（林业工程专业论文）在线留着率在卷烟纸生产中的应用与研究.pdf

摘要 随着纸机制造技术的发展和生产过程自动化程度的日益提高，在现代造纸过 程中越来越关注对湿部留着率的控制与研究。结合民丰# 1 8 机的实际情况，通过 对影响民丰# 1 8 纸机湿部稳定的各种因素进行分析，确定其主要影响因因素 机下白水浓度。在线留着率控制是根据k a j a a n i r m i 在线留着率检测系统对正常 生产时的机下白水浓度的变化来控制助留剂的加入量来控制机下白水浓度在一 定的范围内，从而达到控制整个短流程稳定。根据工艺要求与控制要拳在线留着 率控制采用p i d 闭环控制。对p i d 闭环控制系统的控制器、测量单元、执行器等 硬件组成及各组成的功能进行了详细地说明和介绍，并重点介绍了k a j a a n i r m i 在线留着率检测系统的组成与功能。在对线留着率控制的理论和原理进行了详细 地分析的基础上，详细推导出在线留着率所采用的p i d 控制算式并对所实现的控 制功能进行详细地阐述。根据在线留着率的p i d 控制算式和工程实现理论，如何 将p i d 控制算式和p i d 控制功能在工程上的实现做了详细的阐述。在线留着率的 控制功能是通过编写功能程序来实现，并对功能模块的控制参数( 如采样周期和 p i d 参数) 整定的方法做了详细的说明，并按上述方法找出适合的p i d 参数。最 后根据在线留着率在实际生产过程中的使用情况，对在线留着率控制实际效果与 效益用具体的数据进行说明。 关键词：在线留着率、p i d 控制、k a j a a n i r m i a b s t r a c t w i t ht h e p a p e r m a c h i n e p r o d u c i n gt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t a n d p r o c e s s a u t o m a t i o nd e g r e ee n h a n c e d ，d u r i n gt h ep r o c e s s i n go fm o d e mp a p e r m a k i n g ，t h e p a p e r m a k e r r l o r ea n dm o r ep a yc l o s ea t t e n t i o nt oc o n t r o l l i n ga n di n v e s t i g a t i o no ft h e w e tr e t e n t i o n 。i nc o m b i n a t i o nw i t ht h ea c t u a lc o n d i t i o no ft h em i n f e n gn o 1 8 ，i a n a l y z ea l lk i n d so ft h ec a u s e st h a te f f e c tt h ew e ts t a b i l i z a t i o na n df i xo nt h ew h i t e w a t e rc o n s i s t e n c eo ft h ep a p e rm a c h i n ea st h em a i ni n f l u e n c e , t h eo n l i n er e t e n t i o n c o n t r o li sc o n t r o l l i n gt h ef l o wr a t eo ft h em d - r e t e n t i o na c c o r d i n gt ot h ew h i t ew a t e r c o n s i s t e n c ew h i c hm e a s u r e db yt h eo n - l i n er e t e n t i o na n a l y z e ro ft h e 蜘a a n m m i d u r i n gt h ep r o c e s s i n go fn o r m a lp r o d u c i n g ，s ot h a tic a nc o n t r o lt h es t a b i l i z a t i o no f t h e a p p r o a c hs y s t e m b a s e d o l lt h e w o r k m a n s h i pr e q u i r e m e n t a n dt h ec o n t r o l t e c h n o l o g y ，t h eo n - l i n er e t e n t i o nc o n t r o l a l eu s e dt h ep i dc l o s e dl o o pc o n t r 0 1 i d e c l a r ea n di n t r o d u c ei nd e t a i lt h eh a r d w a r ec o m p o n e n ta n dt h ef u n c t i o no ft h ep i d c l o