(fā)達國家與人口大國,對造紙工業(yè)的 發(fā)展都很重視。⑴為了提高紙的產量和質量，人們正在不斷采用新的造紙工藝和 設備，擴大紙機規(guī)模,提高紙機車速。另一方面，日益嚴重的世界性能源緊張和工 業(yè)污染問題迫使能量消耗多、污染影響大的造紙工業(yè)采取各種措施來減少污染、 降低能耗。這樣，就使得整個制漿造紙生產過程變得越來越復雜，人工操作已很 難保證達到所要求的產品質量，因此，自動控制系統(tǒng)在制漿造紙生產中發(fā)揮著越 來越重要的作用。據(jù)聯(lián)合國糧農組織專家估計,造紙工業(yè)在今后相當長的一段時 間內仍將是一個增長的工業(yè),⑵這樣的市場前景是好的，現(xiàn)代造紙行業(yè)的發(fā)展主 要依靠自動化操作，其自動化技術的發(fā)展程度決定了造紙行業(yè)的工業(yè)前景。 2. 制漿造紙工業(yè)的特點 2.1特性不確定性 制漿造紙過程是一個復雜的傳質傳熱過程，其控制對象是一個復雜的多變量 控制對象。僅被控對象就是十幾種，決定因素三十多種。造紙生產包括制漿和造 紙兩部分，生產過程既有物理作用，也有化學反應。生產過程的工藝參數(shù)有溫度、 壓力、流量、液位、有效堿濃度、打漿度、定量、水分、灰分、光滑度、透氣度 等。其復雜程度決定了制漿造紙過程的不確定性，造紙過程擾動因素多，特別 是白水的濃度、紙機的車速壓輥的線壓、銅網(wǎng)的老化、毛毯的磨損。這些慢時變 特性，導致造紙過程模型的不確定性和參數(shù)的不確定性。空氣溫度和濕度的變化, 紙漿打漿度和濕重的變化，也會引起造紙過程模型結構的攝動和參數(shù)的攝動。⑶ 這些特性的不確定性為生產過程帶來的困難只能通過自動化來決定，著制漿造紙 生產自動化水平的增高，計算機可以控制設備的運作，當生產過程中特性參數(shù)發(fā) 生變化，自動化儀表會在第一時間檢測出其變化，想計算機發(fā)出信號，計算機衡 量其偏差，自動化控制系統(tǒng)會命令設備操作改變，已達到準確生產的目的。 2.2狀態(tài)的不完整性 造紙過程控制的狀態(tài)不完全性，指的是紙頁在抄造過程中，不少狀態(tài)變量和 擾動變量無法直測得到，這樣就無法實現(xiàn)各種形式的狀態(tài)反饋控制，也無法實現(xiàn) 前饋補償?shù)母鞣N控制。⑷這一點也是有制漿造紙生產過程的自動化程度來決定 了，自動化程度高，生產過程中的實現(xiàn)在線測量可以減少其不完整性對于生產過 程的影響，從這一點上來講，如今，造紙自動化的程度已經較高，可以減少其影 響。 2.3對象的強耦合特性 造紙過程是一個復雜的多變量過程，變量與變量之間相互關聯(lián)、相互禍合， 這是造紙過程的又一特點。造紙過程中變量多，不同的生產特性往往會經同樣被 控變量體現(xiàn)出來，由閥門控制，造成了強耦合特性。這就加劇了過程的復雜性。 2.4對象的純滯后性 造紙過程具有純滯后特性，有的造紙過程具有特大純滯后。純滯后時間與紙 機車速、定量和流程長度有關系。一般來說，純滯后時間與定量和流程長度成正 比，而與紙機車速成反比。造紙過程控制系統(tǒng)，是一個時滯不平衡系統(tǒng)，定量回 路和水分回路的純滯后時間一般不相等，擾動通道與調節(jié)通道的純滯后也不相 等，有的相差極大，這對造紙過程控制系統(tǒng)的設計與綜合是一個令人頭痛的問 題。采用純滯后系統(tǒng)自校正控制，時滯補償?shù)姆椒梢愿纳七@一問題。自動化技 術在這里起到了極大的作用，如果依靠認為補償，不僅浪費人力，也不容易把握 時機，精準的進行校正控制。 3. 制漿造紙自動化 3.1制漿造紙在全球范圍內的發(fā)展 造紙生產自動化就是實現(xiàn)制漿、造紙、堿回收等工段的工藝過程參數(shù)的自動 檢測和自動控制。精度高、構造復雜的自動檢測儀表和各種類型的自動控制系統(tǒng) 成為造紙工業(yè)的重要組成部分。