衛(wèi)生紙生產(chǎn)過程

1、中南大學(xué)過程控制儀表調(diào)研報告題 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： 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)討論這幾個造紙過程步驟的控制。關(guān)鍵字：工藝參數(shù) 控制 系統(tǒng)目錄一前言41.1課題

2、背景41.2國內(nèi)造紙技術(shù)現(xiàn)狀4二生產(chǎn)流程概述52.1碎漿52.2磨漿62.3配漿82.4上漿92.5成形102.6壓榨112.7干燥112.8卷取12三 過程控制詳述133.1配漿工藝及其控制143.2控制方案選擇143.3成漿池液位斜坡控制153.4 漿料配比串級控制163.5 輔料的配比控制173.6 結(jié)束語18四 調(diào)研總結(jié)19一前言 1.1課題背景 據(jù)中國造紙協(xié)會調(diào)查資料，2015年全國紙及紙板生產(chǎn)企業(yè)約2900家，全國紙及紙板生產(chǎn)量10710萬噸，較上年增長2.29%。消費量10352萬噸，較上年增長2.79%，人均年消費量為75千克（13.75億人）。2006-2015年，紙及紙板生

3、產(chǎn)量年均增長率5.71%，消費量年均增長率5.13%。 根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，2015年全國規(guī)模以上紙制品生產(chǎn)企業(yè)3898家，生產(chǎn)量7038萬噸，較上年增長6.07%；消費量6766萬噸，較上年增長6.18%；進(jìn)口量12萬噸，出口量284萬噸。2006-2015年，紙制品生產(chǎn)量年均增長率13.60%，消費量年均增長率13.84%。 1.2國內(nèi)造紙技術(shù)現(xiàn)狀隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國內(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)品開發(fā)、單機(jī)規(guī)模也有了很大的提高。出現(xiàn)了不少民營股份制企業(yè)，其中一些企業(yè)對提高產(chǎn)品技術(shù)水平、開發(fā)新產(chǎn)品

4、具有很高的熱情。但這個行業(yè)的基本格局沒有大的變化，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品趨同，缺乏特色；過度競爭，利潤微薄；產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，技術(shù)水平偏低。這些特點說明了我國造紙機(jī)械行業(yè)目前仍處在初級發(fā)展的階段，一方面低檔產(chǎn)品相對過剩，利潤下降；另一方面，對高檔產(chǎn)品的需求又難以勝任。二生產(chǎn)流程概述 流送部分：碎漿、磨漿、配漿、上漿 衛(wèi)生紙生產(chǎn) 抄紙部分：成形、壓榨、干燥、壓光、卷取 下面就這幾個步驟，對衛(wèi)生紙的生產(chǎn)過程進(jìn)行概述。流送部分2.1碎漿碎漿過程要控制的主要工藝參數(shù)為碎漿的濃度、時間和抽漿濃度。碎漿的濃度、時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)碎漿過程開始加水時,把流量計所

5、測量的流量就開始累加計算,根據(jù)/加水量=(漿板重量 x 漿板絕干量)/濃度-漿板重量 0 的公式計算確定碎漿與抽漿的加水量。當(dāng)漿板下到開動的碎漿槽里且累加流量等于碎漿的加水計算量時,關(guān)閉加水自動閥,開始計算碎漿時間,這用定時器或在 DCS 程序中都可輕易實現(xiàn)。達(dá)到所設(shè)定的時間后,打開自動閥加水,直到累加流量等于抽漿的加水計算量,同時進(jìn)行抽漿,這樣便可在漿池內(nèi)得到穩(wěn)定濃度的漿料。2.2磨漿磨漿過程要控制的主要工藝參數(shù)有漿料通過量、磨漿功率與磨漿濃度。因為實時配漿使長短纖維的用量常常變化較大,同時影響到磨漿機(jī)的出口壓力,這就需要改變回流量,控制漿料在磨漿機(jī)通過量,來穩(wěn)定磨漿機(jī)的出口壓力。如圖2所示

