控制实训论文

1、 TOC o 1-5 h z 0.引言 一 1一 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 流浆箱的作用 - 1- HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 流浆箱的基本结构组成-1- HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 流浆箱的发展历程-1- HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 流浆箱的设计要求 -2- HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 几种典型的流浆箱的简介： -

2、3- HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 5.1 敞开式流浆箱 -3- HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 5.2气垫式流浆箱-4- HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 5.2.1主要结构-4- HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 5.2.2运行原理-5- HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 气垫式流浆箱控制系统 -5-6.2控制方案详解-6-1总压头控制-

3、6-6.2.2浆位控制-7-6.2.3.总压、浆位解耦控制 -7- HYPERLINK l bookmark103 o Current Document 控制系统配置：-8- HYPERLINK l bookmark107 o Current Document 流浆箱总压头控制设备-8-LIC-101 :流浆箱液位控制 -10-控制柜-10- HYPERLINK l bookmark120 o Current Document 控制效果分析 -11-实训总结-11-参考文献 -12-流浆箱控制系统0.引言流浆箱是造纸机上的纸浆上网装置，是连接备浆流送系统和纸页成形部得关键设备 1,流浆箱的作用

4、是将进浆管内的浆料转变为均一的、布满纸机全幅的薄层浆流，而且 要求这些纤维悬浮液不产生絮聚和浆道，均匀而稳定地流送和喷布到成形网上，从而抄造 出定量一致、纤维组织均匀的优质纸页。流浆箱的结构性能和流浆箱的控制系统性能对纸页的形成和纸张的质量有着决定性 的作用。典型的流浆箱系统是由冲浆泵、进浆管道和流浆箱本身等组成，设备较少，控制量也 不多，但在整个抄纸过程中的作用不容忽视。在现在应用越来越多的高速纸机上，流浆箱 系统更是关键所在。流浆箱机械本身的设计制造和控制系统方案的选择和实施决定了流浆 箱系统，甚至决定了整个抄纸过程的正常生产和最终产品的质量。流浆箱的作用作为造纸机的关键部分，流浆箱的基本

5、任务是，为纸页成形提供良好的前提条件 即沿着造纸机横幅方向均匀的分布纸料，保证压力均布、速度均布、流量均布、浓 度均布以及纤维的定向的可控性和均匀性，有效地分散纤维，防止纤维絮聚,并按照工艺要 求提供持续稳定的上浆压头和浆网速比.流浆箱的基本结构组成流浆箱由布浆器（纸浆的分布装置）、堰池（纸浆的整流装置）、堰板（上网装置）等 三个主要部分组成。任何一种形式流浆箱的功能都是由布浆器、整流部、纸料上网装置这 三大部分具体承担、相互协调实现的，这三大部分的功能分别为：布浆器：根据流体动力学原理，利用有规律的变截面，将上网纸料沿着造纸机的幅宽 方向以一定的压力、速度、流量均匀分布。整流部：利用整流元件

6、和湍流发生器产生适当规模和强度的湍动，有效的分散纤维， 防止纤维絮聚，尽可能保持纤维的无定向排列，使上网纸料流中的纤维处于均匀分散状态。纸料上网装置：使纸料均匀地、以一定角度和喷浆速度喷射到网上的预定着网点，并 提供纸机幅宽方向的定量、水分的微细调节和浆流的湍动、絮聚规模的控制调节，以保证 获得所需求质量的纸页。流浆箱的发展历程流浆箱不管其结构如何都是通过完成纸浆流送和均匀分布并喷到网案上的过程来实 现其作用的，应用的区别在于完成流送过程的效果质量以及能适应的车速、纸种的不同。随着造纸机车速的提高，随着人们对流浆箱的不断研究，各种各样的流浆箱被相继的设计 制造出来。流浆箱是随着长网纸机的出现而

