造纸DCS控制方案.pdf

造纸厂控制方案 造纸厂控制方案 目 录 目 录 一 蒸煮过程一 蒸煮过程 2 2 1 送液量的控制 2 2 蒸煮温度和压力控制 3 3 纸浆硬度控制 4 二 洗选过程二 洗选过程 4 4 1 黑液浓度控制 4 2 残碱量控制 4 3 稀释因子优化控制 5 三 打浆过程三 打浆过程 5 5 1 比能量控制 Specific Energy Control 5 2 游离度控制 8 3 配套设施的控制 9 四 造纸过程四 造纸过程 11 11 1 网前部 11 2 烘干部 13 五 碱回收过程五 碱回收过程 14 14 1 黑液蒸发过程 14 2 黑液燃烧过程 17 一 蒸煮过程一 蒸煮过程 蒸煮本身是一个复杂的化学和化工过程 基本操作一般包括装锅 送液 升温 保温 放汽和放锅等程序 各个过程又涉及很多蒸煮参数 由于蒸煮过 程中除木素的溶出外 还伴有纤维素和半纤维素的降解 后者将降低粗浆的得 率 影响粗浆的物理强度 如何控制脱木素速率与脱木素数量 在尽可能多地 溶出木素的同时 最大程度地保留纤维素 以保证粗浆的质量和得率是需首要 解决的控制问题 这就要求合理选择各个过程中的主要参数并进行调节 蒸煮过程的主要控制参数为粗浆的 Kappa 值 只要通过合理的控制可使 Kappa 值的标准偏差尽可能地减小 并将 Kappa 值的期望值即控制点提高 使 之尽可能接近工艺规定值 但是 间歇蒸煮过程是在高温高压密封的蒸煮器中 进行 不能中途对纸浆进行取样 从而不能在线直接测量纸浆 Kappa 值 只在 每锅结束时从锅内取样在实验室化验得到 这意味着 控制过程参数与控制效 果的检测之间存在很大的时延 用单纯的反馈控制是无法得到令人满意的控制 效果的 蒸煮过程是一个复杂的多相反应过程 主要影响因素在第一节已经分析 过 在这些影响因素中 除原料的种类和质量 蒸煮设备的类型和容积外 其 它因素都可以在生产过程中进行调节 在利用常规仪表的自动控制系统中 间 歇蒸煮过程常采用分头把关的原则调节好主要影响因素 稳定蒸煮条件 以期 望获得质量均匀的纸浆 蒸煮过程控制回路常包括 原料装锅量的控制 蒸煮 液浓度和流量的控制 假压控制 蒸煮温度 压力 和蒸煮时间的控制 kappa 值控制等 一般的控制方案均可采用常规 PID 策略 下面是一些特殊的控制方 案 1 送液量的控制送液量的控制 送液的主要任务是准确地向蒸煮器内输送一定浓度和组成的白液与黑液 根据原料绝干量 用碱量 液比和白液浓度便可确定所需输送的白液量和黑液 量 蒸煮液 白液和黑液浓度混合可采用双闭环比值调控系统 原理如图 1 1 白液流 量做主动量 黑液流量做从动量 流量调节一般不加微分调节 由此流量调节器选用 PI 调节规律 PID 黑 液 流 量 变 送 黑 液 调 节 阀黑 液 流 量 对 象蒸 煮 液 储 存 槽 白 液 流 量 对 象 白 液 调 节 阀PI 液位变送 白 液 流 量 变 送 白液槽 液位 黑液 图 1 1 蒸煮液浓度 流量比值调控系统 2 蒸煮温度和压力控制蒸煮温度和压力控制 图 1 2 是蒸球温度和压力的自动调节系统 蒸球 压 力 变 送 器 压 力 调 节 器 PI 温 度 变 送 器 温 度 调 节 器 PID 伺 服 放 大 器 蒸汽 调节阀 Smith补 偿 给 定 温 度 给 定 压 力 图 1 2 蒸球温度压力串级调控系统 为了提高对加热蒸汽压力波动的抗干扰能力与温度的跟踪性能 以及减小 温度滞后的影响 用常规仪表构成温度 压力串级控制系统 而温度控制系统 的给定值则由计算机根据工艺规定的曲线决定 