s el o o pc o n t r o ls y s t e mi n c l u d i n gt h ec o n t r o f l e r 、t h em e a s u r e r 、t h ee x e c u t i o n ，a n d s p e c i a l l yi n t r o d u c et h ec o m p o n e n ta n d t h ef u n c t i o no ft h eo n - l i n er e t e n t i o na n a l y z e r o ft h ek a j a a n i r m i o nb a s i so f a n a l y s i so ft h et h e o r ya n d t h ep r i n c i p l eo ft h eo n l i n e r e t e n t i o nc o n t r o l ，id e r i v et h ep i dc o n t r o lf o r m u l ao ft h eo n - l i n er e t e n t i o nc o n t r o li n d e t a i la n df o r m u l a t et h ea c t u a lf u n 吐i o nw h i c ht h eo n - f i n er e t c h t i o nc o n t r o lu s e d a c c o r d i n gt ot h ep i d c o n t r o lf o r m u l aa n dt h ee n g i n e e r i n gr e a l i z a t i o nt h e o r yo ft h e o n l i n er e t e n t i o n ，id e m o n s t r a t eh o wt or e a l i z et h ep i dc o n t r o lf o r m u l aa n dt h ep i d c o n t r o lf u n c t i o nt ot h ee n g i n e e r i n g t h ec o n t r o lf u n c t i o nr e a l i z a t i o no fo nl i n e r e t e n t i o nc o n t r o li sb yt h ec o n t r o lp r o g r a r aw h i c hic o m p i l e 战d1d e s c r i p tt h ew a yo f t h e a d j u s t m e n t o ft h ec o n t r o l p a r a m e t e rs u c h a st h e s a m p l i n gp e r i o d a n dp i d p a r a m e t e ra n df i n das e to fa d a p t i v ec o n t r o lp a r a m e t e r sb yt h ea b o v ew a y a tl a s t a c c o r d i n g t ot h ec o n d i t i o ni nw h i c hw eu s ei nt h ea c t u a lp r o d u c i n g ，w e g i v es o m e e x a m p l ea n da c t u a ld a t af o rp r a c t i c a le f f e c ta n db e n e f i ts i n c et h eo i ll i n er e t e n t i o n c o n t r o ls y s t e ma l ec o m i n gi n t os e r v i c e k e y w o r d ：o n l i n er e t e n t i o n 、p i dc o n t r o l 、k a j a a n i r m i 致谢 p7 s 9 2 1 8 本论文是在校内导师陈惠明副教授、陆荣监讲师、校外导师何斌高级工 程师严格要求和悉心指导下完成的。三年来，导师为论文的顺利完成倾注了大量 的精力，并给予了各方面的帮助。导师渊博的学识、严谨的治学态度、科学的思 考方式、严厉而宽厚的师德使我受益匪浅。在此，特向导师表示最真挚的谢意。 论文的实验过程中得到了民丰纸厂工作人员的大力协助，持此表示感谢。 最后，向在读研究生期间给予本人关心和帮助的所有老师、同学和朋友表 示衷心的感谢! 特别感谢民丰特纸企划部部长李英杰和南林大研究生院的老师 给予的帮助和方便! 作者：黄才华 2 0 0 5 年7 月 在线留着率在卷烟纸生产中的应用与研究 前言 随着纸机制造技术的发展和生产过程自动化程度的日益提高，市场竞争日趋 激烈，纸机车速的提高，各生产厂家不断地开发和生产新型产品( 低定量、高灰 分的纸产品) 以及对过程装置的改进优化等都增加了造纸过程的敏感性。