7、问世的，第一台流浆箱是1804年Four-drinier发明 了长网造纸机后产生的，为最早的敞开式流浆箱。之后，流浆箱的改革经历了以下历程:1）敞开式流浆箱。其特点是结构简单，用调箱内液位的高低来控制上网的浆速。目 前仍用于车速低于250/min的低速造纸机上。敞开式流浆箱经历了三个重要的发展阶段： 翻浆隔板是敞开式流浆箱、匀浆辊敞开式流浆箱（可产生浆流湍动，有助于纸页成形）、 阶梯扩散器敞开式流浆箱（可产生高强微湍动，有效防止纤维絮聚）。2）气垫式流浆箱。1945年出现，其特点是堰池是封闭的，上浆压力可以采通过气垫 来调解并可以消除微小的压力波动。适用于中高速造纸。3）满流式流浆箱。又称敛流

8、式流浆箱，其特点是浆流充满较小的箱体，配有用于产 生高强微湍动的整流元件，能确保纤维分散，无转动的部分，靠上浆泵或高位箱的压力来 产生上浆压力。适用于高速长网纸机、夹网纸机，也可用于圆网造纸机。4）满流气垫结合式流浆箱。1960年至1980年期间出现，其特点是综合了气垫式流 浆箱和满流式流浆箱的优点，消除了滴流式流浆箱无回流、不能消除气泡的缺点，适用于 高速长网造纸机，夹网纸机。5）水力式流浆箱。1980年至2000年期间出现。其特点是采用高效水力布浆整流元 件、重视稳浆室的作用、采用狭长流道以产生可控的微细湍流、一次布浆整流、采用稀释 水浓度控制技术。适用于新开发的高速夹网纸机。6）多层成形

9、流浆箱或多流道流浆箱。1977年出现。其特点是可以实现优化浆料配置 和纸页性质。已从单一的纸板品种逐步扩张到薄页纸、卫生纸的生产中。4.流浆箱的设计要求通常因为流浆箱的设计制造或控制不合理会对抄造出的纸页产生以下的影响：1）成纸匀度不良，这是由于纤维絮聚引起；2）纸幅定量不均匀，由于上网浆流速度不一致产生的；3）纸页上有空洞，由于流浆箱内挂浆而造成的。因此，对流浆箱的设计提出以下几点要求：1）沿着纸机横幅全宽均匀地分布浆料。要求上网的纸浆沿着纸机的横幅全宽形成一 个截面为矩形的纸浆流，并且沿着矩形横截面的全宽和全高各点的速度和湍动的分布是均 匀一致的。上网的纸浆流必须是稳定的，没有扰动、横流和

10、大的涡流。2）有效地分散纤维，防止纤维絮聚。要求上网的纸机必须是均匀分散的纤维悬浮液， 并且尽可能的保险好纸浆流中的纤维无定向排列的现象。3）按照工艺要求，保证浆速于网速相适应的协调关系，并且要便于控制和调节。4）各流道要平滑，避免在流送过程中，纸浆可能发生挂浆现象，并且便于清洗。5）在结构上，应有足够的刚度，并在充分满足工艺要求的情况下，尽量做到结构简单、制作容易、操作、维修方便。几种典型的流浆箱的简介：在制浆造纸技术的长期发展过程中，出现过很多的流浆箱类型，为了区分，流浆箱按 结构可分为以下四类，敞开式、气垫式（封闭式）、水力式（满流式）、满流气垫结合式。5.1敞开式流浆箱敞开式流浆箱又叫

11、开启式流浆箱，流浆箱箱体上部没有密封，直接面对大气，所以上 网浆速由流浆箱内纸浆的液位高度决定。在箱体内部采用溢流装置把浆料上面的气泡和浮 浆以及其他轻质杂质除去，并且溢流装置对液位也有一定的调节作用。这种流浆箱早期比 较常用，现在在一一些低速纸机上还有应用，其大致结构如图11 一种用于高速纸机上的开启式流浆箱简图支管布浆器节流扩散管道山形部匀浆辊分流板隔板泄流板溢流板唇板调节机构唇板胸辊可调节支柱滑轨快速放浆阀敞开式流浆箱的控制参数只有浆料的液位。对于这个单输入单输出系统，控制方案比 较简单，一般通过以下两种方法进行控制：一种是由冲浆泵浆浆料送到流浆箱上方的稳浆 室