温度调节为主回路 温度调节 器选用 PID 控制器 压力调节为副回路 副回路的引入完全是为了稳定温度这 个主参数 压力调节器选用 PI 控制器 不能引入微分作用 防止副调节器的输 入稍有变化就使执行器大幅度动作 对调节不利 蒸汽温度 压力相关调节保 证了蒸球内汽相压力与温度之间的关系符合饱和蒸汽的关系 即消除假压 保 证了蒸煮温度符合蒸煮曲线 3 纸浆硬度控制纸浆硬度控制 在纸浆蒸煮过程中 表征纸浆的质量指标为纸浆的硬度 目前还没有在线 直接测量纸浆硬度的方法 间接测量一个浆样的硬度需要较长时间 当测量结 果出来时蒸煮过程早已结束 其测量数据只有作为历史记录保存的价值 由于 闭环控制受到蒸煮工艺条件的制约 直接可控变量较少 只有温度和时间 传统蒸煮过程控制中前馈控制比反馈控制更可能在实际生产中应用成功 一种 常用的方案是用一个简单的动力学模型进行前馈控制 然后用反馈信息提供所 希望的稳定性 这就组成一个前馈 反馈控制系统 蒸煮模型蒸煮过程 用 碱 量 液 比 硫 化 度 有 效 碱 设定 硬度 设定硬度 实际硬度 实际H 因子 目标 H 因子 修正量 图 1 3 蒸煮前馈 反馈控制 二 洗选过程二 洗选过程 洗选过程的目的是把纸浆中的黑液分离出来 并使纤维细胞壁及细胞腔中的蒸 煮溶解物扩散出来 从而得到较洁净的纸浆 否则 会使筛选产生大量泡沫 影响正常的操作 会使漂白过多地消耗漂剂 对有化学药品回收的工厂来说 还会降低化学药品的回收率 纸浆洗涤过程控制在实践中积累了丰富的操作经验 也产生了多种多样的 控制方法 其中典型的过程控制系统主要有如下几种 黑液浓度控制 残碱量 控制 稀释因子优化控制 基于模型优化控制 多组分控制 1 黑液浓度控制黑液浓度控制 这是最基本的自动洗浆控制系统 其控制指标是首段洗浆机黑液槽中黑液浓 度 操作者通过调节洗涤液流量来把黑液浓度控制在设定范围内 在这种控制 系统中 一般未设有残碱量测量手段 因此 残碱量波动很大 残碱损失严重 目前国内的纸浆洗涤过程控制系统多数属于此类 2 残碱量控制残碱量控制 针对黑液浓度控制系统中存在的残碱量波动大的缺点 设计实施了残碱量控制 系统 该系统由三部分组成 a 每段洗浆机动态参数的连续测量 b 在 线计算残碱量模块 c 维持目标残碱量控制系统 其中 a b 两部分构成 了残碱量预测器 它能接收洗浆过程中数据信号 连续预测残碱量 而无需人 工采样或离线处理 应用计算机技术的残碱量控制系统与黑液浓度控制系统相比具有明显的优点 a 大大减少残碱量 b 避免了由于黑液固形物残余而引起衬板纸机中的 破裂强度损失 c 在纸机中减少增亮仪器使用率 d 蒸发工段减少耗汽 量 3 稀释因子优化控制稀释因子优化控制 对于任何给定的洗涤系统 都存在一个最优的稀释因子 Dilution Factor 以下简称 DF 当 DF 小于最优值时 送往漂白工段的溶解固形物残余量大 二次处理费用高 当 DF 大于最优值时 蒸发费用大大提高 DF 优化控制的 主要目的 是通过有效利用洗涤水 降低操作费用 使 DF 维持在最优值上 基于微机的 DF 优化控制系统将 DF 设定在最优点上 当进浆流量增加而 进浆浓度不变时 增加洗涤流量 保持 DF 最优 相反地 如果进浆浓度降低 而进浆流量不变 则洗涤流量自动减少 这种控制策略是前馈的 因为洗涤流 量是根据进浆流量和进浆浓度这两个输入变量的变化而进行相应调整 另外 在 DF 与洗涤流量之间实现串级控制 DF 优化控制的最大优点 降低平均 DF 增加溶解固形物回收 而且系统结 构简单 易于实现 