衛(wèi)生紙生產(chǎn)過(guò)程

中南大學(xué)《過(guò)程控制儀表》調(diào)研報(bào)告題目：衛(wèi)生紙制作工藝流程學(xué)院： 信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：電氣1401小組成員：2016年11月21日摘要在衛(wèi)生紙從漿板原料到原紙的造紙過(guò)程中，有些關(guān)鍵的工藝參數(shù)必須要控制好，才能生產(chǎn)出質(zhì)量合格的原紙。在造紙過(guò)程中，主要分流送部分與抄紙部分,其中流送部分有碎漿、磨漿、配漿、上漿等內(nèi)容抄紙部分有成形、壓榨、干燥、壓光、卷取等內(nèi)容，其他與之配套有真空、白水、損紙等系統(tǒng)。如何控制好這些過(guò)程中各步驟的關(guān)鍵工藝參數(shù)，直接影響到所生產(chǎn)出來(lái)原紙質(zhì)量的好壞。下面我們將根據(jù)調(diào)研結(jié)果詳細(xì)討論這幾個(gè)造紙過(guò)程步驟的控制。關(guān)鍵字：工藝參數(shù)控制系統(tǒng)目錄TOC\o"1-5"\h\z.前言 4\o"CurrentDocument"課題背景 4\o"CurrentDocument"國(guó)內(nèi)造紙技術(shù)現(xiàn)狀 4.生產(chǎn)流程概述 5\o"CurrentDocument"碎漿 5\o"CurrentDocument"磨漿 6\o"CurrentDocument"配漿 7\o"CurrentDocument"上漿 8\o"CurrentDocument"成形 9\o"CurrentDocument"壓榨 10\o"CurrentDocument"干燥 11\o"CurrentDocument"卷取 12.過(guò)程控制詳述 13\o"CurrentDocument"配漿工藝及其控制 13\o"CurrentDocument"控制方案選擇 13\o"CurrentDocument"成漿池液位斜坡控制 14\o"CurrentDocument"漿料配比串級(jí)控制 15\o"CurrentDocument"輔料的配比控制 16\o"CurrentDocument"結(jié)束語(yǔ) 18.調(diào)研總結(jié) 19一?前言課題背景據(jù)中國(guó)造紙協(xié)會(huì)調(diào)查資料，2015年全國(guó)紙及紙板生產(chǎn)企業(yè)約2900家，全國(guó)紙及紙板生產(chǎn)量10710萬(wàn)噸，較上年增長(zhǎng)2.29%。消費(fèi)量10352萬(wàn)噸，較上年增長(zhǎng)2.79%,人均年消費(fèi)量為75千克（13.75億人）。2006-2015年，紙及紙板生產(chǎn)量年均增長(zhǎng)率5.71%,消費(fèi)量年均增長(zhǎng)率5.13%。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2015年全國(guó)規(guī)模以上紙制品生產(chǎn)企業(yè)3898家，生產(chǎn)量7038萬(wàn)噸，較上年增長(zhǎng)6.07%；消費(fèi)量6766萬(wàn)噸，較上年增長(zhǎng)6.18%；進(jìn)口量12萬(wàn)噸，出口量284萬(wàn)噸。2006-2015年，紙制品生產(chǎn)量年均增長(zhǎng)率13.60%,消費(fèi)量年均增長(zhǎng)率13.84%。國(guó)內(nèi)造紙技術(shù)現(xiàn)狀隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)造紙機(jī)械行業(yè)取得了很大的進(jìn)步，尤其是最近10年，有一些別的行業(yè)如航空、造船等參與造紙機(jī)械的生產(chǎn)，產(chǎn)品的技術(shù)水平、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、單機(jī)規(guī)模也有了很大的提高。出現(xiàn)了不少民營(yíng)股份制企業(yè)，其中一些企業(yè)對(duì)提高產(chǎn)品技術(shù)水平、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品具有很高的熱情。