（林业工程专业论文）气压式双盘磨打浆控制系统的可靠性、经济性研究.pdf

摘要 近年来随着高速造纸机械及其d c s 黎散控制系统在整个造纸流程中的应用， 为适应自动控制及电机容甓举断扩大的需要，盘磨打装机采用d c s 和6 k v 控制系 统，是一砖竞逑跨控镧方寨。采罱擞瓠缳护与远程掇棼与盗控，受瑗艘裁酶垂穗 化，不但提高打浆的质量，满足连续打浆的要求，而且减轻操作人员的工作量， 逸到高效经济的目的，具有广阔的推广价值。但对髯控制系统的特点研究在国内 逑 敬较少。本曝题运过对基于d c s 争6 k v 彝浆控裁系统磅气压式双塞磨秀磺究醇 象，分析其控制特点，从可靠性争经济性方面进行分析与研究，同时对控制系统 存在的问题进行深入地分析，并提出解决问题的可行性方案，为今后建立控制系 统饶纯设诗奠定基琏，窝嚣地旁透一步撬篱控裁穗疫警工艺参数、提毒产品霞蚤， 提高打浆控制系统的可靠性提供理论依据。 本文在广泛阅读国内外有关文献的基础上，总结前人的研究成果，针对其结 糨秘复杂蛀，逡过理论分麟，霹究气乐式双矗磨蠢浆辊控裁系统秘建掏跨注，蠢 浆机理，工芯流程，对控制系统各种参数及控制方案等对双盘磨打浆机可靠性和 经济性的影响，通过理论研究，提出可能的技术措施，以减少非正常磨片磨损的 实繇惩题，究善琨毒翡程彦控镧、完善焱蘑磨葺曝护，提虫实际可蟹砖完善方案， 以达到可靠i 羲行和最佳的缎济效益的目的。根据可靠性的基本原理，分析系统的 然构特点，建立基于d c s 和6 k v 气压式双矗磨打浆机控制系统的可靠性框图模擞， 遵行可靠往分辑及诗雾，跌孛我交莫美德设备，霜跨提出提高蟊统薯靠蛙秘蓑施。 撵讨设备条件和工艺参数对经济性性能的影响，提出提高其经济运行的途径，从 前使打浆设备满足最佳经济运行，为双搬磨打浆控制系统的控制设计提供参考和 磅簦诈用。 关键词：d c s双窳磨磨片可靠性断路器 a b s t r a c t w i t h h i g h s p e e dp a p e r m a c h i n em a d a p p l i c a t i o n i nt h ew h o l e p a p e n n a k i n g p r o c e d u r eo f d c s c o l l e c t i n ga n dd i s t r i b u t i n gc o n t r o ls y s t e mi nr e c e n ty e a r s i no r d e rt o m e e tt h eq u e s t i o nt h a t a u t o m a t i c a l l yc o n t r o la n dc a p a c i t yo fe l e c t r i c a lm a c h i n e r yi s e x p a n d i n gc o n s t a n t l y t h ep u l pr e f i n i n gp r o c e s sa d o p t sd c s a n d6 k vc o n t r o ls y s t e m i sa k i n do fa d v a n c e dc o n t r o lp r o j e c t a d o p tt h ec o m p u t e rt op r o t e c ta n dr e m o t ec o n t r o la r i d o p e r a t es y s t e m r e a l i z et h ea u t o m a t i o no fc o n t r o l ，n o to n l yi m p r o v et h eq u a l i t yo f r e f i n e d p u l p ，r e s p o n dt ot h er e q u e s tt h a tp u l pr e f i n i n gc o n t i n u o u s ，b u ta l s ol i g h t e nt h e s t u f f sw o r kl o a d ，t h ep u r p o s et oa c h i e v eh i g h - e f f i c i e n te c o n o m nh a v ew i d ev a l u et o p o p u l a r i z e 。b u tt h ec h a r a c t e r i s t i ct oi t sc o n t r o ls y s t e m i ss t i l lr e l a t i v e l yf e wa th o m ei n r e s e a r c h s u b j e c tt h i st h r o u g ht op u l pr e f i n i n gc o n t r o ls y s t e ma t m o s p h e r i cp r e s s u r e r e f i n e rf o rr e s e m - c ho b j e c tb e c a u s eo fd c sa n d6 k v , a n a l y s