该控制系统的不足之处是假设了洗后纸浆浓度为常数 实 际上洗后纸浆浓度具有一定的波动性 因此 洗涤流量的计算值常常使 DF 偏 离最优点 三 打浆过程三 打浆过程 传统的打浆工艺是用人工的方法控制磨盘机的工作电流 随时调整磨盘动刀对 定刀的间隙量 再辅助调节进出口阀门用以改变纸浆在盘磨中的停留时间 以 此来操作生产 并视打浆度 SR 情况再决定调整与否 由于影响盘磨机工作的 因素很多 如浆流量 浆浓度 供电网电压等 因此人工控制所造成的偏差值 较大 使打浆质量较大程度地受到局限 同时人工控制不可避免地存在不合理 能耗和设备负荷不均衡的缺陷 打浆过程控制能减小纸浆游离度标准差 提高产量 降低能耗 打浆控制系统 大致可分为两种 即比能量控制 游离度控制 1 比能量控制 比能量控制 Specific Energy Control 这里指的是一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 三种 自动功率控制自动功率控制 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 功率控制主要通过盘磨机的进退刀机构调整磨盘间 距来实现 进刀则间距减小 磨盘与浆的摩擦力增大 所需磨浆功率随之增大 退刀则间距增大 磨盘与浆的摩擦力减小 所需磨浆功率随之减小 如图 3 1 所示 盘磨机功率控制器接受操作人员给出的设定值 它以盘磨 的间距为被控变量 而纸浆流量 纸浆浓度和纸浆硬度等为扰动量 通过动刀 磨盘的进退 使盘磨机的工作状态保持在给定功率值 图 3 1 自动功率控制 这种控制方式适用于纸浆浓度和流量较稳定的情形 所以需要先从工艺上或用 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 温差控制 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 T 主电机驱动功率为反馈 信号 控制器调整磨盘间隙以维持纸浆温升恒定 如图 3 2 所示 图 3 2 温差控制 这种方式的主要优点是对浆流量一定范围内的变化能够做出响应 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 3 hpd t 控制控制 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 hpd t 计 算式如下 hpd t P P0 F C 式中浆浓为 C 浆流量为 F 主电机功率为 P 主电机空载功率为 P0 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 hpd t 控制 hpd 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 由于采用流量和浓度信号输入 控制精度得到提高 它对工艺条件的要求低于前面两种控制方式 为了得到更好的控制效果 实际 应用中也可以将它与自动功率组成串级控制 如图 3 3 图 3 3 hpd t 与功率串级控制 上述三种方式都是选择某一间接物理量作为控制目标 就稳定打浆质量和改善 打浆机的可操作性而言 已经能够取得一定效果 由于比能量只能间接 粗略地反映打浆过程 它无法补偿原料物性的变化和磨 盘刀具磨损对打浆性质的影响 因此 从原理上说 它只是一类比较初级的打 浆过程控制方案 虽然 这类方案的缺陷往往试图以离线打浆度和湿重测量来 弥补 但离线测量人为因素影响大 时间滞后大 