另外， 随着现代造纸技术的不断发展和国家对环境保护监控力度增大，造纸厂对二次纤 维回收利用日益增加，自水循环的封闭程度日益提高，以及人们对增加填料和化 学助剂的追求等，使得湿部化学工艺日益复杂化。而湿部是纤维、细小纤维、填 料等物质形成纸页的关键部位。细小纤维、填料又是纸页形成过程中最易流失的 一部份，它们的流失意味着施胶、成形等环节会有一系列问题的出现。因此为了 有效她减少细小纤维、填料等细小物质的流失，确保造纸自水中细小微粒、电荷 的平衡等，可通过改善湿部控制、使用助留技术来稳定纸机短循环系统内的总体 浓度、灰分及湿部化学，提高造纸过程的稳定性、灵活性。为了控制纸机湿部化 学，就需对影响湿部的主要因素加以控制，虽然影响湿部的因素有很多，但需测 定和控制的主要因素有：白水浓度( 是控制留着率的最佳途径) 、电荷需求量( 可 控制进入纸机阴离子物质的浓度) 、灰分( 与留着率和成纸质量密切相关) 、打浆 度( 通过调整打浆度可控制浆料滤水性能，并改变纸页特性如透气度和松厚度) 。 虽然提高打浆度使纤维的细纤维化程度提高，纤维表面游离羟基的数量增多，一方 面成纸时组织紧密能有效地阻碍大颗粒填料的滤出j 另一方面大量的羟基增加了 吸附小颗粒填料的可能性，从而提高打浆度能提高填料的留着率，但是提高打浆 度与生产纸的品种、物理要求等有关，因此它的作用是有限的。因此，控制留着 率可提高填料的留着率，降低白水中悬浮物的浓度，减少短循环的波动，稳定纸机 工况，可改善成纸质量和纸机运转性能，从而提高纸机的运转率，这是以后纸机 湿部控制的一个发展方向，也是我国卷烟纸生产企业当前急需解决的课题。 本课题是以在卷烟纸生产过程中通过k a j a a n i r m i 留着率检测系统检测网下白 水浓度的变化控制助留剂的流量为主要研究对象，通过分析影响纸机湿部稳定的 几个因素，结合生产实际，确定卷烟纸生产中影响纸机湿部稳定的主要参数，对 第1 页共5 7 页 影响纸机湿部稳定的主要参数加以控制。本论文对控制系统的组成与功能、控制 方式、控制手段进行详细地分析和对正常生产时的留着率控制和断纸时的灰份控 制加以研究，探索了一条稳定了纸机湿部工况，稳定了生产的新方法、新手段， 填补国内研究和应用空白。 本课题的研究具有相当的实际指导意义，笔者所在单位为我国著名的卷烟纸 生产基地之一，根据笔者对我国卷烟纸生产企业行业的了解，目前，国内卷烟纸 企业正面临着国内外竞争的巨大的压力，处于产品研发和占领市场的关键时期， 能否生产出优质的产品，产品是否具有良好的竞争力，是关系到企业生存和长远 发展的问题，因此对企业发展具有很重要的意义。 第2 页共5 7 页 第一章国内外研究现状 造纸技术是中国四大发明之一，自从中国造纸技术传到欧洲以后，造纸技术 得到了进一步发展，两次工业革命为造纸技术注入了新的活力和发展空间，随着 造纸技术的发展和生产过程自动化程度的日益提高，人们开始慢慢地关注造纸整 个过程，对造纸过程中每一个影响因素希望用相应的设备去监测和控制。在造纸 过程中，湿部是一个复杂而不稳定的部位，它的不稳定给造纸带来许多不利的因 素，因此，在欧洲，从十九世纪中期开始研究造纸湿部化学理论，在抄造过程中 加入各式各样的化学品来提高生产效率和改善纸机的运行性能，防止生产过程中 产生波动和干扰，使纸机正常运行的同时稳定和提高产品质量，降低原、辅物料 的消耗。但是这些化学品主要功能是来改善网部的脱水性能和成形性能。因此国 内外许多学者花费很长一段时间潜心研究湿部化学理论中的胶体特性中的扩散双 电层理论、胶体稳定性理论中的d l v 0 理论、湿部化学的界面动电理论等理论，这 些理论都已经得到大家的认可并已经成为我们在进行实验研究和实际生产中的理 论依据。近年来随着科技的发展和行业领域研究的不断深入，为我们提高生产效 率、改进产品质量、减少原料流失、消除生产障碍、改进生产操作起到了很重要 的作用，造纸化学品也不断出现，各种新型的秘改进型的助剂如助留助滤剂、成 形剂、消泡剂、施胶剂、增强剂、特殊功能助剂等助剂被广泛地使用；同时，近 年来，由于许多造纸技术的发展和新技术应用，诸如纸机车速不断提高，高湍流 流浆箱、夹网成形器的应用，增加回水用量，更高的填料量以及碱性抄纸等，所 有的这些对纸机湿部参数控制提出了更高的要求，但由于生产过程技术的落后， 这些化学品的添加靠手工来完成，因此生产者对湿部化学控制投入了许多的人力、 物力和时间。而造纸过程是一个瞬息万变的过程，这些化学品的添加量靠人力来 完成是一件很难完成的任务，有些化学品的添加量不一定是生产过程所需的用量， 这样即浪费化学品，又耗费大量的人力、物力，而且对生产过程带来其它不良的 影响。因此很多自动过程控制公司注意这一点并开始致力于研究生产过程湿部控 制设备。随着工业技术、电子技术的发展和控制技术进一步应用于生产中的经验 以及测控制技术成熟地应用于现场，设备研制者根据人们在生产过程中积累的经 验综合开发一些过程测控设备，在国外有b t g 、m e t s o 等公司，开始研究出用于 第3 页共5 7 页 实验的检测的留着率实验设备。目前大型造纸企业基本上都配有用于实验的留着 率设备，在国内，有厂家生产b r i t t 测量仪用在单程留着率测量。