第1章 制漿造紙過程自動測量與控制

制漿造紙過程控制系統劉鴻斌南京林業(yè)大學2016-5-11聯系方式：辦公室：化工樓2321室QQ：30153548手機我介紹2015/3-至今，南京林業(yè)大學，輕工科學與工程學院，自動化系，副教授2015/6-2015/8（暑假），韓國慶熙大學訪問學者、研究教授2013/10–2014/12，瑞典烏普薩拉大學（UppsalaUniversity），信息與技術學院，博士后導師：BengtCarlsson研究項目：“污水處理系統的監(jiān)測和控制”2自我介紹2009/9-2013/8，韓國慶熙大學（KyungHeeUniversity），環(huán)境科學與工程，博士導師：ChangKyooYoo博士論文題目：“首爾地鐵系統室內空氣質量的建模、監(jiān)測和控制”（慶熙大學最佳博士論文獎）2006/9-2009/6，華南理工大學，制漿造紙，碩士導師：沈文浩碩士論文題目：“木素結構和熱解機理的量子化學研究”3自我介紹2004/7-2006/9，廣州造紙集團有限公司，工藝員2000/9-2004/7，四川理工學院，輕化工程，學士452009.9SCUTKHU2013.9.20韓國慶熙大學（博士大學）6首爾校區(qū)行政大樓KyungHeeUniversity:acomprehensive,researchuniversityFoundedin1949首爾校區(qū)和水原校區(qū)教職工:2,976;學生:31,453(2011)Ranked7thinKorea(2011);41stinAsia(2012);270thintheworld(2012)/wiki/Kyung_Hee_University博士課題組博士導師：???(1969-)/YooChangKyoo教授中文名字：劉昌奎，喜歡中國文化，去過上海和三亞1999-2002，浦項工大，博士2002-2004，比利時根特大學，博士后2005-2006，浦項工大，研究教授2006-至今，慶熙大學，教授至今發(fā)表SCI論文200多篇（引用次數2824次）專長：基于數據驅動的過程監(jiān)測算法研究和應用kernelprincipalcomponentanalysis（引用424次）independentcomponentanalysis（引用355次）dynamicindependentcomponentanalysis（引用169）2010201120127瑞典烏普薩拉大學（博后大學）8北歐最古老的大學；瑞典頂級大學；世界排名100左右博后導師：BengtCarlsson教授研究方向：廢水過程的仿真和控制廢水處理領域IWA院士最早提出開發(fā)廢水仿真軟件BSM1喜歡音樂和旅游（福特野馬跑車）系統與控制系9教授、副教授9人；博士生16人；博后3人

（2014）瑞典皇家工程科學院院士：TorstenSoderstrom（系統辨識）PetreStoica（信號處理）烏普薩拉大學歷史名人JacobUlvssonCarlvonLinnéOlofRudbeckAndersCelsiusNilsRosénErikGustafGeijerBettyPetterssonEllenFriesGerdEnequistJohanSkytteAnders?ngstr?mCWScheele烏普薩拉大學歷史名人10AllvarGullstrand–NobelPrizeinPhysiologyandMedicine1911RobertBárány–Medicine1914ManneSiegbahn–Physics1924TheSvedberg–Chemistry1926NathanS?derblom–NobelPeacePrize1930ArneTiselius–Chemistry1948DagHammarskj?ld–NobelPeacePrize1961KaiSiegbahn–Physics1981烏普薩拉大學諾貝爾獎獲得者（8人）11我的研究方向多元統計過程監(jiān)測和故障診斷廢水處理過程的建模和控制未來研究重點：制漿造紙過程監(jiān)測和控制12十年18個國家的旅行2015-11-11.mp4參考教材推薦：制漿造紙過程自動測量與控制，劉煥彬，中國輕工出版社，2009（圖書館有藏書）制漿造紙廠儀表配置與自動控制，

張運展（譯），1992

13先修課程化工自動化及儀表制漿原理與工程造紙原理與工程

教學計劃Chapter1BasicconceptionofautomaticsystemandinstrumentsChapter2DevelopmentofmathematicalmodelforaprocessChapter3ControlleranditscharacteristicsChapter4ControlledvalveChapter5EngineeringdesignandadjustmentofcontrolsystemChapter6MeasurementandcontrolofcommonvariablesChapter7MeasurementandcontrolofconcentrationChapter8MeasurementandcontrolofpapermoistureandbasicweightChapter9Theautomationmeasurementintypicalpapermakingprocess14Chapter1

Basicconceptionofautomaticsystemandinstruments

SectionⅠAutomaticsystems§1-1-1Contentofautomation§1-1-2AutomaticcontrolsystemSectionⅡAutomaticinstruments15SectionⅠAutomaticsystems

1.WhatisautomationAutomationisthetechniqueofmakingaprocesssystemautomaticandprocessinginformationthroughtheinstrumentsthatmeasureandcontrolthevariousoperation.