所取试样也很难准确反映纸 浆的真实情况 因此 靠离线测量值修正比能量设定值的方法并不能从根本上 改变比能量控制的被动局面 2 游离度控制游离度控制 为了克服比能量控制不能补偿原料物性变化的不足 出现了游离度控制 以游离度测量仪在线测量纸浆游离度 根据测量值与游离度设定值的偏差来调 整磨盘间隙 使纸浆质量稳定 它对比能量控制的反馈信号作了改进 以游离 度信号取代打浆机电机功率信号 是打浆质量控制系统 尽管游离度已实现了在线测量 由于测量机理等原因 测量频率仍只达到 数分钟一次 因此 游离度控制通常与比能量控制相结合 组成串级控制 游 离度控制作为主回路给定比能量设定值 由比能量控制副回路去调整磨盘间 隙 故又称为游离度 比能量控制 图 3 4 为游离度和自动功率控制结合的串 级控制图 图 3 4 游离度和功率串级控制 3 配套设施的控制配套设施的控制 在打浆过程中 为了实现打浆过程的均匀 需要对进浆浓度和流量进行控 制 低浓打浆 低浓打浆 低浓打浆过程中 进浆浓度可通过调节原浆池出口的清水阀开度来实现 对于浆流量 可以控制磨浆机的进浆量 也可以控制其出浆量 前一种方法往 往会引入空气 引起磨浆机的负荷不足 降低打浆效率 故生产中多采用后一 种方式 出浆量通过对盘磨机出口流量调节阀的控制来实现 图 3 5 所示 上 述控制器可采用常规的 PI 控制器 控制器参数可在现场整定得到 由于浓度 流量 功率调节时存在一定的耦合问题 根据工艺要求 在生 产时一般先投浓度控制 再投流量控制 最后投功率控制 图 3 5 低浓打浆的进浆浓度和流量控制 高浓打浆 高浓打浆 高浓打浆过程由于多了浓缩机环节 进浆量由高浓浓缩机转速决定 还必 须保证浓缩机内的浆位和进浆浓度基本不变 故需要对原浆池出口浓度 浓缩 机的进浆浓度 浆位 转速进行控制 此外还要根据低浓磨浆生产的要求对高 浓成浆池出口浓度进行控制 这其中 原浆池和成浆池出口浓度控制通过调节相应出口的稀释水阀门开 度实现 如图 3 6 所示 浓缩机进浆浓度通过调节高位箱出浆阀或白水池左 出口水阀开度实现 如图 3 7 所示 浓缩机浆位控制则通过调节其进浆阀门 开度实现 如图 3 8 所示 浓缩机转速控制通过改变送给变频调速机的控制 信号来实现 如图 3 8 所示 图 3 6 原浆池和成浆池出口浆浓度控制 图 3 7 浓缩机进浆浓度控制 图 3 8 浓缩机浆位和转速控制 上述控制器可采用常规的 PI 控制器 控制器参数可在现场整定得到 由 于浓缩机的进浆浓度 浆位和转速调节时存在一定的耦合问题 根据工艺要求 在生产时一般先投转速控制 再投浆位控制 最后投浓度控制 四 造纸过程四 造纸过程 1 网前部网前部 目前在网前部的控制中 使用最广泛的仍是前馈 反馈控制 对于可测不可 控的各种扰动 一般作为前馈补偿信号 对于不可测不可控的各种扰动 一般 设计扰动观测器 用观测器的输出信号作为前馈补偿信号 调浆箱前的纸浆浓 度 纸浆湿重 纸浆打浆度 网前箱的白水浓度等 都是不容易控制 但对纸 张定量和水分影响很大的外界扰动 都可以被当作前馈补偿信号 状态反馈是网前部控制器设计的主要部分 在网前部控制系统中 采用串 级控制的方法在大多数情况下仍可以得到满意的效果 状态反馈设计方法中应 用最多的是目标传递函数法 状态空间极点配置法和最优控制法 在常规控制中最值得一提的是 PID 控制 PID 控制只需调整三个参数 并 且可以在过程建模不准确的前提下 通过试凑的方法整定控制器参数 通过仔 细调节 PID 控制器的参数 可以满足多数控制性能的要求 基本 PID 控制器的 