但随着自动化程 度的提高和先进的控制系统相继得到应用，纸机的车速越来越快，许多生产过程 越来越瞬息万变，对生产者来说希望监控这些生产过程，因此b t g 、m e t s o 等公 司研究出r e t - 2 0 i n l i n e 、k a j a a n ir m i 一2 0 0 等在线监测设备，在国外u p m k y m m e n eo y j 、s t o r ae n s oo y j 、m - r e a lo y j ，加拿大的k r u g e rw a y a g a m a c ki n c 、 s k o gp a p d c a n ，巴西的r i p a s as a c e l u l o s ep a p e r ，在国内有晨鸣、金东等纸厂使 用在线留着率监测系统，它们使用这些设备仅用来监测生产过程中某些变量并且 测量精度不高仅作为生产指导，没有参与过程控制。随着现代化程度的提高，一 些纸机供产商v 0 1 t h 、m e t s o 等与b t g 、m e t s o 自动化公司联手共同研发在线 留着率监控制系统如m e t s o 公司的k a j a a n i r m i 留着率检测系统、b t g 公司的 r e t - 2 0c o n t r o l l e r 、r e t - 2 0 a n a l y z e r , 前k a j a a n i r m i 留着率检测系统在国外 用在涂布生产线上有芬兰的u p mk y m m e n eo y j 下属k a u k a s 、v o i k k a a 生产 w o o d c o n t a i n i n gc o a t e d 纸种的五条生产线及k u u s a n k o s k i 、r a u m a 生产的w o o d f r e e c o a t e d 纸种的四条生产线，德国s t o r ae n s oo r j 下属的k a r l s r u h e 生产的 w o o d c o n t a i n i n gc o a t e d 纸种的生产线、m - r e a ls t o c k s t a d tg m b h 生产的w o o d f r e e c o a t e d 纸种的生产线，加拿大的k r u g e rw a y a g a m a e ki n c 、s k o gp a p r i c a n ，巴西的 r i p a s a s a c e l u l o s e p a p e r 等生产线上，用在新闻纸生产线上有意大利的c a r t i e r e b u r g os , e a 的m a n t o v a 、德国的s t o r ae n s os a c h s e ng m b h 的e i l e n b t t r g 、瑞典的 m r e a ls v e r i g ea bh u s u m 的h u s u m 、挪威的c o n d i d e n t i a l 等生产线上，用在薄页纸 ( 卫生纸) 上有土耳其的1 p e kk a g l ts a n a y iv et i c a r e ta s 的i s t a n b u l 、德国的 p r o c t e r & g a m b l eg m b h 的w i t z e n h a u s e n 、法国的g e o r g i a p a c i f i cf r a n c e 的g i e n 等 生产线上，国内有晨鸣、金东、玖龙等新闻纸厂使用在线留着率监控制系统，b t g 公司的r e t - 2 0c o n t r o l l e r 、r e t - 2 0 a n a l y z e r 留着率检测系统在国外有h o l m e n p a p e r b r a v i k e np m 5 3 、s t o r ae n s og r y c k s b om i l lp m l 0 等生产线上使用，b t g 还与 m u n i c h u n i v e r s i t yo fa p p l i e ds c i e n c e 、v o i t hp a p e ra u t o m a t i o n 等合作与研究，共同研 究湿部控制一些方法，并在v o i t h 内部期刊和u p d m e s 等杂志上发表，但他们介绍 这些方法和应用是单回路控制，过程控制基本上独立，与生产过程的变量关联不 第4 页共5 7 页 紧密没有与q c s 集成一起直接参与质量控制，并且只是局限于新闻纸、箱板纸、 涂布纸等高克重纸，没有涉及到低克重的薄页纸的应用，特别是在卷烟纸生产线 上的应用，目前国外只有澳大利亚一家卷烟纸生产线上使用了一套在线留着率检 测系统，是否参与过程控制没有这方面的报道，国内到目前只有民丰一家在2 0 0 3 年从m e t s o 自动公司引进留着率检测系统应用在湿部，通过测量生产过程中的控 制参数变量进行有效地控制，并与纸机的q c s 、d c s 集成在一起，有效地参与质 量控制，来提高产品质量，从而提升产品竞争力，发挥在线留着率控制在卷烟纸 生产应用上的优势。 