6、,通過流量計測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)通過量。設(shè)定漿料通過量,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)定的漿料通過量。對測量出的瞬間濃度與濃度設(shè)定值的比較,通過 PID 調(diào)節(jié)稀釋自動閥來控制磨漿濃度。對雙盤磨而言,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)定一個大于偏離區(qū)的區(qū)域,磨漿功率在這個區(qū)域內(nèi)慢速進(jìn)退刀,反

7、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。2.3配漿現(xiàn)在高速衛(wèi)生紙機(jī)的工藝流程都是實時配漿,一般分上層漿料與下層漿料,上層漿料由長纖、短纖配成,短纖居多,使上層紙面手感較滑;下層漿料由長纖、短纖、損紙配成,長纖與損紙居多,使生產(chǎn)出來的衛(wèi)生紙有較好的拉力。配漿過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,配漿池有液位傳感器,根據(jù)配漿池的液位測量值與設(shè)定值進(jìn)行 PID 控制,把其輸出值結(jié)合配漿時每條漿料線路所占百分比的設(shè)定值及實際濃度,通過公式“瞬間流量=配漿池的液位PID控制輸出值X配

8、漿百分比X系數(shù)/濃度”便可計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)定值與流量計的輸入值,對每條線路流量計前的自動閥進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié),則流量的實際值接近設(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)。2.4上漿上漿過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典型的 PID 控制,如圖 5 所示,通過對稀釋自動閥的調(diào)節(jié)達(dá)到接近設(shè)定濃度的目的。而對上漿流量的控制相對就比較復(fù)雜了,在卷取部中配有掃描架測量紙頁的定量與水份,為了達(dá)到定量穩(wěn)定的目的,以掃描架測量的定量為輸入值,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

9、式計算,得到上下層的上漿流量的設(shè)定值;再結(jié)合現(xiàn)場流量計測量的流量為輸入值進(jìn)行動作較快的 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)定量閥的開度。經(jīng)過雙層的PID 控制,在卷取部得到的定量基本趨于設(shè)定值。抄紙部分2.5成形在定量閥開度、上漿濃度、流漿箱唇板開度等參數(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。因為網(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,先從成形輥的傳動電機(jī)的編碼器處得到瞬時轉(zhuǎn)速,結(jié)合成形輥的周長算出線速度,即網(wǎng)速;再通過公式/漿速=漿網(wǎng)速比網(wǎng)速 0 計算出在工藝要求的漿網(wǎng)速比下的漿速,通過系數(shù)把它轉(zhuǎn)換成所要求上下層沖漿泵的轉(zhuǎn)

10、速,這樣計算出來的轉(zhuǎn)速為設(shè)定值,從沖漿泵傳動電機(jī)的編碼器處得到瞬時轉(zhuǎn)速為輸入值,經(jīng)過比較不斷修正給沖漿泵的輸出值,達(dá)到控制漿速的目的。2.6壓榨壓榨過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)這三個傳動點的負(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 PID 控制過程。烘缸電機(jī)、壓榨輥電機(jī)、成形輥電機(jī)的三點傳動負(fù)荷分配也會影響到紙頁的質(zhì)量,先以烘

11、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，因此在這里只能簡單敘述了。2.7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,補充新蒸氣的自動閥為輔。在烘缸的蒸氣進(jìn)口處附近安裝壓力傳感器,所測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,再把所得的計算值與 100 比較,取較小的值賦

12、給二次蒸發(fā)氣的循環(huán)熱泵的自動閥;同時把所得的計算值減去 100,再把它與 0 比較,取較大的值賦給補充新蒸氣的主輔功能。通過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量的瞬時流量作為輸入值,結(jié)合其設(shè)定值進(jìn)行 PID 控制,通過上述的同樣方法對輸出值進(jìn)行處理后,再送給再用蒸氣自動閥與排放蒸氣自動閥,做到先調(diào)節(jié)再用蒸氣自動閥,待它的開度達(dá)到 100%后,再調(diào)節(jié)排放蒸氣自動閥。這樣穩(wěn)定了通過烘缸的蒸氣流量,有利于烘缸冷凝水的排出。2.8卷取卷取過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)出來的紙的厚薄及皺紋,起皺率的控制