传递函数为SKsKKsC dip 其适用方法是根据实际控制系统的特性 确定 d K i K p K 使系统的控制性能最好 即在超调量尽量小的条件下调整 时间最短 由于网前部测量量中通常含有各种各样的随机噪声 因此较多使用 的还是 PI 控制 而不是 PID 控制 下面是一个应用的例子 对于滞后时间常数 在5 120s和T 在5 120s 内变化 给出了一个确定 p K和 i K的 经 验 公 式 kKp 5 0 5 0T K K p i 对 于 网 前 部 模 型 s e s sG 20 110 5 0 根据经验公式得出控制器参数为 p K 1 i K 1 15 系统 图如图 4 1 单位阶跃响应如图 4 2 图 4 1 系统结构图 图 4 2 单位阶跃响应图 解耦控制是网前箱控制中必不可少的一个部分 常规的解耦手段一般采 用零极点配置方法 将控制对象看成是一个线性非时变对象 整个控制系统如 图 4 3 图 4 3 控制系统框图 在上图中采用的是状态反馈解耦零极点配置方法 它在使用之前 必须 可以得到系统的状态量 如果无法直接得到 则要设计状态观测器 下面的讨 论假定系统状态已经可以得到 解耦控制需要确定的两个问题是 1 能否解耦 2 确定解耦控制率和 解耦系统的结构 第一个问题可以通过判定如下矩阵的奇异性来进行 0detdet 2 1 2 1 BAc BAc BAc E m d m d d 上式中 i c为输出矩阵C中的第i行向量 m为矩阵A的维数 i d是满足 不等式 0 BAc l i 1 1 0 ml 且介于0到1 m之间的最小整数 第二个问题的解决分两步进行 第一步设计状态反馈阵和输入变换阵 把系统 化为积分型解耦形式 第二步对各独立子系统采用附加状态反馈 将其极点配 置为期望值 第一步中用到的状态反馈阵为 1 EKL 输入变换阵为 1 EF 上两式中 1 1 2 1 1 2 1 m d m d d Ac Ac Ac L 经上述变换后 系统传递函数阵变为 1 1 1 1 1 0 1 0 1 2 1 m d d d FK s s s BFBKAsICsW 将系统化为能解耦标准型 CBA 其中 mm p p A A A 11 0 0 mm p p b b B 11 0 0 1 1 0 0 1 m C C C 最后根据现代控制理论对所得到的系统进行零极点配置 根据上述理论所得到的算法 将其应用于网前部 首先无论是何种模型 都要 将其转化为线性模型 这样一来 就造成了模型的误差 表现在实际的系统中 往往造成控制效果不佳 这些问题将在高级控制策略中加以解决 2 烘干部烘干部 对于烘干部的控制 主要是烘缸表温控制与成纸水分控制 烘缸表温对象 的容量滞后很大 而控制要求又相当高 最大偏差不允许超过 1 C 对于这样 的控制对象和控制要求 常规控制方法无法胜任 通过扰动来源分析 了解到 扰动主要来自两个方面 首先是过热蒸汽的压力和温度 其次是纸幅的水分和 厚度 这样可确定选择前馈 状态反馈控制方案 图 4 4 单变量前馈 状态反馈 图 4 5 多变量前馈 状态反馈 控制系统框图 控制系统方块图 图4 4与图4 5分别给出了单变量前馈 状态反馈和多变量前馈 状态反 馈控制系统框图 可以看到 两图的主要不同之处在于在前者中作为状态变量 的过热蒸汽压力在后者中以前馈扰动的形式出现 对这两个系统的设计与控制 实施情况类似 以后者为例 sGP sG0 sGFi sGF分别为蒸汽压力通道 温度通道 前馈通道 和阀前压力通道的传递函数 sI sP sP1 sT sTR为调节器输出 蒸汽压力 阀前压力 