但這個(gè)行業(yè)的基本格局沒(méi)有大的變化，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品趨同，缺乏特色；過(guò)度競(jìng)爭(zhēng)，利潤(rùn)微薄；產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，技術(shù)水平偏低。這些特點(diǎn)說(shuō)明了我國(guó)造紙機(jī)械行業(yè)目前仍處在初級(jí)發(fā)展的階段，一方面低檔產(chǎn)品相對(duì)過(guò)剩，利潤(rùn)下降；另一方面，對(duì)高檔產(chǎn)品的需求又難以勝任。二.生產(chǎn)流程概述L流送部分：碎漿、磨漿、配漿、上漿衛(wèi)生紙生產(chǎn)YL抄紙部分：成形、壓榨、干燥、壓光、卷取下面就這幾個(gè)步驟，對(duì)衛(wèi)生紙的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行概述。流送部分2.1碎漿碎漿過(guò)程要控制的主要工藝參數(shù)為碎漿的濃度、時(shí)間和抽漿濃度。碎漿的濃度、時(shí)間決定漿料的疏解程度，抽漿濃度是下一步驟磨漿的基本條件。如圖1所示，當(dāng)碎漿過(guò)程開(kāi)始加水時(shí)，把流量計(jì)所測(cè)量的流量就開(kāi)始累加計(jì)算，根據(jù)/加水量=（漿板重量x漿板絕干量）/濃度-漿板重量0的公式計(jì)算確定碎漿與抽漿的加水量。當(dāng)漿板下到開(kāi)動(dòng)的碎漿槽里且累加流量等于碎漿的加水計(jì)算量時(shí)，關(guān)閉加水自動(dòng)閥，開(kāi)始計(jì)算碎漿時(shí)間，這用定時(shí)器或在DCS程序中都可輕易實(shí)現(xiàn)。達(dá)到所設(shè)定的時(shí)間后，打開(kāi)自動(dòng)閥加水，直到累加流量等于抽漿的加水計(jì)算量，同時(shí)進(jìn)行抽漿，這樣便可在漿池內(nèi)得到穩(wěn)定濃度的漿料。^jJ. 矯豪舟2.2磨漿磨漿過(guò)程要控制的主要工藝參數(shù)有漿料通過(guò)量、磨漿功率與磨漿濃度。因?yàn)閷?shí)時(shí)配漿使長(zhǎng)短纖維的用量常常變化較大，同時(shí)影響到磨漿機(jī)的出口壓力，這就需要改變回流量，控制漿料在磨漿機(jī)通過(guò)量，來(lái)穩(wěn)定磨漿機(jī)的出口壓力。如圖2所示，通過(guò)流量計(jì)測(cè)量出配漿所需的漿流量與回流量，而兩者之和便是漿料在磨漿機(jī)通過(guò)量。設(shè)定漿料通過(guò)量，控制回流閥，讓回流量隨配所需的漿流量的變化而反向變化，這樣便可得到穩(wěn)定的漿料通過(guò)量。對(duì)測(cè)量出的瞬間濃度與濃度設(shè)定值的比較，通過(guò)PID調(diào)節(jié)稀釋自動(dòng)閥來(lái)控制磨漿濃度。竄料血過(guò)量對(duì)雙盤磨而言，控制磨漿功率即控制它的進(jìn)刀深度。如圖3所示,以磨漿功率的設(shè)定值為中線設(shè)定一個(gè)在工藝允許范圍內(nèi)的偏離區(qū)，磨漿功率在偏離區(qū)內(nèi)，不進(jìn)刀也不退刀；若向上超出偏離區(qū)則退刀，反之向下超出偏離區(qū)則進(jìn)刀。為了保護(hù)盤磨，控制進(jìn)退刀的電機(jī)有快速與慢速兩檔，又以磨漿功率的設(shè)定值為中線設(shè)定一個(gè)大于偏離區(qū)的區(qū)域,磨漿功率在這個(gè)區(qū)域內(nèi)慢速進(jìn)退刀，反之磨漿功率在區(qū)域外則快速進(jìn)退刀。這樣在所設(shè)的漿料通過(guò)量與磨漿功率都穩(wěn)定的情況下，可得到打漿度符合工藝要求的良漿?？焖僭O(shè)定取 T-快速圖.1雙跳麝中控制磨差功性暴盤用配漿現(xiàn)在高速衛(wèi)生紙機(jī)的工藝流程都是實(shí)時(shí)配漿，一般分上層漿料與下層漿料，上層漿料由長(zhǎng)纖、短纖配成，短纖居多，使上層紙面手感較滑；下層漿料由長(zhǎng)纖、短纖、損紙配成，長(zhǎng)纖與損紙居多，使生產(chǎn)出來(lái)的衛(wèi)生紙有較好的拉力。配漿過(guò)程要控制的主要工藝參數(shù)是每條配漿線路的流量。