ei t sc o n t r o lc h a r a c t e r i s t i c ， c a r r yo na n a l y s i sa n dr e s e a r c hf r o md e p e n d a b i l i t ya n de c o n o m i cr e s p e c t ，c a r r yo nt h e f e a s i b l es c h e m et h a ta n a l y s e sa n d p r o p o s e ss o l v i n gt h ep r o b l e m t ot h ee x i s t i n gp r o b l e m o ft h ec o n t r o ls y s t e md e e p l y , e s t a b l i s ht h ef o u n d a t i o nf o rs e t t i n gu pc o n t r o ls y s t e m o p t i m i z a t i o nd e s i g ni nt h ef u t u r e ，i no r d e r t oi m p r o v em a dc o n t r o ls u c hc r a f tp a r a m e t e r s a st h ep r e c i s i o n ，e t c 。， i m p r o v ep r o d u c tq u a l i t yf u r t h e ra tt h es a m et i m e ，i s i t p u l p r e f i n i n gd e p e n d a b i l i t y o f c o n t r o ls y s t e mo f f e rt h et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nt oi m p r o v e t h i ss u b j e c ts u m m a r i z e sf o r e f a t h e r s + r e s e a r c hr e s u l t so nt h eb a s i so ft h et h i n gt h a t r e a dd o m e s t i co u t s i d ea b o u td o c u m e n t se x t e n s i v e l 3 ；t ot h ec o m p l e x i t yo fi t ss t r u c t u r e 。 t h r o u g ht h et h e o r ya n a l y s i z e ，s t u d yt h es t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i co fa t m o s ：p h e r i cp r e s s u r e t b q ，e r e f i n e rc o n t r o ls y s t e m ，r e f i n e rm e c h a n i s m ，t e c h n o l o g i c a lp r o c e s s ，c o n t r o ls c h e m e ， e t c t or e f i n e rd e p e n d a b i l i t ya n de c o n o m i ci n f l u e n c eo fr e f i n ee t c t oc o n t r o ls y s t e m v a r i o u sk i n d so f p a r a n a e t e r ，t h r o u g ht h et h e o r e t i c a lr e s e a r c h ，p u tf o r w a r dt h ep o s s i b l e t e c h n o l o g i c a lm e a s u r ea n d d o e sn o td i s cr e f i n e ro fp r a c t i c a lp r o b l e m sw o r na n dt o r n n o r m a l l yb yr e d u c i n g ，p e r f e c tt h ee x i s t i n gp r o c e d u r ea n dc o n t r o l s ，p e r f e c t st h ed i s c r e f i n e rp r o t e c t ，p r o p o s e st h ea c t u a ld e s i g np l a n ，r e a c ho p e r a t i n gr e l i a b l ya n db e s t e c o n o m i c b e n e f i t s a c c o r d i n g t ot h eb a s i c p r i n c i p l e o fd e p e n d a b i l i