第5 页共5 7 页 第二章影响纸机湿部稳定的主要参数 第一节影响纸机湿部稳定的主要参数 纸机的湿部一般指纸机的网部，纸机的网部是造纸机的主体部分，是纸料脱 除大部分水分，也是纤维( 包括填料、胶料) 均匀分散、纵横交错，在全幅纸页 上形成定量、厚度、匀度等均匀一致的纸页的关键部位，它是一个复杂的物理化 学过程，它的好坏直接影响到纸页的质量的好坏，虽然湿部是一个复杂的过程， 影响它的因素有很多，但是为了纸页质量就要想办法使纸机湿部和湿部化学稳定， 为了控制纸机湿部稳定和湿部化学，就需对影响湿部的主要参数加以控制，而影 响湿部稳定性的主要参数有以下几个： ( 1 )浓度：短循环系统内的浓度变化对成纸质量和纸页断头有直接影响。短循 环系统内的浆料经白水稀释以后直接上流浆箱，此时浓度的变化直接影响纸 页在网上的成形，如果没有相关的流浆箱控制设备，纸页成形以后会形成厚 薄不匀，定量变化大的纸页，如果浓度变化超过一定范围，容易断纸，对生 产产生一定的影响； ( 2 )灰分：湿部灰分变化影响成纸质量如抗张强度、白度、不透明度和透气度。 纸张纵横向灰分分布不均匀影响纸机的运行，并对纸张的匀度以及其它性能 产生不利影响。 ( 3 )滤水性能：浆料滤水性能是影响纸页成形的基本因素，也是纸机运行中的 一个重要的性能，一般来说纸料滤水性能受纤维原料类型、温度、打浆度、 加填量、浓自水的特性( 自水中圆形物的含量、电介质浓度和溶解性有机物 的含量等) 、纤维与纤维、细小纤维与细小纤维间的絮凝状况等因素的综合影 响，因此，对其进行准确且可靠的测定，可实现打浆和配料控制的封闭回路， 同时保证良好的纸页成形和最高的纸机运行效率。 ( 4 )p h 值：p h 值影响纸机湿部的化学反应，特别是对电荷、加填和化学助剂 影响较大。现在从酸性抄优质纸转化到碱性抄优质纸，因此p h 值的变化对纤 维的润胀、纤维的强度、填料含量的提高、化学品的消耗、滤水性、系统的 清洁度等都有很大的影响。 ( 5 )带电颗粒( 如纤维、细小纤维、填料、可溶物质和胶体物质) 控制带电 第6 页共5 7 页 颗粒间的相互作用是湿部稳定的基础。控制电荷就如对抄造过程中关键的操 作过程如凝结、絮聚和施胶等过程加以控制。 ( 6 )电导率：电导率表征了具有潜在趋势形成沉淀物的可溶无机物的量。电导 率是衡量抄造系统洁净度的指标。 ( 7 )温度：温度与反应动力学、沉积、纸页成形和浆料滤水有关，温度变化 对纸页滤水性能影响较大，因此应避免温度的大幅度波动。 第7 页共5 7 页 第二节影响# 18 机湿部稳定的主要参数 民丰# 1 8 机是2 0 0 0 年从v 0 1 t h 公司引进当时世界最先进的薄型纸机，它的 质量控制系统q c s ( q u a n t i t yc o n t r o ls y s t e m ) 是引进芬兰a b b 先进的控制系统 a c c u r a y l l 9 0 和s m a r tw e i g h tp r o f i l e ，d c s ( d i s t r i b u t ec o n t r o ls y s t e m ) 也是引进芬 兰a b b 先进的控制系统a c 4 5 0 系列控制器。在整个生产过程控制中对上浆浓度采 用了传统的质量反馈控制和浓度前馈控制，测量机构采用了世界著名浓度分析仪 供应商b t g 公司的h e k 一2 3 0 0 的旋转式浓度分析仪，测量精度达到0 0 1 级，保证 了短循环系统内的浓度变化在可控制范围，避免了短循环系统内的浓度变化对成 纸质量有直接影响。为了更好控制上浆浓度和流浆箱布浆功能，在q c s ( q u a n t i t y c o n t r o ls y s t e m ) 控制过程中在流浆箱唇板上安装了3 6 个步进电机精确地调节唇 板每个位置的开度，保证了唇板每个开口度的喷浆料相对均匀一致；# 1 8 机卷烟纸 生产对打浆过程很注重，由于纸机车速较高，采用连续循环自动打浆控制和连续 自动配料控制，对打浆过程采用在线打浆仪d r t 一5 2 0 0 s b 进行全程跟踪打浆质 量，在线打浆仪d r t 一5 2 0 0 一s b 可与打浆盘磨功率实现闭环控制；及在网部使用 了可调刮水系统和网部无应力摇震装置，保证了生产过程浆料有很好的滤水性能； 为了避免短流程内浆料温度变化，在短流程内采用了自动温度控制系统，消除了 浆料的温度变化对纸页成形和浆料滤水性能的影响。# 1 8 机生产过程中的p h 值、 电导率如表2 2 1 所示，从表2 2 1 中可以看出p h 值、电导率变化不大，对生产 没有直接的影响，可以不作为主要因素来考虑。带电颗粒对湿都有一定的影响， 但在卷烟纸生产过程中带电颗粒不是最主要的矛盾，因此不作为此次研究的对象。 结合以上的分析和结合民丰# 1 8 机运行的几年以来的经验，浆料的灰份浓度和含量 对湿部稳定和纸页质量的影响很大，特别是在纸机工况不稳定时，网下白水浓度 变化较大，大部份白水又回到短流程中去，造成短流程内灰份浓度变化较大，e c s 灰份控制滞后，需在很长一段时间内才能调到位，严重时有可能造成q c s 灰份失 控；还有在纸机断纸时，因断纸时间长短不一，如果断纸时问较长，网下白水浓 度直接在短流程内循环，网下白水浓度变化较大，在此时q c s 灰份控制不起作用， 如果没有控制方法，对湿部的工况影响很大的，在断纸拉上纸的一段时间内，q c s 控制的滞后，在对此种情况q c s 的灰分控制在这段时间内显得有些无能为力，因 第8 页共5 7 页 而直接影响到成纸的质量。