12、内，调整的方法是在进流浆箱前的管道上安装一个阀门控制旁流量，通过改变进入流浆 箱内的浆料的流量，进而调整液位。但是由于需要电机全速运转，一部分浆料回流到白水 槽而没有进入流浆箱内，造成了电能的浪费。另一种方案是由冲浆泵直接将浆料泵送到流 浆箱内，流浆箱内液位调整和稳定由改变冲浆泵的进浆量来实现。这样不会产生电能浪费， 但是需要添加电机调速设备-一通常是变频器，这种方法同样很简单，特别是由于一般变 频器内置PID控制功能，需要投入自动控制时，可以不用加PLC或调节器，直接采用变频 器进行调整。敞开式流浆箱控制原理框图如图2所示：图2敞开式流浆箱控制原理框图5.2气垫式流浆箱实践证明，对于敞开式和

13、气垫式流浆箱，根据结构尺寸的不同，最佳工作浆位一般 是3040cm，及高出匀浆辊上表面35cm。对于敞开式流浆箱，将为随着车速的变化而 变化，所以车速使用范围比较窄，一般在140190m/min。对于普通敞开式流浆箱而言, 由于其结构的特点（例如箱体的高度，匀浆辊的位置等），车速的调整范围受到一定的限制。 当造纸机的车速高于250m/min时，一般采用气垫式流浆箱，因为敞开式流浆箱如果要提 高喷浆压头就需要箱内保持更高的液位，也就是说箱体要做的更高。一旦箱内液位变高了， 就会产生絮聚，匀浆效果就很难达到要求。其次，当车速过低时，敞开式流浆箱内的液位 又过低（低于匀浆辊中心线时），同样的匀浆效果

14、也变得不好。总而言之，当纸机的干燥能力得以增强而需进一步提高车速;或者在生产高定量纸种 时，因受到干燥能力限制而需大大降低车速时，则需用气垫式压力流浆箱来保证良好的上 网条件。本次实训将以气垫式为主要研究对象，做以相关研究。气垫式流浆箱结构简图如图3所示：5.2.1主要结构锥形进浆总管图3气垫是流浆箱结构简图胸辊基本配制有方锥管、阶梯孔板布浆器、双匀浆辊、液位控制装置（可根据用户要求设 置液位差压控制装置）、前墙溢流装置、方锥管回流口、上下可调节的垂直小唇板、唇板 转轴、微调机构及压力平衡管等。5.2.2运行原理浆料从传动侧进入方锥管，通过阶梯扩散器产生合理微湍动后进入箱体，由匀浆辊进 行衰减

15、，使浆流更加均匀。为避免将气泡带上网案，保证浆速稳定，箱体配有不锈钢喷雾 管和前墙溢流槽。上唇板可前后、上下移动，得到不同的唇口开度和适当的着网点位置。 唇口采用垂直小唇板，并配有微调仪表，可根据纸张的横幅定量作微调节。均匀分布的浆 流最终经刚性唇口上网。根据纸机工作车速的要求，通过调节箱体上方的气垫压力来调节 压头，配套DCS电动控制系统，实现浆速和车速自动监控调整。箱体内压力由罗茨风机， 在控制回路的作用下维持恒定。此外，通过抽负压技术，此类流浆箱也可应用于车速要求极低的情况。气垫式流浆箱控制系统由于高速纸机具有纸浆流量大、流速快、手工操作控制精度低、难度大的缺点，因此 气垫式流浆箱都配置

16、自动控制系统。其控制系统的主要控制参数有：网速、总压和液位。 网速控制是为了获得稳定的浆网速比以提高纸张质量；总压控制是为了获得均匀的上网浆 流速/量；液位控制是为了获得适当的纸浆流域以减少横流和浓度变化，产生和保持可控 的湍流以限制纤维絮。6.1控制方案本次所做的流浆箱控制系统只针对液位和总压进行控制。气垫是流浆箱控制原理框 图如图4所示：图4流浆箱控制系控制原理框图统控制方案图如下图5所示:图5流浆箱控制系统工艺流程简图6.2控制方案详解6.2. 1总压头控制在气垫式流浆箱中，P = P+H,其中，P为总压头，P为气垫压力，H为浆位。通过 改变P来稳定H,总压头控制着流浆箱的喷浆速度，它由