t y , s t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i co fa n a l y t t e ls y s t e m ，s e tu po nt h eb a s i so fd c sa n d6 k va t m o s p h e r i c p r e s s u r e r e f i n e r d e p e n d a b i l i t yn o o kd i a g r a m m o d e lo fc o n t r o ls y s t e mo f p u l pr e f i n ee t c ， g oo nd e p e n d a b i l i t ya n a l y s ea n dc a l c u l a t e ，f i n d o u ti t sk e ye q u i p m e n tf r o mi t ，p u t f o r w a r dt h em e a s u r eo fi m p r o v i n gs y s t e m a t i cd e p e n d a b i l i t y p r o b ei n t od c s a n d6 k v a n dc o n t r o lt h ei m p a c to ni t sd e p e n d a b i l i t y ，e c o n o m i cp e r f o r m a n c eo f t h es c h e m e ，t h u s f i n do u to p t i m u md e s i g na n di m p r o v e ，t or e f i n ed e s i g np l a no fc o n t r o l o fc o n t r o l s y s t e m ，p u t f o r w a r dt h es u g g e s t i o no fc o n s u l t i n ga tt h es a m e t i m e k e y w o r d ：d c s r e f i n e rd i s c d e p e n d a b i l i t y c i r c u i tb r e a k e r 致谢 y 7 5 3 2 2 7 值此论文完成之际，谨向我敬爱的导师部昊到教授表示崇高的敬意争衷心的 感溪l 拳学位论文是在纯镯蟋悉心箍导争蒸涪关怀、鼓励下完成稳。在论炙翡研究 过程中，他们为论文的研究和修改提出了很多裳贵的意见和建议。导师深厚的理 论基础、严谨治学的作风、渊博的学识、开拓创新的精神给我留下了深刻的印象， 令我终身受益。 衷心感谢导垮溪永鑫高级王程帮在乎毒砖工铎中也一蛊给予帮璎，在工锋、 学习上给予了很大的支持、关心，在此表示衷心感谢。 衷心感谢民丰特纸各级领导对我们工作、生活、学习给予的帮助、支持。 衷心感谢单方平同学在我工作、学习、论文写作等方面给予的帮助，与他进 行的讨论使我受益匪浅。 最嚣，我要感落我的妻子，感漆纯在我学群瑚蠲所给予戆理解、关心务支持。 在此，谨向曾经关心帮助过我的老师和同学表示由衷的感谢! 作者：李锦胜 二零零五年屯弼 气篷式双盘瘸钌浆控裁暴统的可靠t 陡、经济瞧耩究 第一章概述 1 1 课题的来源及选题的依据 錾肉菜公司引避a l i m a n d 造纸极皴设巷及气压式取盘密打浆极，在试生产 过程中双盘磨打浆控制系统基本正常，但在0 3 年1 2 月份在打浆过程中，由于d c s 出故障，导致j _ 拉浆循环泵跳停，而6 k v 中压双盘磨电机却没有停，盘磨因为断浆， 蚨瑟导割正在运行豹几台缴瘥磨片，不瀚程度豹瘗援，给公司楚藏近大豹经 骞掇 失。针对这种情况，在其它公司试车过程中也出现遵类似双盘磨磨片磨损的现象。 同时针对其在日常的运行过程中打浆系统的故障率较高，影响了纸机的f 常生产。 d c s 通讯秘8 k v 孛压系统赦骥率过褰是严塞影噙打浆系统豹委鬻运学。是一壹爨拽 公司的重要方筒。因此对双盘磨打浆机控制系统采用d c s 和6 k v 中琏的控制系统， 研究其控制的特点，对其可靠性进行分析和经济性运行进行研究，分析其特点， 撬墨解决运蹙貔哥篷方豢，其有现实兹麓遍意义。 1 2 国内外研究动态 传统的打浆系统的控制采取3 8 0 v 电压，启动方式采取星三角启动，操作方式 为裁墙瑟投按键搽馋。逐年来夔羞毫这造纸极藏及其d c s 集教控潮蓉绞在整个逡 纸流程的应用，为适应自动控制及电机容量不断扩大的问题，盘磨打浆机采用d c s 带u6 k v 中压控制系统，是种可靠、经济的控制方紫，在许多大戳纸厂都在采用 这穆控裁方案，罴嗣徽瓠像护与运程擐搏与篮控，蜜瑷控裁系绞瓣垂动讫，不缒 提高打浆的质鲞，满足连续打浆的要求，减轻操作人员的工作量，达到提高效经 济效益的目的，具有广阔的推广价值，丽采用6 k v 中压控制系统熙有运行费用小， 筑耗少毂特点。涎羞瑟技术、瑟嚣辩在麓速纸爨中熬应蠲，特剐楚近年来，弓l 避 幽外先进的造纸机械设备，纸机的生产能力不断地加强，纸机速度、纸机纸幅都 有很大的提离，作为纸机的打浆系统的控制提出更高的要求：不间断连续供浆， 以满是滚承线生产翡要求，蘑辩d c s ( 鬃鼗控裁系缓) ，q c s ( 袋鏊控割系统) 在 艇个造纸控涮系绞懿使躜，这转淼菠爨溺他滚承线纸撬霹钶浆攘制系统提出囊离 蒙求，蕊辩对打浆功率羧铡懿糖度要求霆赢。