所以对断纸及断纸后拉上纸的一段时间内对网下自水 浓度和灰分必需进行控制。因此，用k a ja a n i r m i 在线留着率检测系统通过p i d 控 制方式来控制网下白水浓度来改善湿部工况是行之有效的一种方法。 表2 2 1 # 1 8 机生产过程中的p h 值、电导率表 时问p h 值电导率时间p h 值电导率 2 0 0 3 7 0 5 2 0 0 3 7 0 7 2 0 0 3 7 一0 9 2 0 0 3 7 1 0 2 0 0 3 7 1 1 2 0 0 3 7 1 4 2 0 0 3 7 2 2 2 0 0 3 7 2 4 2 0 0 3 7 26 2 0 0 3 7 2 9 2 0 0 3 7 3 0 2 0 0 3 8 一d 1 2d 0 3 8 0 2 2 0 0 3 8 0 5 7 5 0 7 6 0 7 7 5 7 6 6 7 7 0 7 6 0 7 7 8 7 5 5 7 8 8 7 6 9 7 5 8 7 6 9 7 7 3 7 4 8 1 2 0 1 1 2 1 1 1 2 2 3 1 2 0 3 1 2 3 0 1 1 9 5 1 2 3 6 1 2 0 6 1 2 1 9 1 1 8 7 1 1 9 8 1 2 0 ，4 1 2 2 5 1 1 9 5 2 0 0 3 8 0 7 2 0 0 3 8 0 9 2 0 0 3 8 2 2 2 0 d 3 8 2 6 2 0 0 3 8 2 8 2 0 0 3 8 3 0 2 0 0 3 9 1 1 2 0 0 3 9 一1 5 2 0 0 3 9 2 1 2 0 0 3 9 2 3 2 0 0 3 9 2 6 2 0 0 3 9 2 7 2 0 0 3 9 2 9 2 0 0 3 9 3 0 第9 页共5 7 页 7 7 5 7 6 6 7 7 0 7 6 0 7 7 8 7 5 5 7 8 8 7 6 9 7 5 8 7 6 9 7 7 3 7 4 8 7 6 6 7 7 0 1 2 1 1 1 2 2 3 1 2 0 3 1 2 3 o 1 1 9 5 1 2 3 6 1 2 0 6 1 1 9 5 1 2 3 6 1 2 0 6 1 2 1 9 1 1 8 7 1 1 9 8 1 2 0 4 第三章控制系统组成及功能 随着计算机技术和自动控制理论技术的发展以及计算机控制技术的推广和应 用，计算机过程控制广泛地应用于各种各样和行业，对现代化造纸行业也不例外。 在线留着率控制系统的组成与过程计算机控制系统组成一样，由被控制对象( 助 留剂流量) 、智能在线留着率检测装置、集成p i d 控制功能的控制器和执行装置组 成，如图3 0 。1 所示 一匦殛匾匿母圈一圆 图3 0 1 控制系统组成 第一节智能在线留着率检测装置组成及功能 智能在线留着率检测装置是m e t s o 公司提供的k a j a a a i r m l 分析仪，它是一 台能测量总浓度( t o t a lc o n s i s t e n c y ) 、填料浓度( f i l l e rc o n s i s t e n c y ) 、絮凝度 ( f l o c c u l a t i o n ) 、p h 值电导率( p h c o n d u c t i v i t y ) 、留着率( r e t e n t i o n ) 、温度 ( t e m p e r a t u r e ) 等湿部参数，通过对湿部参数的测量计算出纤维和灰分留着率的分析 仪器。它是一种模块化分析仪，可以根据需要适当地增加相应的模块， 它主要是由两部分组成：测量单元 ( m e a s u r i n gu n i t ) 和连接单元 ( c o n n e c t i o n su n i t ) 。u n i 0 、冲洗阀 ( f l u s h i n gv a l v e s ) 等部分组成如图3 1 1 所 示。 ( 一) 、测量单元( m e a s u r i n gu n i t ) ：主要 是测量纸机生产过程中湿部一些被控制 指标。测量单元的主要由电子电路单元 ( e l e c t r o n i c su n i t ) 、光学测量模块( o p t i c a l m o d u l e ) 、流量指示( f l o wi n d i c a t o r ) 、采样 泵( s a m p l ep u m p ) 和化学测量模块 ( c h e m i s t r ym o d u l e ) 等部分组成如图3 1 1 所示。 