如圖4所示，每條配漿線路都配有流量計(jì)，配漿池有液位傳感器，根據(jù)配漿池的液位測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行PID控制，把其輸出值結(jié)合配漿時(shí)每條漿料線路所占百分比的設(shè)定值及實(shí)際濃度，通過(guò)公式“瞬間流量二配漿池的液位「2控制輸出值*配漿百分比X系數(shù)/濃度”便可計(jì)算出每條線路所需的瞬間流量，即流量的設(shè)定值。根據(jù)流量的設(shè)定值與流量計(jì)的輸入值，對(duì)每條線路流量計(jì)前的自動(dòng)閥進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，則流量的實(shí)際值接近設(shè)定值，從而使上下層的漿料達(dá)到工藝要求的穩(wěn)定狀態(tài)。圖4配漿過(guò)和《總圖上漿上漿過(guò)程要控制的主要工藝參數(shù)有上漿濃度、上漿流量。其上漿濃度的控制是一個(gè)典型的PID控制，如圖5所示，通過(guò)對(duì)稀釋自動(dòng)閥的調(diào)節(jié)達(dá)到接近設(shè)定濃度的目的。而對(duì)上漿流量的控制相對(duì)就比較復(fù)雜了，在卷取部中配有掃描架測(cè)量紙頁(yè)的定量與水份，為了達(dá)到定量穩(wěn)定的目的，以掃描架測(cè)量的定量為輸入值，每種紙工藝要求的定量為設(shè)定值，進(jìn)行反應(yīng)較慢的PID調(diào)節(jié)；而它的輸出值參與一定的算式計(jì)算，得到上下層的上漿流量的設(shè)定值；再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)測(cè)量的流量為輸入值進(jìn)行動(dòng)作較快的PID控制，把輸出值賦予上下層定量閥的步進(jìn)電機(jī)，調(diào)節(jié)定量閥的開(kāi)度。經(jīng)過(guò)雙層的PID控制，在卷取部得到的定量基本趨于設(shè)定值。圖5上蒙過(guò)程示盒圖抄紙部分成形在定量閥開(kāi)度、上漿濃度、流漿箱唇板開(kāi)度等參數(shù)確定后，成形部要控制的主要工藝參數(shù)只剩漿網(wǎng)速比了。因?yàn)榫W(wǎng)速基本等于紙機(jī)的速度,所以要控制漿網(wǎng)速比，就要調(diào)節(jié)噴漿速度。如圖6所示，先從成形輥的傳動(dòng)電機(jī)的編碼器處得到瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，結(jié)合成形輥的周長(zhǎng)算出線速度，即網(wǎng)速；再通過(guò)公式/漿速=漿網(wǎng)速比@網(wǎng)速0計(jì)算出在工藝要求的漿網(wǎng)速比下的漿速，通過(guò)系數(shù)把它轉(zhuǎn)換成所要求上下層沖漿泵的轉(zhuǎn)速，這樣計(jì)算出來(lái)的轉(zhuǎn)速為設(shè)定值，從沖漿泵傳動(dòng)電機(jī)的編碼器處得到瞬時(shí)轉(zhuǎn)速為輸入值，經(jīng)過(guò)比較不斷修正給沖漿泵的輸出值，達(dá)到控制漿速的目的。國(guó)6談M過(guò)比的V國(guó)壓榨壓榨過(guò)程要控制的主要工藝參數(shù)有壓榨輥與烘缸的壓力及烘缸電機(jī)、壓榨輥電機(jī)、成形輥電機(jī)這三個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)的負(fù)荷分配。壓榨輥與烘缸的接觸是靠壓縮空氣維持的，在壓榨輥兩邊的氣囊引出氣路安裝壓力傳感器，監(jiān)測(cè)瞬間的氣壓，并為PID控制的輸入值；以設(shè)定的總氣壓乘以兩邊設(shè)定的百分比，便得到兩邊氣壓的設(shè)定值；再把輸出值送給各自的壓力比例調(diào)節(jié)器，控制氣囊的氣壓。這樣便完成了一個(gè)PID控制過(guò)程。烘缸電機(jī)、壓榨輥電機(jī)、成形輥電機(jī)的三點(diǎn)傳動(dòng)負(fù)荷分配也會(huì)影響到紙頁(yè)的質(zhì)量，先以烘缸的速度為基準(zhǔn)，根據(jù)負(fù)荷分配確定壓榨輥與成形輥的基本速度；再以壓榨輥為基準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)二次負(fù)荷分配確定成形輥的速度。由于該步驟涉及到的內(nèi)容較為復(fù)雜，本小組未找到詳細(xì)的資料，因此在這里只能簡(jiǎn)單敘述了。干燥干燥系統(tǒng)包括烘缸的蒸氣系統(tǒng)和氣罩的熱風(fēng)系統(tǒng)。