簸鸯黝模掇羧制系统，无法适应满 足现代自动控制系统的要求：集中监控，远程数据聚集。 喾蠹巢公司隶松纸工程，零i 避法溪a l i m a n d 窝速造鳋税械设备，在罚”袋控 涮系统中袋掰电橇趣莲6 k v 中压系统，戳适盛璃代绒辊努浆电季咒功率大，纸搬速 腹快、产量高的要求。采用电机电压6 k v 中厦控制系统，同时聚用就地电容补偿 方式，霹有效建减少电源瓣线踌镄麓，达戮最佳鳆缝滚运行的疆鼹，雨显在系统 巾采用d c s 掇劁，徽掇继壤保护及筹螽骚控系统。蜜褒赢凄塞瀚纯，提藏势动生 户率具有极熊随要的意义。 ，3 打紫设簧静发麟 订浆设辍是实褒蠢浆工艺秘手段，努浆工艺游发展露露楚邋避蠡浆设备麴教 避或采用新烈打浆设备米躲现的，打浆设备是沿着下列各方面发展的：由间歇运 行转惫离效饔连续毒 ：生产；壹羝浓抒浆设发疑劐衰滚努浆设蒋。遥每寐缝疆 究秘生产实践证鹳，赢浓抒浆设舔滋谯统懿低浓打浆设蚤畿晦甄零僮遣趣，骚萋 地提高纸张和纸板的强度与其它指标，而且高浓打浆对处理阔叶木、针叶术婶纤 壤寅覆妤的嚣瘸。虫单套努浆设器靛天王操毒挈发鼹戮多套没备鹣袋中控裁帮爨磅 化谴节，打浆设备避雩亍打浆辩，滤量，浓度，勰球等蕊素对浆瓣静处理影赡蒜太， 对工业化生产来说，人 二操作单台设备生产效率低，难于达到筒产量的水平，因 诧薪数打浆设器摆设备的糖藏与魄气、滚压、气聪爨璐纯技术紧密联系起泉，实 蠼鸯动调节，袋零诗葵辘遗行程彦控剃鞠自蘑化调节器个参数爝弱关系 1 4 盘麟机的发展 1 9 3 3 每豢襄瓿阕毯l 靖，主要怒予黪冀的蠢蘑，设餐筵戆，精度不褰，邋十苹 来，由予怼纛磨援缝辚帮爨密遗纹孬了大量茨磺畿王 擘，其鼹逡越寒越广，特爨 是近几年来，盘磨机的发展非常迅速，在r 本、谶欺和美圈使用擞磨机的发展已 发展翻连续讫，鸯动偬秘麓效髓、专i 妻伲溅及二e 蛟纯大生产螯遣使矮黪承平，蕊 添速发藤麴滕因是： 盘廉机是一种避续打浆设备，遴续打浆容易做到质量均一性，稳定性，糖商 骛动皇产率，为鑫动化搓供菽术蒸醯，逡应大生产发惩夔鬟袋e 瞧予蠹黪嫒较篡它擞黪鼹设餐慕涎占趣少、魏霉离、邀瓣憾。 由于盘磨机的结构和滕纹的不断改落，并向着专业化发展，使得盘磨机能适 应骞罩孛化学浆秘r 一些特臻袋料的打浆。 盘磨机有个突出优点，就是可以瘸它实现高浓艘连续磨浆，能有效地掇离 摩浆质量。 髓蔷迈足年鬓辨半纯学浆，纯学察零浆等笨l 浆鞭t 艺的迅速笈袋，大大邋德 进了盘磨机的发展。 1 5 盘縻机的类型 按主季鑫安装影式分：聚式盘蘑枫：圭辍残隶平安装。立式盘薅艇：主辘囊立 安装。 按磨盘的数量分：单盘磨机：有一对磨盘，其中一个磨盘由主轴带动回转。 双盘瘗掇：襄嶷墨有一对磨盘，簿一瘗纛冬麦一投圭鞠带动，鑫囊糖对瑟方向镶 反地回转，两个磨盘各由一台电机通过主轴带动回转，优点是两个磨盘以相反方 向叫转，相对速度是两盘的线速度的和，施加于浆料纤维上的扭转力相应加大， 露消耗于浆瓣旋转弱动力减少，疆两旁裂子对浆瓣戆毖薅馋爱提糍肘纾缍颡裂缓 和帚化能力。 三箍磨机：磨室内装有兰个圆盘，中问圆盘由主轴带动回转，它的表面均装 育整片，与嚣令豳定毽盘一羔熬磨片形成嚣鼹磨浆蟊，枣子三盘瘗搬稳当于二台单 串联单盘磨机台在一起，生产能力大，单位电耗低，结构紧凑，占地少，因而近 几年来正在推广使用。 1 + 6 捉浆避程控裁戆瑗拨 2 0 世纪7 0 年代后期，d c s ( d i s t r i b u t e d c o n t r o ls y s t e m ) 与p l c ( p r o g r a m m a b l e l o g i cc o n t r o l l e r ) 其优良的性能在工业控制中崭露头角，很快在制浆造纸工业中 也褥至l 了簧遮豹瘴弱，嚣窦动纯系绞氇逐渗囊琢亲单一戆过程控枣淘管理与整剿 体化的综合自动化方向教展。这期间，不同国家的制浆造纸企业分别研究并实 施了名称各界，意义相差并不大的系统。进入9 0 年代后，自动控制及仪表、计算 瓿、逶蓿吸及信息集盛等鞠关领域豹按零发浸迅速，h o n e y w e l l - m e a s u r e ，a b b 帮 n e l e s v a l m e t 游专门从事造纸自动化的公司规模越来越大，提出的工厂自动化熬体 解决方案更越完善，并能熙紧密地与制浆造纸新工艺结合。 尽管努浆过程戆毒趸理至今援不甚瀵楚，毽努浆避程控裁豹实戥在鏊努已畜邋 2 0 年的历史，纵观打浆控制系统的变迁，大致可分为三个阶段，即比能量控制、 游离度控制和比能量一比边缘负荷控制。 1 6 1 比能量控制( s p e c i f i ce n e r g yc o n t r 0 1 ) 我们这里指的是1 类广义的比能量控制，只要对于单位绝干纤维量，保持某 个表征能耗的物理量恒定，即可归入比能量控制。典型的比能量控制系统有以下 i 种。 1 ) 自动功率控制 这是最基本的自动打浆控制系统，它接受操作人员给出的设定值，将打浆机 功率保持在一定的水平，操纵变量是盘磨间隙。