自动配浆过程控制策略研究及实现.doc

自动配浆过程控制策略研究及实现自动配浆过程控制策略研究及实现马太，朱雷，陈立国浙江中控技术股份有限公司，浙江杭州，310053摘摘 要：要：DCS 在造纸工业得到较广泛的应用，进一步开发与应用仍具有十分重要的意义本文结合当前造纸行业自动配浆工艺的要求及实例，介绍了纸浆配浆控制方案的基于 DCS硬件平台的设计与实现，系统功能强大，界面友好，组态方便，实际效果良好关键词：关键词：DCS，纸浆，绝干纤维量，配浆控制Application of SUPCON JX-300XP in Automatic Furnish Preparation System of Paper IndustryMA Tai，ZHU Lei，CHEN LiguoZhejiang SUPCON Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang, 310053Abstract: (DCS is widely applied in paper making industry, which further investigation is still in high significativeness . In this paper, specific applications of Supcon JX-300XP are introduced for the automatic paper furnish preparation’s controlling system based on the DCS hardware platform’s design and achievement ,which was combined with the present paper industry’s requirements and factual examples(illustations), with powerful system function ,friendly separating surface ,convenient configuration and good practical results.Keyword: (DCS, Paper pulps ,dry fiber flowing ,Automatic paper furnish preparation technic,paper pulps controlling system)前言前言针叶浆是优良的造纸原浆，但与其他造纸原浆相比成本最高。

为降低成本，纸厂通常需要在针叶浆中混合适量比例的阔叶浆、草类浆和损纸浆等成本较低的原浆配浆系统是将若干种浆料按一定的比例配成成浆的系统, 配浆控制的目标是稳定上网前的浆量，从而达到稳定成纸定量的目的配浆控制效果的优劣将直接影响产品的质量和生产成本1．． 配浆工艺控制现状配浆工艺控制现状根据工艺不同，配浆分为连续配浆和间歇配浆两种方式连续配浆方式要求瞬时配浆比例稳定，间歇配浆方式要求成浆配比和总量满足设定要求按照各浆料流量设定方法的不同，管道配浆又可分为以下三种方式：1、流量固定方式：各浆种的流量大小全部由人工给定2、流量比率方式：主要浆种的流量大小由人工给定，其他浆种的流量大小由比率控制器给定3、绝干量配比方式：绝干浆量 G（单位面积上纸的克重）是纸浆的重要质量指标，它是浆料浓度 C 和流量 F 的函数，一般可近似的认为是浓度和流量的乘积（G=F×C） 绝干量配比方式按各浆料绝干纤维量来控制浆料的配比,因成浆纤维配比稳定，是最佳配浆方式目前，大部分纸厂的配浆控制策略还停留在浓度、流量单回路、比率控制阶段，少量纸厂为改善配浆效果则购买了价格昂贵且功能专一的“造纸配浆计算机测控系统” 、 “纸浆绝干量测控仪”等专用配浆控制设备。

随着 DCS 技术在造纸行业的推广，越来越多的纸厂采用了 DCS 实现现场的过程控制由于 DCS 具备强大的计算和控制功能，因此通过挖掘DCS 潜力，实现专用“造纸配浆计算机测控系统” 、 “纸浆绝干量测控仪”等专用配浆控制设备的自动配浆功能成为了一种高性价比的技术方案浙江中控技术股份有限公司的 JX-300XP 系统是一款成熟可靠、性价比优异的 DCS 控制系统，基于 JX-300XP 系统的自动配浆程序已有成功应用的案例2．． 配浆工程案例介绍配浆工程案例介绍浙江某有限公司_1＃机特种纸项目的配浆工段有主线浆、辅线浆、损纸浆和淀粉四种原浆：各浆管线上安装有浆料浓度变送器、电动调节水阀、电磁流量计、流量调节阀和输送泵；各储罐上安装有推进器、液位变送器位于不同原浆池的原浆通过泵和调节阀输送到成浆池各线通过控制加水调节阀加水稀释的方法将来自原浆池的原浆浓度控制在配方设定浓度 配浆前，工艺员需要根据设定的配比、瞬时绝干量和实测浓度计算设定输送流量，浆料流量通过流量调节阀控制到设定值当各线到达各自的成浆设定累积量时自动关闭相应的泵和阀门为了防止原料的粘性造成结块，影响原料的出料顺畅和出料速度，造成生产效率的降低，在配浆过程中各原浆池需要同时启动推进器进行搅拌。

在配浆过程中，当工艺参数异常或设备故障时，如流量低、液位低、电机故障等，DCS 系统需要通过报警器发出各种报警声并在电脑屏幕上显示相应的故障点，严重时触发联锁动作，将系统带入安全状态3．． 控制方案的实现控制方案的实现:配浆系统的主要目的是保证成浆池各原料浆绝干浆比例稳定，对于连续配浆系统还需要在用浆量变化时尽可能保持合浆池液位稳定这需要对配浆系统中的浓度、流量和液位进行综合控制，并在工况或装置出现异常情况时执行正确的处理预案此外，配浆前复杂的参数计算也可由 DCS 程序完成绝干量近似等于浓度和流量的乘积，浆料浓度或流量的扰动都会造成绝干量的变化， 、同时控制浓度和流量的难度较大且效果差，因此我们采取固定浓度，只调节响应速度快的流量控制策略来实现控制瞬时绝干量的目的a)浓度控制浓度控制:由于采用的控制方案中绝干量控制与浓度无关，因此在配浆方案中，浓度控制回路为定值 PID 回路DCS 系统检测输浆管中的浓度，通过加水调节阀改变稀释水量，将浆料浓度控制到设定值由于采用加稀释水的方法控制浓度，因此浆料的设定浓度必须低于原浆池内原浆浓度b)绝干量控制绝干量控制:绝干量的控制是配比控制的重点和难点，它包括瞬时绝干量控制和绝干量累积控制。