造紙工業(yè)的發(fā)展使生產過程日益復雜，人們對產 品質量要求更加嚴格。為實現(xiàn)制漿、造紙、堿回收等工段的工藝過程參數(shù)的自動 檢測和自動控制，精度高、構造復雜的自動檢測儀表和各種類型的自動控制系統(tǒng) 已成為造紙工業(yè)的重要組成部分。計算機應用于制漿造紙工業(yè)始于1964年S。 最初的應用集中于采用工業(yè)控制計算機進行過程變量或產品質量的自動控制， 如漿的蒸煮溫度，流漿箱液位、壓力，紙抄造過程中的漿濃度與流量、紙張定量 水分控制等。⑹隨著時代的發(fā)展，計算機控制系統(tǒng)在制漿造紙過程中控制程度越 來越大，表明了現(xiàn)代制漿造紙行業(yè)自動化水平的提高。進入90年代后，自動控 制及儀表、計算機、通信以及信息集成等相關領域的技術發(fā)展迅速，許多專門從 事造紙自動化的公司規(guī)模越來越大，提出的工廠自動化整體解決方案更趨完整， 并能更緊密地與制漿造紙新工藝結合。 3.2制漿造紙自動化在我國的發(fā)展 與國外經驗大致相同的是，我國制漿造紙業(yè)的自動化也是從過程級的控制開始 的。最初是采用常規(guī)調節(jié)儀表對流量、液位、濃度及壓力等常規(guī)變量進行單回路 控制，目的是保證生產過程能夠盡可能地平穩(wěn)進行。采用計算機對紙張定量水分 的控制始于70年代后期幾家大型造紙企業(yè)的引進系統(tǒng)。直到1984年，才誕生了 國內第一套獨立研制的計算機定量水分控制系統(tǒng)［7］整個行業(yè)自動化起步晚， 水平低，基礎差。許多特殊的物理參數(shù)因為傳感器缺乏或非常昂貴而不易獲取， 這直接給數(shù)據(jù)實時采集與處理、數(shù)學模型的建立、控制系統(tǒng)的設計與實施等帶來 困難。在相關理論研究與系統(tǒng)開發(fā)上與先進水平也存在相當大的差距，使得自動 化系統(tǒng)開發(fā)周期長，成本費用高。反后來由于國家的大力支持，許多科研院所， 高校開展了研究，逐漸有了紙張定量水分控制，蒸煮、打漿、洗選、蒸發(fā)、燃燒 等幾乎包括了制漿造紙工段的建模、控制與優(yōu)化、制漿造紙自動化專用儀表及設 備等，才逐漸改變了自動化在企業(yè)心中的形象，企業(yè)開始相信自動化能成為日后 造紙行業(yè)發(fā)展的主流。這些成就的取得促進了我國制漿造紙行業(yè)自動化的發(fā)展， 為現(xiàn)代造紙行業(yè)打下夯實的基礎。至今，我國造紙行業(yè)自動化水平越來越高，雖 然與發(fā)達國家仍舊存在較大的差距，但相信我們在認清自身問題后，找到解決方 法，虛心進取，很快我們就能追趕到發(fā)達國家的腳步。 4. 制漿造紙自動化方案 4.1制漿造紙儀表自動化 制漿造紙過程中需要儀表自動測量過程參數(shù)，儀表的自動化水平也影響整體 自動化水平。例如在配料過程中我們先用標準計量的電子秤過磅，按照生產工藝 標準進行投料，由調制桶、儲存桶、攪拌桶、傳輸泵、自動閥、液位變送閥、溫 度傳感器、流量計等組成，來完成、實施這一工序。⑻選用具有控制精度高、工 作性能穩(wěn)定、抗干擾能力強、操作維護簡單的自動化儀表能為我們提供很大的幫 之。例如液位變送器、溫度傳感器、流量計在這個生產工藝的環(huán)節(jié)中起到了一個 十分關鍵的重要作用。由于儀表的作用，使得生產工藝質量標準十分可靠、準確， 在紙漿造紙的整個生產中，對紙產品的質量提高和穩(wěn)定氣到了顯著的作用。 4.2制漿造紙控制自動化 制漿過程中有很多的自動控制系統(tǒng)，包括減法蒸煮過程自動控制系統(tǒng)，機械 制漿過程自動控制系統(tǒng)，廢紙制漿控制系統(tǒng)，洗篩過程自動控制系統(tǒng)及漂白過程 自動控制系統(tǒng)等等。