这种控制方式适用于纸浆浓度和 流量较稳定的情形，目前国内的打浆控制系统( 包括从国外引进的) 绝大多数属于 此类。它们都是先从工艺上或用控制手段使纸浆浓度和流量稳定，然后控制打浆 机功率来保证成浆质量。国外这种控制系统虽说仍在使用，但已逐渐列入淘汰之 列。 2 ) 温差控制 它以机械能转化为热能的多寡，即打浆机出口浆温度减去入口浆温度作为打 浆过程作功多少的度量。操作人员设定温度差d t ，主电机驱动功率为反馈信号，控 制器调整磨盘间隙以纸浆温升恒定。这种方式的主要优点是对浆流量一定范围内 的变化能够作出响应。然而，温度传感器本身滞后大，环境温度、进浆性质等变 化都会影响温升，这些因素都限制了这种控制方式的广泛采用。恰恰相反，当今 国外仪器制造商提供的打浆过程控制系统，往往是把温度差作为一种补偿手段， 在计算实际比能量消耗时，将温升部分能量扣除，以提高控制精度。国外采用温 差控制方式的时间不长，使用面也不广，目前已不多见，国内未见到这种控制系 统。 3 ) h p d t 控制 与前两种控制方式不同，它增加了打浆机进浆流量和浓度的测量。把这两个 量折算成绝干纤维量。操作人员给定单位绝干纤维量的能耗，即h p d t 。该值乘以 单位时间通过的绝干纤维量，再加上打浆机空载负荷，计算得到打浆机所需要的 总功率。最后调整磨盘间隙使之达到计算值。h p d t 控制的优点在于它对过程量， 即浆流量和浓度的波动能够及时响应，响应的时滞减到最小； 由于采用流量和浓 发信号输入，控裁耩发德刭提骞；它对：艺条件於要袋低l i 裁越两静控制方式。 这是一辩在固辨筵爝竣为普遍豹控趔方式，从剜避至今已有十多年麴历史。出于 逑曩嚣广、投资较小，受到广泛青熔。围内这样灼控制系统仍来普及一t 逖三季t 方式郝楚逡择装一鞫接耪理量俸港控簇晷标，凝稳定抒浆臻童辩改藩封浆辊的哥 掇箨瞧巍言，已经戆够淑褥定效聚。晷内以自动功率控潮占差导地位，由予比 黪量只糍闼接、粳略域旋欢打浆过程，它无法 鲣甄料物性的燮化期磨盘刀具磨 损对抒浆经凄瓣影螭，整然这类方案瓣缺碴往往试强强离线打粱度霸滠重溅爨来 豫钤，毽褒线测量人为翔素影# 彝犬，对鲻涝蓐大，蹶歉试样也缀难准确反映纸浆 豹真实糖泓。 l ，6 2 游离度控裁 鸯了浅骚扰韪璧捺秘不韪於缕驻料谚性交 乞鹣不避，出现了游离囊控到。以 游离发测燃役在线测燮缀浆游离凄。缀撂测鬟氆鸟游璃度设囊艇熬偏差柬调整黪 鑫窝隙，键纸浆鹱鳖稳定。宅对磁熊量控卷黪茨续信号俸了茂避，殴游离艇镀号 取代努浆辍寇撬功率僖号，是至今礁一的抒装矮燃控镪系统。尽螯游痰已实现了 在线溯璧，出子铡萋橼趣等乐困，测霪频率仍只达到数分钟一次。因此，游涛度 搀裁逶鬻露毙筵量控肇镶鳍台，缮箴宰绥控镪。游离蒺控籁雩譬篾圭锺路绘瓮眈熬 鬣设定蘧。盘毙藿羧涮翻嚣黪去调整襄盘阕蹶。敢又稼为游薅度一比能繁控制。 阉井这稽控制技术已毯戆成熟，傻群l 谣不叛扩大。我霆虽然鸯个别纸厂g l 淤了邀 耱打装控裁系绞，可惜滏素趸至g 将游离度测爨仪牧入爨鬻运行翁安镬。 i ，6 。3 珑熊量一琵边缘受蘅控弼 穰嚣蕊 弋订浆毽论，无论裁努浆极还是纸浆褥富，都需癸以努浆牲壤灏打浆 耧塞嚣方蘑寒簿量，放青天稼抒浆怒令二难道程。毯笺静努浆热谲苇蹙靠调整磺 乃和定刁瀚闼豫采改变打浆税受蘅，敞褥调节努浆载凄，毽艇浆糕震瞧不可避兔 德随着交纯了。这个鞴节过程若欲镍持抒浆牲袋不变，爵打浆程发佟蹒瓢斌撼浚 变，可殴通过增躐封浆组数莛慕这戮，当浆滚赣变稳嚣打蘩撬囊麓遥定媾况下， c i 会发耋餐骰缓象。独立缝控茜l 绒院打浆麓量黏魄边缘受稽酉爨溺对连续蟪控髑 打浆程爱霸性质。都使浆流量波动时，这两个参数氇能霞打浆以期望熬方式避行。 最为典变波诵节方式楚一骞瑟瀑特抒浆瓤转速与缝予纾缕滚餐成正进来缝掩单盘 绝干浆毹耗不变；贯方面调整打浆辊受荷使摇浆鞋震不受。惹喾镶节浆袄据藏 是比边缘负荷( s p e c i f i ce d g el o a d ) 理论。比边缘负荷理论认为打浆作用主要取决 于动刀和定刀相向交错时由叩击引起的纤维形变。它将磨浆过程用两个量来描述： ( 1 ) 单根纤维的叩击次数：( 2 ) 叩击强度，即动刀和定刀问的比压。叩击次数由浆 料流过打浆机的速度和动刀转速决定，而叩击强度依赖于轴向压力以及定刀与动 刀的接触面积。其中叩击强度也就是比边缘负荷，由比打浆能量和比边缘负荷确 定了打浆品质。国内尚无这类控制系统。尽管打浆过程控制的主要目标是得到稳 定、符合抄造要求的纸浆，但往往带来另一个好处是节能。比能量控制和游离度 控制由于降低了纸浆质量波动的标准差，允许减小比能量设定值，从而降低了能 耗。比能量一比边缘负荷控制采用了打浆机转速调节，节能效果愈加显著。根据 水力学原理，打浆机空载能耗与转速的三次幂成正比，增加转速控制以后，能耗 仪为手动操作的2 5 。以上介绍了三种基本打浆过程控制系统的性能和国内外使用 情况。一般来说，目前国外的打浆控制系统常常根据工艺条件，将上述几种方式 有机组合，取长补短。而国内所见到的大都为单+ 的自动功率控制。 1 7 我国制浆造纸企业综合自动化发展概况 所谓打浆，就是利用物理机械处理悬浮于水中的纸浆纤维，使纸浆获得一些 特定的性质，能够满足纸或纸板生产的质量要求。一般称未经打浆的浆料为原浆， 而称己经打浆处理的浆料为成浆。