烘缸表面温度和过热蒸汽温度的拉氏变换 通过对象特性的测试和处理 可求得整个控制对象的传递函数为 110148 48 065 1 0 ss sGsGsG P 用机理分析方法推导出前馈通道的动态特性 可分别获得过热蒸汽温度 烘缸温度通道与过热蒸汽压力 烘缸温度通道的传递函数为 16 42 0636 0 1 s sGF 16 42 395 0 2 s sGF 分别假设过热蒸汽温度和过热蒸汽压力单独作用 而其他干扰为零 可分 别获得两条通道与输出的关系式 根据不变性原理 并通过简化处理 可获得 动态前馈补偿器的传递函数为 11008 0 1 ssGFF 1105 0 2 ssGFF 如果只考虑静态补偿 可获得静态前馈补偿器08 0 1 FF K 5 0 2 FF K 反馈通道的设计可采用线性二次型最优控制器设计 也可采用状态反馈控 制的设计 其控制系统方框图如图 4 6 所示 分别获得最优调节器 00 175 8670 16 K 或状态调节器 14 329752 h 图 4 6 状态反馈控制系统方框图 由图 4 5 可以看出 三个最优状态反馈系数 3 2 1 KKK或 321 hhh的实施 非常 方便 用状态反馈和最优控制方法得到的调节器 都是最优调节器 它们结构 完全相同 参数基本一致 效果也是几乎相似 烘缸表面温度前馈 反馈控制 系统投入运行以后 经过一段时间运行 得到了相当满意的控制效果 断纸次 数明显减少 一级品率大大提高 实现了纸张的水分 卡边 控制 纸机开车 时间大幅度缩短 五 碱回收过程五 碱回收过程 1 黑液蒸发过程黑液蒸发过程 黑液蒸发系统控制的难点主要集中体现在被控对象的复杂性 严重非线性 和大时滞三个方面 复杂性 黑液蒸发一般由四效或五效蒸发器组成 每效蒸发器又存在蒸 汽动态 黑液动态和传热动态等过程 如果要较为详细地描述一效蒸发器的动 态过程 需要6 7个非线性微分方程表示 但由于各效之间存在复杂的耦合 因此多效蒸发器的动态不等于几个单效蒸发器的串联组合 一个实用的多效蒸 发系统动态模型往往需要几十阶的非线性方程组来描述 而该方程组同时存在 复杂的非线性约束 对于这样的复杂系统 无论建模还是控制都存在很大的困 难 非线性 虽然实际过程大多存在或多或少的非线性因素 但蒸发过程所 包含的非线性更为严重 蒸发器内部管道有时出现的液柱脉动及出效黑液浓度 和流量有时发生的振荡现象等都是线性模型所无法解释的 如果蒸发系统内部 出现非线性振荡 采用线性调节理论不但很难消除振荡 而且可能会使情况进 一步恶化 造成蒸发系统的损坏 大时滞 由于黑液蒸发器各效之间存在相互耦合和相互影响 而蒸发器 本身的设备管道容量大 在系统的一端某个物理量发生变化后 系统的另一端 常常要在30分钟之后才能做出反应 因此 系统进效流量或加热蒸汽压力的 任何补偿调节要得到校正 往往需要半小时以后才能从系统出效黑液浓度或流 量的变化信息得到反馈 系统参数检测的困难 黑液蒸发过程的几个关键参数黑液浓度和粘度以 及蒸发器传热系数等是很难在线实时测量的 即使可以测量 也往往有较大的 时滞 因此 这就需要我们开发新的测量仪器或开发基于软测量技术的软仪表 常规控制策略主要包括有 单纯反馈控制 串级控制 前馈 反馈控制 比值控制等控制方法 常规控制策略通常采用不同形式的PID控制律 据统计 大多数工业控制回路 超过90 仍依赖不同形式的PID控制器 主要原因是 PI及PID控制器已足够应付2 1阶系统 许多工业问题比较简单 过程控制 精度要求亦不太高 另一个原因是PID控制器非常有效且具有很强的鲁棒性和 适应性特征 