蒸氣系統(tǒng)主要是把烘缸均勻加熱和排走烘缸內(nèi)的冷凝水。所以它的主要工藝參數(shù)是進(jìn)缸的蒸氣壓力及通過(guò)烘缸的蒸氣流量。如圖7所示，控制進(jìn)缸的蒸氣壓力是以二次蒸發(fā)氣的循環(huán)熱泵為主，補(bǔ)充新蒸氣的自動(dòng)閥為輔。在烘缸的蒸氣進(jìn)口處附近安裝壓力傳感器，所測(cè)量的壓力作為輸入值,結(jié)合其設(shè)定值進(jìn)行PID控制，把輸出值乘以2,再把所得的計(jì)算值與100比較，取較小的值賦給二次蒸發(fā)氣的循環(huán)熱泵的自動(dòng)閥；同時(shí)把所得的計(jì)算值減去100，再把它與0比較，取較大的值賦給補(bǔ)充新蒸氣的主輔功能。通過(guò)烘缸的蒸氣流量即二次蒸發(fā)氣的流量，由再用蒸氣與排放蒸氣兩條氣路組成。以烘缸的蒸氣出口處附近安裝的流量傳感器所測(cè)量的瞬時(shí)流量作為輸入值，結(jié)合其設(shè)定值進(jìn)行PID控制，通過(guò)上述的同樣方法對(duì)輸出值進(jìn)行處理后，再送給再用蒸氣自動(dòng)閥與排放蒸氣自動(dòng)閥，做到先調(diào)節(jié)再用蒸氣自動(dòng)閥，待它的開(kāi)度達(dá)到100%后,再調(diào)節(jié)排放蒸氣自動(dòng)閥。這樣穩(wěn)定了通過(guò)烘缸的蒸氣流量，有利于烘缸冷凝水的排出。I原條穌：嗣京陽(yáng)卷取卷取過(guò)程要控制的主要工藝參數(shù)是起皺率。起皺率的大小關(guān)系到生產(chǎn)出來(lái)的紙的厚薄及皺紋，起皺率的控制主要通過(guò)改變抄速差來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖9所示，設(shè)定抄速差后，以烘缸的線速度為基準(zhǔn)，計(jì)算出卷紙缸的線速度，根據(jù)卷紙缸的直徑，把線速度轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)速,送給傳動(dòng)部分的卷紙缸起動(dòng)控制單元，加上從卷紙缸傳動(dòng)電機(jī)的編碼器處得到瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的反饋，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行修正，從而使卷紙缸的轉(zhuǎn)速不斷接近設(shè)定值,達(dá)到控制抄速差的目的。itJid,二<￡目<jx*?小晝E以上是本小組對(duì)衛(wèi)生紙機(jī)造紙過(guò)程的幾個(gè)主要步驟的工藝關(guān)鍵控制點(diǎn)的內(nèi)容介紹。三.過(guò)程控制詳述本小節(jié)對(duì)衛(wèi)生紙生產(chǎn)過(guò)程中的配漿步驟涉及到的過(guò)程控制進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。配漿工藝及其控制配漿工段是通過(guò)調(diào)節(jié)閥控制各漿種的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)漿料配比的（見(jiàn)圖1）,各路漿送入成漿池后，經(jīng)充分?jǐn)嚢?，由成漿泵送到高位箱，用于紙機(jī)抄造，在此過(guò)程中就涉及到漿料配比和成漿池液位控制。圖1配漿工藝流程圖控制方案選擇傳統(tǒng)的PID控制方法很難做到對(duì)漿池液位的精確控制，當(dāng)液位給定值與測(cè)量值有誤差時(shí)，用某種漿料來(lái)調(diào)節(jié)液位的偏差是不合理的，這會(huì)影響漿池內(nèi)漿料的正確配比；若同時(shí)動(dòng)作各路漿料的流量，即同時(shí)調(diào)整每種漿料流量（增加或減少），既要滿足液位的穩(wěn)定要求，又不影響漿料的配比，傳統(tǒng)的控制方法很難達(dá)到這樣的要求。另夕卜，采用傳統(tǒng)的控制方法也很難做到輔料添加的精確控制。因此，在實(shí)際控制中，對(duì)漿池液位采用斜坡控制，對(duì)漿料配比和輔料添加采用串級(jí)控制方式，以解決傳統(tǒng)控制方法的不足。