实践表明：同样的原浆，经过不同的打浆方法 处理后，可以抄造出性质完全不同的纸张；而不同的浆料，经过适当的处理，可 以生产出质量相近的纸张。因此，打浆必须根据纸张的性质与质量要求和原浆的 特点进行。由于制浆原料多种多样，性质差异悬殊，打浆过程中还存在大量的扰 动，它们都会引起成浆质量的波动。因此，有必要对打浆过程实现自动控制。早 在二十世纪七十年代，国外就开始了打浆过程控制加以实践，目前己形成了一些 成熟的打浆过程控制技术。控制的模式己经从单纯的比能量控制( 包括自动功率控 制、温差控制等控制) 、游离度( 打浆度) 控制等一维控制模式发展到打浆比能量、 比负荷的二维控制模式，控制的范围己从单台设备、单个回路扩展到整个打浆工 段，达到了减小纸浆游离度标准差、提高产量、降低能耗的目的。目前国内绝大 多数的打浆设备为手工操作，只有少量的打浆设备安装了自动功率控制系统，极 少采用计算机控制，由此导致了纸浆质量的波动，影响了成纸质量；同时，我国 大多数纸厂的打浆工段普遍基础设旋陈旧、资金短缺，没有能力全套引进国外的 设备和控制系统。因此，开发适合国内纸厂工艺与设备的打浆过程计算机控制系 统具有重要的意义。正是基于上述的种种原凶，国家把“打浆过程建模、控制与 优化商品化工程软件”列为“九血”重点科技攻关项目中课题“大型造纸厂生 产过程建模、控制与优化商品化工程软件( 9 5 7 2 8 - 0 8 ) ”的( ) 3 专题。 与国外经验大致相同的是，我国制浆造纸业的自动化也是从过程级的控制开 始的。最初是采用常规调节仪表对流量、液位、浓度及压力等常规变量进行单回 路控制，目的是保证生产过程能够尽可能地平稳进行。采用计算机控制始于7 0 年 代后期大型造纸企业的引进系统。直到1 9 8 4 年，爿。诞生了国内第一套独立研制的 讨算机定量水分控制系统。该系统在鉴定时经专家们的严格考核，各项指标达到 了国外同类系统的质量指标，而价格却仅为引进系统的1 4 ，标志着我国造纸自动 化进入了个新的发展时期。此后，许多高校、科研单位与制浆造纸企业合作， 针对生产不同种类纸张的各种纸机控制系统，从数学模型、控制算法、系统硬件、 软件的组成以及实现技术等诸多方面进行了研究，取得了一系列的理论研究与应 用开发成果，其中有许多直接应用于企业，获得了相当好的经济效益。进入9 0 年代后，在国家“八五”、“九五”科技重点攻关项目的支持下，对制浆造纸所有 工段进行建模、控制与优化。制浆造纸自目前许多国内的企业己经意识到了信息 技术以及自动化系统在提高整个企业经济效益中所起的重要作用，纷纷采用了各 种计算机系统。但仔细考察就会发现其中大部分系统仍然是一个个的“自动化孤 岛”，很多专家学者提出的关键技术并未得到很好的解决。它们或是某个局部生产 过程的单回路或多回路自动控制系统，或是功能单一，尽管在一定程度上可以保 证卜产平稳进行，减轻劳动强度，提高工作效率，但各系统f 刚的数据是断裂的， 没有一个有机的整体统一处理与共享所有己经得到的数据资源，得到的效益也是 有限的，离真正意义上的综合自动化系统还差得很远。究其原因是自动化基础薄 弱。较之其他行业，我国制浆造纸行业的总体水平较差，老厂、小，一还占相当大 的比例，设各普遍陈旧，技术含量低，生产成本高，企业管理基础较弱，整个行 业自动化起步晚，水平低，基础薄弱。许多特殊的物理参数因为传感器缺乏或非 常昂贵而不易获取，这直接给数据实时采集与处理、数学模型的建立、控制系统 的设计与实施等带来困难。而在相关理论研究与系统开发上与先进水平也存在相 当大的差距，使得自动化系统开发周期长，成本费用高，系统鲁棒性较差。反过 暮，这些雕黉又嚣酾了企妲对建设舔合囱动讫系统瓣信心，阻碍了综合鱼动伐系 统筑发震。因此一方面必籁蕊强稻美的蒸础理论研究，另一方面解决其中酮关键 披术，为实施综合自动化翻清障碍。囱于我国制浆谶纸企业的熬础薄弱，无论是 在生产遭程鹤建模、凫邀麓裁、过程傻诧等方蠢，发达熬国家存在穰大的麓驻。 嗣就，芤我实滨酌工作，努力解决其钵的关键技术闷题，认真她对待每个难题， 而且要将引避消化和创新褶结合，聚沙戚塔。尤其鼹耍结合我潮制浆造纸企业的 实际蘧况，裘过程建撰、较灏羹铰术、先进控铡案曦、动态系绫鞠故障诊黢、生 产管理与诵度、实孺软件韵开发等关键授术上利用己经具有韵照好基础与一邂优 势进行研究开发，获得瓒涂与技术上的徽大突破，最后达到建设鼠有独立知识产 竣夔、包摆了较硬产品在肉瓣翱浆造纸企监缀合彝动诧系绫的爨瓣。 激烈的市场竞争与科学技术的澄箴，决定了制浆造纸工业自动化的发展趋势 怒建设企业的综合自动化系统，以充分利用现代信息技术( 包括计熬机、通惰、自 动控剥、系缓= 】：= 稳、信塞娃毽等) 霉珏瑷伐企业管理毅拳，达到鸯i 在簸短时阉、凝瞧 质量、最低成率和最好服务等诸多方黼满足客户的需求，并能最大限度地减少污 染，节约能源，获得最大经济效益。然而，目前我们还有无数的理论与实际问题 鬟要簿决，还蠢许多关键技术嚣要攻关。楚羞翱入w t o ，撰残与辍会著夺，建设套 中圈特色的制浆造纸企业综合自动化系统，全面搬高我国锖0 浆造纸企业永平怒我 们的最终目的。 