17、上浆泵的转速来调节，总压头 的稳定与否对纸张纵向定量有较大的影响，必须保证总压控制回路工作在最佳状态。1）总压头检测：利用智能压力变送器PIC101检测总压头，PIC101安装在流浆箱操作侧两匀浆辊 中间的侧墙上。压力变送器的测量范围为040KPa（可根据实际情况进行调整），输出电 信号为420mA DC。2）总压头设定：总压头设定值Ps有两种设定方法，一是在总压头调节器上直接设定（给定值）；二是 在工控机上输入网速w和浆网速比a s，计算机根据公式Ps=KX（a sXW） 2计算确定， 通过通信接口送给总压头调节器。3）总压头控制：计算机根据总压头的设定值、实测值及总压头与浆位之间的耦合关系

18、，经过相应的控 制处理后，给出控制信号（420mADC），通过上浆泵变频器控制上浆泵的转速，若总压头 的实际值低于给定值，则增大上浆泵的转速，反之，则减小上浆泵的转速，直至总压头达 到设定值。上浆泵也可手动控制，即在人机界面上将对变频器的输出置于“手动”位置， 直接控制上浆泵的转速。4）浆速/网速比控制：纸页在纵横方向的组成是否一致，与纸浆在流浆箱唇口的喷浆速度和网速的关系十分 密切，而流浆箱总压又决定了纸浆的喷浆速度，其关系为a =J/W=602gP/V其中P为 总压头，W为网速，a为浆速网速比，在实际使用时，由于唇板开流浆箱形状等各不相同， a的设定值a s值亦不相同，因此需要根据实际情况

19、来如以确定，在没有浆网速比控 制 的设备上，一般都通过人工计算列出对照表，操作工根据不同车速手动调节总压头设定值。 在本系统中，总压可自动跟随车速变化（配备网速输入模块），而且通过键盘输入，可容 易地改变a s值以适应工艺的要求；同时又给出了不同浆网速比条件下的总压一网速对照 表，供操作者查询。5）正常运行：系统运行时，计算机会自动控制上浆泵的转速，保证总压头的实际值在其给定值附近 允许的范围内变化。6.2.2浆位控制在双匀浆辊气垫式流浆箱中，浆位控制回路是总压控制回路中的一个中间环节，在总 压调节过程中，会使浆位产生不断的波动，这就要依靠浆位调节回路不断进行调整，使液 位稳定在一定的高度上。

20、1）浆位检测：利用差压式液位变送器LIC-101检测浆位，其法兰部安装在流浆箱底部外侧。低压 侧通过导引管安装在流浆箱上部的外侧，根据其差压测定浆位高度。2）浆位设置：根据实际要求设置在0.40米左右3）浆位控制：计算机根据浆位的设定值、实测值及浆位于总压头之间的耦合关系，经过相应的控制 处理后，给出控制信号（420mA DC），通过风机变频器控制罗茨风机的鼓风量。若浆位偏 低则减少风量，反之，若浆位偏高则增加风量，直到液位达到设定值为止。风机速度也可 在人机界面上设置成手动状态，由手动确定其转速。此功能在调试时可加以利用。4）正常运行：理想的浆位调节，应使浆位的波动在允许的范围内，既要确保浆

21、面的浮浆和气泡通过 溢流槽全部溢流，又要使浆位调节对总压头的影响为最小。6.2.3 .总压、浆位解耦控制流浆箱控制系统的特殊性在于流浆箱的总压和液位成耦合关系。对于密闭容器，当液 位上升时压力会因为空间的减少而增加，反之一样。因此，当液位、压力两个参数中的任 意一个发生变化时，不能只调节变化的参量。比如，当液位上升时，单回路液位控制会降 低罗茨风机的转速来降低液位，但同时液位上升会引起总压的上升，因此冲浆泵也会跟着 减慢。当液位被罗茨风机调节回正常位置后，因为总压降低，液位会再次降低，此时如果 再次调节风机，又会影响到冲浆泵，如此根本无法将液位和总压调节稳定。解决这个问题 的方法是解耦，即通过