圖2傳統(tǒng)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖圖2傳統(tǒng)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖成漿池液位斜坡控制成漿池液位控制主要是控制各路漿的加入量，但各種漿料要按比例添加。為此，采用了斜坡控制方式（見(jiàn)圖3）,斜坡控制不是直接控制漿的加入量，而是根據(jù)當(dāng)前液位得到1個(gè)液位控制系數(shù)，再按此系數(shù)計(jì)算各路漿的添加量。由圖3可看出，漿位控制系數(shù)共分為4段,漿位越低，控制系數(shù)越大，漿的加入速度也就越快，從而快速提高漿池液位。同理，漿位越高，控制系數(shù)越小，漿的加入也就越慢。此外，在第1段和第4段的斜坡較陡，使得漿料加入量變化較快，目的要使?jié){位快速回到控制區(qū)域。中間2段較為平穩(wěn),其液位變化對(duì)加入漿池漿料的流量影響不會(huì)很大，這個(gè)區(qū)域也是漿池液位控制的理想?yún)^(qū)域。在實(shí)際應(yīng)用中，每個(gè)段的折點(diǎn)值可在線調(diào)節(jié)，以得到理想的液位控制。曜裁液位圖曜裁液位圖3液位斜坡控制示意圖另外，從圖3可知，4段斜坡就是4段直線，由它們的折點(diǎn)可得到4段直線的斜率和截距,再根據(jù)當(dāng)前液位量便很容易計(jì)算出控制系數(shù)。漿料配比串級(jí)控制本控制系統(tǒng)由操作人員輸入各路漿的配比量，用液位斜坡計(jì)算得到的液位控制系數(shù)結(jié)合PID算法，對(duì)漿流量進(jìn)行串級(jí)控制，從而實(shí)現(xiàn)漿料的配比控制。漿料配比控制有3種控制狀態(tài)可供選擇：串級(jí)控制、自動(dòng)控制、手動(dòng)控制。手動(dòng)控制，由操作人員給出輸出值，即直接控制閥門開(kāi)度；自動(dòng)控制，由操作人員輸入流量給定值，通過(guò)PID算法控制輸出值；串級(jí)控制，由計(jì)算機(jī)計(jì)算流量給定值，再由PID算法控制輸出值，給定值的計(jì)算結(jié)果就是由各路漿的配比量和液位控制系數(shù)得到的。自動(dòng)和手動(dòng)控制時(shí)，無(wú)法精確控制漿料配比量，也無(wú)法控制漿池液位，只有串級(jí)控制才能實(shí)現(xiàn)漿料的配比量和漿池液位精確而穩(wěn)定的控制（見(jiàn)圖4）。控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制狀態(tài)的無(wú)擾動(dòng)切換操作人員可根據(jù)需要進(jìn)行切換。在串級(jí)控制或自動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，當(dāng)某路漿流量信號(hào)出現(xiàn)故障，該路漿的流量控制自動(dòng)切換為手動(dòng)狀態(tài)，因?yàn)榇藭r(shí)無(wú)法投入PID控制；串級(jí)控制時(shí)，若漿池液位信號(hào)出現(xiàn)故障，將切換為自動(dòng)控制狀態(tài)，因?yàn)榇藭r(shí)無(wú)法計(jì)算液位控制系數(shù)。此外，計(jì)算給定值時(shí)要用到各路漿的濃度值，在濃度信號(hào)故障時(shí)，將使用實(shí)驗(yàn)室濃度值進(jìn)行計(jì)算。串級(jí)控制時(shí)，漿料給定值的計(jì)算過(guò)程為：（1）根據(jù)成漿池液位得到液位控制系數(shù)m;(2)計(jì)算總干漿量程L=ZFi*Ci,F為各路漿流量的量程，C為各路漿的當(dāng)前濃度；(3)取各路漿的配比量Pi；(4)計(jì)算各路漿的給定值SPi=(m*L*Pi)/Ci;(5)送入PID控制。輔料的配比控制輔料也采用3種控制狀態(tài)：串級(jí)控制、自動(dòng)控制、手動(dòng)控制,其功能與前述相同，同樣具有信號(hào)故障判斷，并進(jìn)行控制狀態(tài)切換的功能（見(jiàn)圖5）。串級(jí)控制時(shí)輔料的添加量是根據(jù)其要求的配比量和當(dāng)前加入成漿池的總漿量計(jì)算得到的，下面以品蘭的配比控制為例加以說(shuō)明。串級(jí)控制時(shí)，品蘭給定值的計(jì)算過(guò)程為：（1）計(jì)算當(dāng)前總干漿流量F=Fi*Ci,F為當(dāng)前各路漿流量，C為各路漿的使用濃度（即當(dāng)前濃度值或?qū)嶒?yàn)室濃度