第1 0 页共5 7 页 图3 1 1 留着率检测装置组成 1 、电子电路单元( e l e c t r o n i c su n i 0 ：主要由i o 板( u ob o a r d ) 、p h 值，电导率放大板 ( p h c o n d ia m p l i f i e rb o a r d ) 、测量放大板( m e a s u r e m e n t a m p l i f i e rb o a r d ) 、通信板 ( c o m m u n i c a t i o nb o a r d ) 、r m i c p u 板( r m ic p u 3 0 0b o a r d ) 、步进电机驱动板( s t e p m o t o rd r i v e r ) 、r m i 连接板( r m ic o n n e c t i o nb o a r d ) 、电源等组成如图三所示； 1 ) i o 板( v ob o a r d ) 是模拟量输入、输出与数字量输入、输出控制板，它的作 用是r m ic p u 通过y o 板控制和监测各测量信号相关情况； 2 ) p h 值，电导率放大板( p h c o n d i a m p l i f i e r b o a r d ) 是湿部p h 值、温度、电 导率测量放大板，它的主要作用是负责对湿部p h 值、温度、电导率信号 进行采样，对采样信号进行量化、过滤、放大、输出到r m i c p u ： 3 ) 通信板( c o m m u n i c a t i o nb o a r d ) 是负责留着率测量装置与其它控制系统进行 通讯的功能，它含有符合r s - 4 8 5 通信协议的c o m m u n i c a t o r - i 、 m o d b u s - d c s 、m o d b u s - p c 、s e n s o r b u s 等通信接口； 4 ) r m ic p u 板( r m ic p u 3 0 0b o a r d 泡括中央处理单元( c p u ) 、内存储器 ( s r a m 、e p r o m ) 、r s 2 3 2 通信口、状态显示、复位开关和备用电池等， 是整个测量装置的核心部分，应用程序存储在e p r o m 内，测量装置是通 过执行存储c p u 中的程序来实现控制对湿部各梗l 量指标的数据采集、处 量与输出，同时协调其它设备的工作。 5 ) 步进电机驱动板( s t e pm o t o rd r i v e r ) 是连接r m ic p u 3 0 0 与光学测量模块的 步进电机，主要接收r m ic p u 3 0 0 发出控制脉冲，放大后输出给步进电机， 同时检测步时电机的工作状态反馈给r m c p u 3 0 0 ； 6 ) r m i 连接板( r m i c o n n e c t i o nb o a r d ) 提供了k a j a a n i r m l 分析仪内部之间及 与其它控制系统进行连接的输入、输出接口。 7 ) 电源主要负责将2 2 0 v 交流电压转换成- v 5 v 、+ 1 2 v 、+ 1 5 v 、一1 2 v 直流电压， 并供c p u 及各种模块工作电源； 2 、光学测量模块( o p t i c a lm o d u l e ) 包含有激光源( 1 a s e rs o u r c e ) 、氙光源( x e n o n s o u r c e ) 、测量室( m e a s u r e m e n tc e l l ) 、检测器( d e t e c t o r s ) 和电路部分( e l e c t r o n i c s c o m p o n e n t s ) 等。在测量过程中，激光源和氙光源交替发出一定波长的光，光通过 测量室前首先极化，测量液中的纤维素和填料使部分光去极化，同时也吸收散射光， 第1 1 页共5 7 页 测量室的另一侧由光束分离器将去极化光从极化光巾分离出来，检测器将检测到的 激光衰减和去极化强度的光学信号，将此信号送到r m ic p u 3 0 0 单元进行分析处 理得到所需的测量信号。 3 、流量指示( f l o wi n d i c a t o r ) 指示采样管里的流量，如果流量小于设定值，给r m i c p u 3 0 0 一个信号，通知r m i c p u 3 0 0 停止工作，并发出一个报警信号。 4 、采样泵( s a m p l ep u m p ) 主要负责将采样管的采样样品送到光学测量模块的化学测 量模块里，保证采样器里有足够的样品，从而测量结果的准确性。 5 、化学测量模块( c h e m i s t r ym o d u l e ) 它主要测量电导率、温度、p h 值等信号，将 测量信号送到p h 值，电导率放大板处理。 ( 二) 、连接单元主要由采样管连接接口( c o n n e c t o r s f o r s a m p l el i n e s ) 、水气连接接口 ( c o n n e c t o r sf o rw a t e ra n da i r ) 、电缆连接单元( c a b l e sc o n n e c t i o n s ) ； 1 ) 采样管连接接l z i ( c o n n e c t o r sf o rs a m p l el i n e s ) 用来连接采样管与采样泵； 2 ) 水气连接接e l ( c o n n e c t o r s f o rw a t e ra n da i r ) 用来连接稀释水、冲洗水、密封水、 仪表用气； 3 ) 电缆连接g 元( c a b l e sc o n n e c t i o n s ) 