对单回路过程 一个PID控制器囊括了系统的主要信息 以前 现在 将来 其配置几乎最优 因此得到了广泛的应用 对蒸发过程进行严格的控制从经济效益的角度来考虑是非常必要的 因为 浓黑液浓度太低 直接导致燃油消耗增加 运行成本上升 甚至可能导致黑液 无法燃烧 反过来如果黑液浓度过高 由于黑液粘度增大 流动困难 除增加 动力消耗外 更为严重的是 加剧了蒸发设备的结垢速度 因此 蒸发控制系 统的首要任务是将输出黑液浓度控制在最优值附近 单纯反馈控制 适用于无特殊要求的一般控制回路 在蒸发系统中 一效 的蒸汽压力和三效的稀黑液流量是蒸发系统的主要输入变量 直接影响到出效 黑液的浓度和产量 因此为了稳定和优化整个蒸发过程的工艺运行 分别对进 三效的稀黑液流量 进一效的蒸汽压力组成反馈回路 控制进效黑液流量的稳 定和蒸汽压力的平稳 同时考虑冷凝水对系统蒸发的影响 可以增加一个单回 路 对冷凝水流量实现单纯反馈控制 建立冷却水排出温度的调节回路 控制 器一般采用PI控制规律 控制原理图可见图4 2 1 比值控制 采用调节蒸汽供给的手段 使进效蒸汽流量和黑液流量保持在 预定的比值上 这个比值可以依据经验数据和黑液沸点上升值确定 开环比值控制 以黑液为主流量 主动物料 蒸汽流量为副流量 随黑液流量变化而变化 根据经验和沸点上升值设定比值系数 在开环控制中 控制器只起比值器的作用 因此可以用比值器代替 由于副流量无反馈校正 本身无抗干扰的能力 因此需要空气流量比较平稳且流量比值要求不高 图5 1 给出了其示意图 控制器 控制阀对象 测量变送 黑液流量 空气流量 图 4 2 2 开环比值控制框图 图 5 1 黑液蒸发反馈控制示意图 单闭环比值控制 为克服开环比值控制的弱点 在副对象即空气流量 处引入一个闭合回路 流量控制器采用PI作用 来消除余差 这样的控制方 案简单 实现方便 然而 两物料的比值虽然保持一定 但由于黑液流量可变 所以进入的总物料不固定 这样直接去蒸发器是不太合适的 负荷的波动会给 反应过程带来一定的影响 有可能使整个蒸发器的热平衡遭到破坏 甚至造成 严重的事故 其控制示意图参见图5 2 双闭环比值控制 为使黑液流量和空气流量的比值恒定 又能使进入 系统的总负荷平稳 在单闭环比值控制的基础上采用双闭环比值控制 双闭环 控制可以克服各自的外界干扰 使黑液流量和空气流量都比较平稳 这样 系 统的热负荷也是平稳的 控制器采用PI控制规律 其控制框图见图5 3 变比值控制 流量间实现一定比例的目的仅仅是保证产品质量的一种 手段 而定比值控制的各种方案只考虑如何来实现这种比值关系 而没有考虑 成比例的两种料混合或反应后最终质量是否符合工艺要求 因此 从最终质量 看定比值方案 系统是开环的 当系统中存在黑液和空气流量以外的干扰时 比 如蒸发器传热系数的缓时变 原来设定的比值器参数不能保证最优的控制效 果 所以 引进变比值控制系统 其中比值系数的设定可以根据工艺条件等改 变 变比值控制结构上是串级控制系统 控制器一般均采用PI控制规律 其 原理图参见图5 4 控制器 控制阀对象 测量变送 黑液流量 空气流量 图 5 2 单闭环比值控制框图 比值器 测量变送 控制器 1控制阀对象 测量变送 空气流量 对象 黑液流量 控制器 2控制阀 测量变送 图 5 3 双闭环环比值控制框图 比值器 前馈加反馈控制 适用于干扰特性已知的控制回路 分为静态前馈加PI 反馈和动态前馈加PI反馈 以蒸汽压力作为调节手段 对进效黑液流量的扰 动进行前馈消除 又以出效浓黑液的浓度测量值进行反馈控制 这是目前采用 较多的控制方案 能消除