13、主要通過改變抄速差來實現(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,送給傳動部分的卷紙缸起動控制單元,加上從卷紙缸傳動電機(jī)的編碼器處得到瞬時轉(zhuǎn)速的反饋,對輸出信號進(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。以上是本小組對衛(wèi)生紙機(jī)造紙過程的幾個主要步驟的工藝關(guān)鍵控制點的內(nèi)容介紹。3 過程控制詳述本小節(jié)對衛(wèi)生紙生產(chǎn)過程中的配漿步驟涉及到的過程控制進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。3.1配漿工藝及其控制配漿工段是通過調(diào)節(jié)閥控制各漿種的流量來實現(xiàn)漿料配比的(見圖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

14、紙機(jī)抄造,在此過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3.2控制方案選擇 傳統(tǒng)的PID控制方法很難做到對漿池液位的精確控制,當(dāng)液位給定值與測量值有誤差時,用某種漿料來調(diào)節(jié)液位的偏差是不合理的, 這會影響漿池內(nèi)漿料的正確配比;若同時動作各路漿料的流量,即同時調(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。另外,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,在實際控制中,對漿池液位采用斜坡控制,對漿料配比和輔料添加采用串級控制方式,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3.3成漿池液位斜坡

15、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個液位控制系數(shù),再按此系數(shù)計算各路漿的添加量。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),其液位變化對加入漿池漿料的流量影響不會很大,這個區(qū)域也是漿池液位控制的理想?yún)^(qū)域。在實際應(yīng)用中,每個段的折點值可在線調(diào)節(jié),以得

16、到理想的液位控制。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算出控制系數(shù)。 3.4 漿料配比串級控制 本控制系統(tǒng)由操作人員輸入各路漿的配比量,用液位斜坡計算得到的液位控制系數(shù)結(jié)合PID算法,對漿流量進(jìn)行串級控制,從而實現(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:串級控 制、自動控制、手動控制。手動控制, 由操作人員給出輸出值,即直接控制閥門開度;自動控制,由操作人員輸入流量給定值,通過 PID 算法控制輸出值;串級控制,由計算機(jī)計算流量給定值,再由PID 算法控 制輸出值,給定值的計算結(jié)果

17、就是由各路漿的配比量和液位控制系數(shù)得到的。自動和手動控制時,無法精確控制漿料配比量,也無法控制漿池液位,只有串級控制才能實現(xiàn)漿料的配比量和漿池液位精確而穩(wěn)定的 控制(見圖4)?？刂葡到y(tǒng)實現(xiàn)了控制狀態(tài)的無擾動切換,操作人員可根據(jù)需要進(jìn)行切換。在串級控制或自動控制狀態(tài)時,當(dāng)某路漿流量信號出現(xiàn)故障,該路漿的流量控制自動切換為手動狀態(tài),因為此時無法投入 PID 控制;串級控制時,若漿池液位信號出現(xiàn)故障,將切換為自動控制狀態(tài),因為此時無法計算液位控制系數(shù)。此外,計算給定值時要用到各路漿的濃度值,在濃度信號故障時,將使用實驗室濃度值進(jìn)行計算。串級控制時,漿料給定值的計算過程為:（1）根據(jù)成漿池液位得到液位

18、控制系數(shù) m;（2）計算總干漿量程 L=Fi*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）計算各路漿的給定值 SPi= (m * L * Pi) / Ci; （5）送入 PID 控制。 圖 4 漿料配比控制框圖3.5 輔料的配比控制輔料也采用3種控制狀態(tài): 串級控制、自動控 制、手動控制,其功能與前述相同,同樣具有信號故障判斷,并進(jìn)行控制狀態(tài)切換的功能(見圖 5) 。串級控制時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算得到的,下面以品蘭的配比控制為例加以說明。串級控制時,品蘭給定值的計算過程為: （1）計算當(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)嶒炇覞舛戎? ;（2）取品蘭的配比量 P 和濃度C;（3）計算品蘭的加入量 M= F*P;（4）