用来连接采样泵控制、释水阀、冲洗水阀、 密封水阀及其它工作电阀和各种测量信号输出到其它控制系统以及其它控制 系统对检测装景的联锁信号的输入接线； 第1 2 页共5 7 页 第二节控制器 留着率控制所用的控制器是我们纸机现有的d c s 控制器，此控制器是a b b 公司的a c 4 5 0 过程控制器，它由硬件和软件两部分组成； ( 一) 、硬件组成部分及功能 硬件主要由处理器模块p m 5 1 1 带1 6 m b 存储器( p r o c e s s o r m o d u l ep m 5 1 1 w i t h1 6 m br a m ) 、基本供电单元和开关单元( b a s i cp o w e r s u p p l y & s w i t c h u n i t s ) 、控制器内部电源分配( p o w e rd i s t r i b u t i o n ) 、a f l 0 0 现场总线通讯接口板 ( a f l 0 0c o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ) 、m b 3 0 0 通讯接口( m a s t e r b u s3 0 0 c o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ) 、远程y o 模块( r e m o t ei om o d u l e ) 等组成。 1 ) 处理器模块p m s l l 带1 6 m b 随机存储器和1 0 m bp c m c i a 闪存卡( p r o c e s s o r m o d u l ep m 5 1 1w i t h1 6 m br a n a n d1 0 m bp c m c n f l a s h c a r d 是用m o t o r o l a6 8 0 4 0 c p u 芯片，它是控制器的指挥中枢，按照我们根据工艺生产要求编写的控制程序 运行，向各控制设备发出控制信号，指挥各控制设备进行某种动作，指挥从存储 器的那些存储单元中取出所需数据或给那些存储单元传递数据，完成各种算术运 算和逻辑运算以及其它各操作如存储器与外围设备之间的数据交换等；1 6 m b 随机 存储器( 1 6 m br a m ) 用来程序运行时用作数据处理的暂存单元及堆栈，也存放 部分控制应用程序；1 0 m bp c m c i a 闪存卡用来存放a b b 公司提供的系统程序和 应用子程序及所有的控制程序。 2 ) 基本供电单元和开关单元( b a s i cp o w e rs u p p l y & s w i t c hu n i t s ) 负责将2 2 0 v 交 流电压转换成+ 5 v 、+ 1 2 v 、+ 2 4 、+ 1 5 v 、一5 v 、1 5 v 、一1 2 v 、一2 4 v 直流电压，负责 将2 2 0 v 交流电压转换成+ 5 v 、+ 1 2 v 、+ 1 5 v 、一1 2 v 直流，并提供各种模块工作电 源，以及各模块工作电源开关设景； 3 ) 控制器内部电源分配( p o w e rd i s t r i b u t i o n ) 负责控制器内部电源分配和控制器 内部降温保护设备的电源任务； 4 ) a f l 0 0 现场总线通讯接口板( a f l 0 0 c o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ) 负责控制器与 远程y o 之间的通信； 5 ) m b 3 0 0 通讯接口( m a s t e r b u s3 0 0c o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ) 负责控制器与人机 对话之间的通信； 第1 3 页共5 7 页 6 ) 远程i o 模块( r e m o t ei om o d u l e ) 用来连接现场仪表与控制之间的硬接点； 我们现在主要用的模块有a i s l 0 、a 0 8 1 0 、d 1 8 1 0 2 4 v c 、d 0 8 1 0 2 4 v c 四种模块； a 1 8 1 0 是8 路4 2 0 m a 模拟信号输人、分辨率为12 位带状态指示和e m c 保护兼 容h a r t 通信协议、输入阻抗大于2 3 0 n 小于2 7 5q 、d i n 安装方式的模块；a 0 8 1 0 是8 路4 2 0 m a 模拟信号输出、分辨率为1 4 位带状态指示和e m c 保护兼容h a r t 通讯协议、输出负载小于5 0 0 1 ) 、d i n 安装方式的模块；d 1 8 1 0 2 4 v c 是1 6 路2 4 v 数字信号输入、输入阻抗3 5 k f l 带状态指示和e m c 保护、光电隔离、上升沿触发 模块；d 0 8 1 0 2 4 v c 是1 6 路2 4 v 数字信号输出、输入阻抗小于0 4 q 带状态指示 和e m c 保护、光电隔离、上升沿触发模块。 ( 二) 、软件组成部分及功能 软件包括系统软件和应用软件，系统软件包含了逻辑控制及延时、顺序控 制、运算、二进制及模拟功能单元、阀门控制组启动功能单元、e x c o m 数据通 信、3 0 0 m