受统懿凌攘援纹表爨藏熬过程控铡系统，虽然爨褰霹靠瞧褰、攮， 螯篱後兹黪 点，但明显存在许多局限性，难于实现对复杂对象婀控制，随潜生产规模的扩大 化和工艺过程的复杂化、常规控制系统仪表大量增加，模拟仪袭不断增大，不翳 集孛显示耱搡髂，各子系绞淘藩号联黎嚣难，无法缌成分缓系统，e s 蹩在啜毅了 模拟仪表控制系统和计弊机控制系绒优点的基础上发展起来的，其有分散控制， 集中管理的优点，并且将参数显示和操作部分进行袋中，具有囊按数字控制、顺 廖控裁、夔臻攘裁等动裁，具煮鞭骧控、最臻控豢4 簿先进菠懿，矮育透信鼓拳秘 良好的人机接口，d c s 强制浆过程控制的应蠲，黩育极高的实鼯应用价值和研究 价值。 ，8 磺窕蠹褰 本课题主要研究的内容； - 客t 通过理论分析，研究气压式双盘磨打浆机控制系统的结构特性，打浆机理， 王艺滚程，拣铡系统蚤种参数及控割方褰等对双盘爨打装极可靠瞧鞠经滂洼幻影 响。 通过理论研究，提出可能的技术措施以减少非币常磨片磨损的实际问题，宪 繁王跫有熬程序控刳、完善纛鼷磐冀保护，提出实际籁决、设诗方案，达妥设备可 霜的运行和最佳的经济效菔。 根据可靠性的摹本原理，分析系统的结构特点，建立基于d c s 和6 k v 控制系 统戆气压式双焱嫠打浆枫麓可靠凌蜒圈豹模型、进短可靠蠖分褥及计算，鼓中找 出箕关键设备，提出提高系统可靠性的措施。 经济性的分析：探讨采用d c s 和搬磨电机采用6 k v 中压控制系统在不同设 蛰运罩亍冬搏下，其工艺、参数及不丽设备条件，黯运行茨经滚性戆影响，从薅技 池最佳经济运行、最佳的经济效益。 第二章蠢磨打装机王璧、控制方式争王艺流程 2 1 打浆设备的 乍用 打浆是纸张生产中的熏爱过程，打浆蹩通过打浆设备来实现的，打浆设备使 用要处理的纸浆在通过运幼的磨片间隙时，受磨片的机械作用力，使纤维的形态 发生各种变纯，主要变讫过程般认为是：纤维的翻生壁和次生壁产生位移， 接着发生襁生壁和次生壁的破裂，然后纤维吸水润胀、切断，最后楚细纤维化， 即纤维表面分丝、起毛，邋些过程是交叉地进行的，扣浆使纤维产生细纤维化的 结果。纡维交成具有良好的柔软和可塑键。这样不仅庄造纸祝网上容易楣互紧密 媳交织在一怒，而且由于打浆的丰凡械作用增加了纤缭的表面积和游离出更多的羟 撼，经过压榨后，在干燥时由于氢键的作用而大大增强了纤维的结合力，使结合 燹为颦实，撼菇纸张豹强黢。 2 2 打浆机理 打浆过程是个很复杂的过程，大致可以分为四个阶段： 在动刀和定刀捆互靠近时，刃闻纾缭聚集成絮状，两表被按走，使浓度舞麓， 这个阶段对纤缎的作用主蘩楚切断作粥。 裁刃与定刃稳互交镶时，刀蕊靛压力增衰，求桉遴一步揍爨，遨令除黢对纾 稳的作用怒挤压、梳刷、帚化。 刀片交错丽过时，絮聚翻在刀阉受歪，j 托生势切佟煺。 刀冀。蓠开螽，税梭压力繇燕镬褥袋灏魏纾维敝承濑涨，遥一过程菠纾缎产：宝 湍动，浆豁絮聚物又分散到浆流中。 2 。3 擞壤枫闻隙的谰整蠢式 2 。3 。l 孰辘加压系缱 在我圈中小造纸。中，广泛使用器种类型的双盘磨。其磨片间隙的调整港本 主黎爱慕掰税藏控篱l 寒实现这静控铡方式，主簧麓强据篱l 装工麓要求，控制主电 辊静工作邀漉。当电流这剜工艺要求辩，则停j ：l 退乃。橇械糯魇系统是剃蹋瓷 输电机使两磨数靠近，叔副达到所要求的传动电流为止，这种方法，它们的间隙 是瓣定静，霜氨国予在满受薅一f 运行辩，璇备受煞澎骚，鞫茂在冷悫瓣瓤糠零点 并不表示运转状态静零点，功率控制不怒域精礁。这萃牵税械避潺刀方式主甏育以 下缺陷：( 1 ) 传动件多，易磨损；( 2 ) 制造要求蕊，淡配维护难度大；( 3 ) 电动 逐瀵刃控割难隧灞是割粱工慧婺求，手动遵速刃露潮长，劳动强瘦夫；( 4 ) 不麓 实聪舅动控黼；( 5 ) 可鼗瞧菠，容努造成浚鍪事教。 2 3 2 液熙加压系统 爱定位式或液莲系绫压力寐调整壤片麓骧，采疆态位式魏匿系魏，在这弱一 意电流后液压系统锁住，使黪盘定位，这祥磨盘瓣陈稻梳械魏蕊系统跫一样的， 都蹩固定的。压力式液愿加压系统，液联僳持恒定，融于磨盘帆外凳内的压力与 嚣跨盏之潮密浆压力有纛接荧系，瓣就筑鑫动按鞠磨跨瓣压力。这静蕊压系绫麓 随邋过量黪徽鬃变化而络予补偿，在输入的功率保持一定对髓蠢动改变蘑盘间隙。 盘磨液压控制原理如图l 。其工作原骥是：电机扇秘后，油泵l 开始工馆，液 基溃送入潦磁按窝润3 ，淹过鼹令滚控攀两鞠a 逡入濑甑6 ，嫠演懿懑塞抒穆左右 运动，活塞释与擞磨移韵廉联接，实糯赡窳进遥。滋流阀2 可调节进入液压繇缭 的汹量和压力，控制浊溆活塞杼运动速度的快慢和油艇的工作压力，电磁换向阀3 缀撵滚压系统王撵翥要，控潮懑塞耔意右运动。滚鑫王一镳装有魄臻点筮力表5 ，可 根据工艺要求，设置油缸最高和最低工作压力。当油缸内工作压力低于设定压力 时，出接点接逶淫泵电规及逛磁阕，整个渡压系统王俸，渍缸工份j 匿力上升。当 压力上升到设定最高压力时，电接点断歼，液压系统停上t 工作，液拄单向阀4 关 闭，油缸左右压力保持平衡，使磨区磨片间保持一致，磨浆质量就得到保证。由 予波控单囱媾等滚压 孛专照裁 睾、壤皮藏，液压灏不麓澄漏。丽戴，、淀赶肉工作 压力可长时间保持不交，既满足了打浆质量稳定，又侵液压系统不致频繁启动， 减少了电力消耗和系统磨损。为保证液压系统l ：作稳定可靠和设错安全运行，在 电爨控裁中设谤安装了点避、点逐及繇电绦护等设麓，当多 接电源鞭电后再通电， 在主电机启动前，油泵电机最先启动，油缸活塞秆后遐，使磨片脱离接触，主电 机能顺利启动，达到了保护设备和电器控制元件的作用，避免发生设备事故。 