堿回收過程中包括蒸發(fā)過程和燃燒過程的控制系統(tǒng)。造紙過 程中包括打漿與配漿控制，紙料流送工程控制，紙機傳動控制等。當然，廢水處 理過程也有其相應的廢水處理控制系統(tǒng)。⑼這些不同工段的控制系統(tǒng)組合成了制 漿造紙過程的自動控制系統(tǒng)。當然系統(tǒng)的實現(xiàn)都要靠信息技術的配合。隨著現(xiàn)代 工程工業(yè)向著大型化和連鎖化的方向發(fā)展，生產過程也日趨復雜，這些對于控制 系統(tǒng)提出了越來越高的要求，因此，4C技術的發(fā)展，計算機控制技術在工業(yè)過程 中得到了廣泛的應用，說明了制漿造紙行業(yè)的自動化水平又邁上了新的臺階。然 而，激烈的市場競爭與科學技術的發(fā)展，決定了制漿造紙工業(yè)自動化的發(fā)展趨勢 是建設企業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)，以充分利用現(xiàn)代信息技術（包括計算機、通信、 自動控制、系統(tǒng)工程、信息處理等）和現(xiàn)代企業(yè)管理技術，達到能在最短時間、 最佳質量、最低成本和最好服務等諸多方面滿足客戶的需求，并能最大限度地減 少污染，節(jié)約能源，獲得最大經濟效益。目前我們還有無數(shù)的理論與實際問題需 要解決，還有許多關鍵技術需要攻關。uo]21世紀科技與人才告訴發(fā)展和產生的時 代，再多的問題我們也能依靠科學技術解決。制漿造紙行業(yè)的發(fā)展還在繼續(xù)，技 術還在不斷完善之中，相信，我們會早日實現(xiàn)制漿造紙行業(yè)的高水平發(fā)展。 5. 結語 我國制漿造紙企業(yè)的基礎薄弱，在生產規(guī)模，技術層面都與世界先進的國家 存在一定的差距，另外，我國造紙企業(yè)的管理水平，人才調度，企業(yè)發(fā)展也都存 在一定的問題。因此，當務之急并不是貪大求全，要有長遠的目光，通覽全局， 扎實工作，在技術問題上加大研究，招攬人才，在管理層面上向先進國家學習， 理論應用于實踐。不要懼怕難題，迎難而上，不斷創(chuàng)新。時刻關注我國造紙行業(yè) 在技術，人才，企業(yè)管理方面的實際情況，獲得理論與技術上的重大突破，最后 達到包括了軟硬產品在內的制漿造紙企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的目的。激烈的市場競 爭與科學技術的發(fā)展，決定了制漿造紙工業(yè)自動化的發(fā)展趨勢是必然的，只有充 分應用制漿造紙自動化技術，將現(xiàn)代信息技術，現(xiàn)代企業(yè)管理技術不斷應用到實 際生產中，達到高產量，低消耗，低污染，高品質的社會主義市場需求，這樣， 才能跟上全球制漿造紙行業(yè)的發(fā)展腳步。挑戰(zhàn)與機會并存，只有不斷努力研究， 理論應用實際，不斷引進先進技術，才能使我國的制漿造紙行業(yè)的發(fā)展邁上新的 臺階。 參考文獻： [1] 徐志鵬.淺談造紙企業(yè)中工業(yè)控制計算機的維護.設備與自動化.2007(4) [2] 李忠正.國內外制漿造紙工業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(續(xù)).北方造紙.11-18 [3] 孫優(yōu)賢，王文海.我國制漿造紙工業(yè)自動化的現(xiàn)狀和發(fā)展.基礎自動化.1998(1) [4] 孫優(yōu)賢，王文海.我國制漿造紙工業(yè)自動化的現(xiàn)狀和發(fā)展.基礎自動化.1998(1) [5] Astrm K J.Control problems in papermaking. 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