自動化是一門在沒有人參與（或很少人參與）的情況下，使生產過程和系統能順利完成的技術?！?-1-1Contentofautomation162.Contents

按照生產過程對各種參數的不同要求，分為：(1)AutomationmeasurementFunction:測量和顯示參數數值以利于分析生產狀態(tài)。①Measuringvariablesofprocess②Indicatingthemforanalyzingprocessstate17自動檢測是最普遍的自動化形式。18(2)Automaticalarmandprevent(safetycontrol)Function:safetyactionComposition:a.Automaticalarm19b.Automationprevent自動阻止

20壓力值超過極限，紅燈亮起212號檢測器發(fā)現傳輸皮帶堵塞，停止進料要求：

a.開機順序：后→前

b.停機順序：前→后

c.其中某一臺電機出現故障時，其前面的電機自動停機，其后面的電機照常工作。(3)Programcontrolsystem

2223(4)AutomaticcontrolFunction:maintainingprocessconditionsconstantattherequiredvaluesorchanginginsomespecialregularity.24調節(jié):①人工調節(jié)②自動調節(jié):定值調節(jié)系統、隨動調節(jié)系統(如雷達跟蹤系統)、程序調節(jié)系統(給定值是變化的，是已知的時間函數)25§1-1-2Automaticcontrolsystem1.Manualandautomaticcontrol(1)Control-regulation

調節(jié):使生產過程的參數按工藝要求保持在某一定值上(或按特定規(guī)律變化)的一種技術措施。

Manualcontrol:achievingthecontrolbyhumanoperator.Automaticcontrol:achievingthecontrolbyinstruments.(2)ManualcontrolandAutomaticcontrol

Automaticcontrolisdevelopedfrommanualcontrol.

262.Automaticcontrolsystem

Fourparts:Process:需要調節(jié)其工藝參數的生產設備或機器。(b)Transmitter:用以感受工藝參數并將其轉化為標準信號的儀器。(c)Controller(d)Controlledvalve272829手動操作和自動控制的比較人工操作：手指皮膚、腦、手自動控制：測量變送器、自動控制器、執(zhí)行器水溫手動調節(jié)示意圖水溫自動調節(jié)示意圖自動控制：用專用的儀表和裝置組成控制系統，以代替人的手動操作，去調節(jié)控制參數，使之維持在給定數值上，或是按給定的規(guī)律變化，從而滿足控制的要求。如圖1-1所示的水槽，流入量和流出量分別為F1和F2，控制要求是維持水槽液位L不變人工控制：1.眼睛－測量液位2.大腦－判斷值的大小3.手－執(zhí)行操作命令缺點：1.操作者素質2.生理因素3.心理因素自動控制：1.測量－液位測量儀表－眼睛2.判斷－控制器－大腦3.執(zhí)行－控制閥－手優(yōu)點：在儀表質量合格和控制系統設計合理時，能滿足控制要求表示變送器，常省去不畫LC表示液位控制器sp代表控制器的給定值第一種情況：在平衡狀態(tài)下，F1突然變大第二種情況：在平衡狀態(tài)下，F2突然增大了由上分析可知，不論液位在何種干擾作用下，最終把液位拉回到給定值上。液位L上升，測量儀表輸出信號增加（大于給定值），調節(jié)器輸出信號變化，使得F2閥門開度增加，流量F2增加。最終液位L將慢慢下降并逐漸趨于給定值。當再度達到F2=F1時，系統將達到一個新的平衡狀態(tài)

液位L下降，測量儀表輸出信號減小，調節(jié)器輸出信號變化，使得F2閥門開度減小，流量F2減小。最終液位L將慢慢上升并逐漸趨于給定值。當再度達到F2=F1時，系統又將達到一個新的平衡狀態(tài)