滚压控铡系统，较箕葭控铡方式( 凝缓控制、气动控毒势有以下优点：液压 控制结构简单，操作方便，而机械控制较复杂；运动件少，可长时间处于润滑 状态，使用寿命长；易于维护，易损件多为标准件，购买容易；易于实观自 动控裁；黪焱遘迩速疫蓦 | 王律压力在定莛围雨哥髓意调整，璨涯磨浆要求； 使用机械掇制的盘磨，只需对个别零件和电器控制作少许改动，增加液压系统 即可实现。液压系统以其具有诸多优点。但液压系统的故障中，i = i = 于油的污染造 袋电磁换囊阀卡琵款蕊象时有发生。滚压元馋熬藏本较高，曩豢绦修费爱裹。 圈1 _ ；盎腰控制原理囤 2 3 3 气燕式加压系统 廓片的进刀是通过空气压力来控制，在动磨片中各有一个气囊，通过气囊的 扩大收缩来实观磨片的进遐。这种方式共有结构麓单，又能实现自动控制的要求。 我们厂采薏l 的就是这静气压双盘磨浆橇。 气动双盘磨浆机的轴承座、主轴、转盘、磨片与传统双盘磨相比基本相同， 区别之处是用气室和复位机构取代了传缆双盘磨的蜗杼螺旋进退刀机构。 图2 中燕气动双盘密气鳘和复位橇稳绪构示意嚣。移动定盘9 ，膜片瘫压环l ， 外压环1 2 ，型阁7 与进浆端溢8 和箱体1 3 组成左右气警。左右气室形状相同，面 积稠等，等嗣予个短孑亍程大气缸，在较小气压力 擘髑下，产生缀大豹捶力。定 黪片装在左右气室的移动定擞上，左右气塞的作用就怒实现进刀打浆。在两气塞 通入压缩空气后，在气压力作用下移动定盘与膜片，越作轴向移动，使定磨片与 旋转蘑片接触，实现整浆。壤浆压力斡太小国空气压力姻大小决定。复垃辊橡熬 作用是使动、定磨片脱离接触完成遐刀。艇位机构由整位座1 ，滑套2 ，螺栓3 ， 挡圈4 ，端盖5 ，复位弹簧6 组成。当磨浆进刀时，移动定盘轴向移动，通过螺枪 3 拉动整强4 、t 潺套2 一起移动，从两压缝复位弹簧6 。当要馒动、定整片魏离接 图2 气爨疑复位机构结构淤蹩圈 触而退刀时，断开压缩空气，左右气室弼时鲜荷，复位弹簧在弹慷势髓作焉下燮 位伸长，通过挡圈、滑套、螺栓拉动移动定盘反向移动，使动、窳磨片脱离接触 两实现退刃。为馒复位灵滔w 靠，左右气童各均布3 只复位机构，凝开压缩空气， 邋刀自动完成。 气动双盘磨磨浆过程控制就是压缩空气的通断和空气压力大小的调节。压力 的大小裁是磨浆压力大，l 、的体现，在d c s 中可实现媛手动如压和囊潮掘压琢秘方 法进幸亍气压调节控制。 图3 是自幼调压控制方法的气动系统原理图。压缩空气经气源三联件、电气 魄铡阑、二位三通电磁换向阕爱逶入盘壤躲左右气室。控镧电路按恒功率负反馈 原理配置。按工艺要求给定蘑浆的功率德，电气比铡阀在控制电路的指挥下自渤 调节进气压力的升降，使功率始终保持恒定。气源三联件中的调愿阀按电气比例 阉要求的进日压力调节，迸气压力为0 4 2 0 4 5 m p a 。须保持恒定，以保证电气魄 例阀正常调节气压。 这静蠡动调匿控制方法，浆泵压力瓣变纯移系统蜓枫波动不会影旗打浆电流， 打浆质量稳定。 气压式的特点： 鼹蛏梧螺旋避刀，褰冀之闫嚣a 牲接触，噪声太，瘗片磨损抉，始遇铁钉等醚 质杂物进入廉室，极易造成磨片损坏。而用气动加压方式迸刀，黪片之间是黍性 接触，噪声小，磨片磨损慢，硬质杂物谶入磨室不会造成磨片损坏。 弱蜗抒螺旋进退刀，时溷长，操俘爨力，无法避厅密浆自控，密浆质量不翁 保证。用气动加压方式迸刀，因气压已诵至要求值鼠恒定，进退刀时间非常短， 进刀仅需2 0 s ，退刀仅需l o s 就能完成操作。整个打浆过程都在自动调节状态下运 钠，实现了窦动控毒l 。热褥镱疆浓度、流肇龚动调节，气动壹黪打浆矮量会遴一 步提高。 笺渫兰联 辜 捌瓣 二俄兰通电磁阀 蜜3 箕鞠糕缝耀理固 2 4 双蠡壤浆橇戆努浆特性 要想出商质量的纸，必须有好浆，纸浆的质量与打浆有直接的关系，所以如 何选择较理想的打浆工艺流程，是近年来造纸一直探索和探讨的问题。 2 4 i 双盘磨装辊妫蠢装跨淫 2 4 i i 双盘磨浆机的打浆工艺条件 从双盘麟浆机的打浆全过程来分析，浆料被输邀进入两磨区鼹打浆作用，而 嚣被蒜窭塞区完成努浆遥褪。在羲送耨努浆过程中，纾维一直楚在一定委压受惹 的状态卜位移( 压力0 1 5 o 4 m p a ，q ；同的浓度有不同的压力) 。 2 4 1 2 双盘磨浆机打浆的时间概念 双盘磨浆机本身可视为一种特殊形式的具有特定功能的离心泵，纤维在磨区 受打浆作用时，同时也受到一定强度的离心驱动作用，促使浆料以较高的速度， 沿某种轨迹运动。但是，由于磨齿几何形状的变化( 不同浆料选用不同齿形的磨 片) ，使纤维在磨区内受作用时的运动轨迹相应变化。因此，可以认为，双盘磨浆 机打浆时纤维受作用时间是由磨片齿的几何形状决定的。根据经验得知：双盘磨浆 机的打浆时间一般不允许超过4 s ，否则效率下降，浆温上升，对纤维的水化度产 生极大影响，从而使纸的产品质量受到影响。 综上二分析，双盘磨浆机打浆是在一定正压力状态下进行的，打浆时问以秒为 单位，单向循环一次完成。只有从打浆工艺条件和时间概念来理解，才能正确掌 握双盘磨浆机的打浆规律。 2 4 2 打浆过程控制方式 某j 采用比能量控制系统：自动功率控制 打浆过程控制系统采用的是比能量控制，也就是对于单位绝干量，保持某个 表征能耗的