22、一定的算法解除液位与总压之间的耦合关系，当一个参量变化时， 相应的调节机构不是直接根据变化量来调节，而是根据该参量变化会引起另外一个参量的 变化的大小，同时滤掉这个变化的量来调节。控制系统配置：流浆箱控制系统控制的主要参量是流浆箱内纸浆的总压力和流浆箱内的纸浆的液位 以及浆网速比。故需要的检测、控制、调节仪器有：压力仪表，液位测量仪表，电机变频 器，以及plc控制器。7.1.流浆箱总压头控制设备压力变送器测量范围：00.098MPaEJA法兰式差压变送器EJA110A差压变送器EJA110A型高性能的差压变送器可用于测量液体、气体或蒸汽的流量，以及液位、密 度和压力。产品信息EJA110A型高

23、性能差压变送器适用于测量液体、气体或蒸汽的流量以及液位、密度和 压力，然后将其转变成420mA DC的电流信号输出。EJA系列支持BRAIN、HART和FOUNDATION现场总线或PROFIBUS PA通信协议。特性EJA系列采用单品硅谐振式传感器技术。单晶硅对于压力或温度的变化不存在滞后现 象，是非常理想的材料。单晶硅谐振式传感器将过压、温度变化和静压影响降为最低，从 而提供无与伦比的长期稳定性。小型轻量设计由于采用ASIC放大器设计使包装变小，以及膜盒构造和法兰的小型化，这款机型的 重量降到了原有机型的一半。ASIC设计不仅减少了零件数量，而且提高了放大器的可靠 性。现场总线通信能力现场

24、总线是双向数字通信系统，是配置仪表控制系统的革新技术，同时也是前景很好 的更新换代产品，用于替换现在现场仪表中广泛使用的标准420mA模拟通信。EJA系列提供两种现场总线模式，FOUNDATION现场总线低压模式和PROFIBUS PA设 备，以实现横河电机和其他供应商的协同工作。软件方面，EJA系列采用两个AI功能块计算差压和静压，从而实现灵活的仪表配置。d.规格EJA110A差压变送器L膜盒M膜盒H膜盒V膜盒测量范围-1010kPa(-4040inH2O)-100100kPa(-400400inH2O)-500500kPa(-20002000inH2O)-0.514MPa(-702000p

25、si)测量量程0.510kPa (240inH2O)1100kPa(4400inH2O)5500kPa(202000inH2O)0.1414MPa (202000psi)精度0.075%0.065%0.065%0.065%防护等级IP67，NEMA 4X，和 JIS C0920 防浸型防爆规格FM， CENELEC ATEX， CSA， IECEx输出信号420mA DC，FOUNDATION现场总线或PROFIBUS PA两线制数字通信电源BRAIN 和 HART:10.542V DC (本安型：10.530V DC)Fieldbus:932V DC (本安 Entity 模式 924V D

26、C，本安 FISCO 模式 917.5VDC)环境温度-4085C (-40185F)(普通型)-3080C (-22176F)(内藏指示器)过程温度-40120C (-40248F)(普通型)最大工作压力16MPa(2300psi)L膜盒(特殊材料)3.5MPa(500psi)安装2-inch管安装接液部件材质膜盒SUS316L（膜片：哈氏合金C-276）， 哈氏合金C-276，钽材，蒙乃尔外壳容室法兰SUS316，哈氏合金C-276,蒙乃尔铝合金或SUS316不锈钢（可2）浆泵变频器变频器是将工频电源转换成任意频率、任意电压交流电源的一种电气设备，变频器的 使用主要是调整电机的功率、实现电

27、机的变速运行。变频器的组成主要包括控制电路和主 电路两个部分，其中主电路还包括整流器和逆变器等部件。变频器的工作原理是通过控制电路来控制主电路，主电路中的整流器将交流电转变为 直流电，直流中间电路将直流电进行平滑滤波，逆变器最后将直流电再转换为所需频率和 电压的交流电，部分变频器还会在电路内加入CPU等部件，来进行必要的转矩运算。变频器的工频电源一般是50Hz或60Hz，无论是在家用领域或生产领域，工频电源 的频率和电压都是恒定不变的。以工频电源工作的电机在调速时可能会造成功率的下降， 而通过变频器的调整，电机在调速时就可以减少功率损失。变频器的种类繁多，按照变频器的用途不同可以分为通用变频器、高性能专用变频器、 高频变频器、单相变频器和三相变频器等；按照变频器工作原理分类可分为V/f控制变频 器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等。LIC-101 :流浆箱液位控制液位变送器测量范