通用控制系統方框圖

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x－setpoint,desiredvaluez－measuredvalueofcontrolledvariablee=x-zerrorp－controlsignal

q－manipulatedvariabley－controlledvariabled－disturbance(干擾信號，使y偏離x的外界因素)Feature:(1)自動調節(jié)系統是按偏差e的大小(包含e的符號)

進行調節(jié)的。

(2)自動調節(jié)系統由封閉回路組成(閉環(huán))。

(3)自動調節(jié)系統是負反饋的。35

3.ResponseofautomaticcontrolsystemSteady-state:variablesdonotchangewithtime靜止與靜態(tài)的區(qū)別，靜態(tài)是相對的、暫時的、有條件的。Dynamic-state:variableschangewithtime

動態(tài)是絕對的、經常的、無條件的。Transientresponse:theperiodfromonesteady-statetoanothersteady-state(theperiodofcontrolactionovercomedisturbance)disturbance→producingerrorcontrolaction→overcomeerror控制過程總是處在一波未平，一波又起，波動不止，往復不息的動態(tài)過程中。3637擾動信號384.Qualitydesireforcontrolsystem

(1)Twotypescontrolresponse

當輸入（干擾或給定值）發(fā)生階躍變化時，由于過程本身的特性，過渡過程有以下幾種基本形式。39衰減震蕩衰減無震蕩goodcontrolresult－decayingoscillationstableresponse－achievenewsteady-state：(a)(b)unstableresponse－notachievenewsteady-state：

(c)(d)40SectionⅡAutomaticinstruments要點:1.Type(1)按作用分：測量儀表、顯示儀表、調節(jié)儀表

(2)按工作能源分：氣動儀表pneumaticinstrument、液動儀表、電動儀表electricinstrument(3)按作用的組合方式分:基地式、單元組合式

elementcombinatoryinstrument43信號/mA溫度/℃050100100200300流量/m3·h-110254002550Example:

氣動儀表2.Standardsignal

氣動儀表:0.2~1.0Kg/cm２氣壓信號電動儀表:0~10m

A(DC)(Ⅱ型)4~20m

A(DC)(Ⅲ型)電流信號44工藝管道及控制流程圖儀表符號圖形符號字母代號儀表位號采用美國儀表學會（ISA）編制的儀表代號采用美國制漿造紙技術協會（TAPPI）和加拿大制漿造紙協會（CPPA）編制代號例子：工藝管道及控制流程圖脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖舉例左圖是乙烯生產過程中脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖能看懂嗎？？38序號安裝位置圖形符號備注序號安裝位置圖形符號備注1就地安裝儀表嵌在管道中4集中儀表盤后安裝儀表2集中儀表盤面安裝儀表5就地儀表盤面安裝儀表3就地儀表盤面安裝儀表（一）儀表安裝位置的圖形符號表示常規(guī)儀表圖形符號：直徑為12mm(或10mm)的細實線圓圈字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能ACDEFIKLMPQRSTVWYZ分析電導率密度電壓流量電流時間或時間程序物位水分或濕度壓力或真空數量或件數放射性速度或頻率溫度黏度力供選用位置差比（分數）積分、累積安全報警控制（調節(jié)）檢測元件指示自動-手動操作器積分、累積記錄或打印開關、聯鎖傳送閥、擋板、百葉窗套管繼動器或計算器驅動、執(zhí)行或未分類的終端執(zhí)行機構（二）被測變量和儀表功能的字母代號脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖舉例舉例塔頂的壓力控制系統PIC-207：P－測量壓力；I：具有指示功能；C－具有控制功能；回流罐液位控制系統LIC-201。

塔下部溫度控制系統TRC-210具有指示功能的壓力控制器。該控制系統是通過改變氣相采出量來維持塔壓穩(wěn)定的。具有指示功能的液位控制器，它是通過改變進入冷凝器的冷劑量來維持回流罐中液位穩(wěn)定的。

具有記錄功能的溫度控制器，它是通過改變進入再沸器的加熱蒸汽量來維持塔底溫度恒定的。207、201、210???（三）儀表位號

儀表位號是由字母代號組合和阿拉伯數字編號兩部分組成。阿拉伯數字編號寫在圓圈的下半部，其第一位數字表示工段號，后續(xù)數字（二位或三位數字）表示儀表序號。

測量點在加熱蒸汽管