理论上讲，如果瞬时绝干量控制得好，任一时刻成浆池内浆料的配比和浓度都将满足设定要求瞬时绝干量的控制:瞬时绝干量近似等于浓度和流量的乘积，干扰因素浓度采用 PID 单回路定值调节，控制瞬时绝干量就是控制浆料的流量iiii iCKG CGFFi ：i 的流量设定值Gi ：i 的瞬时绝干量设定值Ci ：i 的实测浓度G∑ ：配浆瞬时总绝干量设定值Ki：i 配比设定值(0~100%) 上述公式表明配浆过程中，流量设定值将随着浓度测量值的波动反向调整以减弱瞬时绝干量的变化在连续配浆过程中，为保证上下游环节的正常生产，必须避免成浆池液位过高或过低的情况发生为此配浆总流量的设定值应当随着成浆池液位的高低做相应的调整累积绝干量的控制:为了精确控制瞬时绝干量，尽管采取了种种措施，但设定值与真实值之间总会存在一定的偏差随着时间的推移各浆料绝干量累积误差会越来越大，当浆料的总累积量到达绝干量总设定值时，各浆料的绝干量累积分量与设定配比并不完全相同为消除绝干量累积误差，配浆系统根据总绝干累积量设定值和各浆料的绝干量配比设定计算得到浆料各自的绝干累积量设定值每条配浆线当绝干累积量到达本线的绝干累积量设定值时，配浆系统将关闭本线的泵、推进器和阀门并给出本线配浆结束提示。

当参与配浆的所有配浆线全部停止时，配浆系统给出配浆结束提示c)液位控制液位控制:由于纸浆为悬浊液其浓度是不均匀的，并且各种浆料需要充分混合，因此成浆池在配浆过程中需要开启推进器不停地搅拌、推动出料加上液位本身不稳定，浆池的液位波动较大如果液位控制采用 PID 调节必然对流量控制的稳定不利考虑到生产的实际需求，成浆池液位控制要求并不严格，只需避免满浆和缺浆即可，因此液位控制的目标可以宽限到一个区间在区间内液位无需调整综合考虑生产需求，液位控制最终采用液位高低限控制1、 当液位处在高、低限之间时，总设定流量为配浆启动前设置的参数 Fi；2、 当成浆池液位偏高时，配浆系统降负荷运行，此时总流量设定为；9 . 0iF3、 当成浆池液位偏低时，配浆系统增负荷运行，此时总流量设定为；1 . 1iF4、 当成浆池液位超高时，联锁停止配浆过程并给出相应的报警提示；这种方案既满足了成浆池液位控制的基本要求（不满浆不缺浆） ，同时也最大限度的降低了上下游液位变动对配浆过程的干扰，整体效果最优d)配比参数自动计算配比参数自动计算:自动配浆过程启动前需要设定各浆料的配比、浓度以及瞬时、累积绝干量参数。

计算时需要考虑各浆料的浓度和配比，原浆池存量和成浆池剩余空间等因素，关联参数多、计算复杂，对人员素质要求较高由于 DCS 具有强大的逻辑和数学运算功能，因此配比参数的计算也可由 DCS 系统实现用量较少的部分（如淀粉）可利用占整个配浆总绝干量的百分比来设定，用同样的方式对其进行启动停止控制、完成预期配浆配比参数计算遵循如下原理：绝干浆总量等于各浆料绝干浆量总和321GGGG绝干浆量等于流量与浓度的乘积iiiCF G各浆料绝干量配比之和恒为 1.00 . 1321KKK根据上述原理进行推导： CG CKG CKG CKG CG CG CGFFFF0 . 1333222111332211 321结论一：（损纸浆浓度 C3 的计算公式）浆料实测浓度绝干量配比系数；iiKCK CK CKCC0 . 122113 3 结论二：各浆料浓度自控回路的设定值为配浆前设定值 Ci 结论三：（各浆料流量自控回路的设定值计算公式）配比参数设定时，还需对各参数的有效性做判定，其中重要规则有：1、 各浆料配比之和为 100%；2、 各浆料浓度不能超出正常范围；3、 各原浆池绝干量不能低于配浆所需绝干量（备料足） ；浆料实测浓度绝干量配比系数；设定瞬时绝干量；ii ii iCKGCKGF:4、 成浆池有足够的空间；为了生产安全和操作简便，当参数正常时，配浆系统须给出“参数正确”提示，并允许启动配浆过程；当参数异常时，配浆系统须给出相应的参数出错提示并禁止启动配浆过程。

鉴于生产过程存在只有部分浆种参与配浆的工况（如主、辅线之一故障检修，无损纸浆，不加淀粉等情况） ，因此配比参数计算模块还需支持多种工艺路线e)配浆过程控制配浆过程控制:DCS 的顺控功能可以代替操作人员执行众多重复费时的操作好的顺控程序不仅在仪表正常时能够执行正确的操作，当仪表异常时也能按照应急预案及时、准确的将系统带入安全状态与人工操作相比，自动化生产过程更安全、得到的产品质量更稳定配浆过程是典型的间歇控制过程，可以采用 DCS 的顺控功能实现为了调试和维护方便，项目中采用了 SFC(顺控图)方式实现配浆功能配浆过程分为以下几个步骤：0、初始化：程序初始化1、 参数检查：计算配比参数并做有效性判定2、 开泵开阀开推进器：为了降低配浆前期阀门扰动对配比结果的影响，尽可能的实现精细化操作，每路浆料的调节阀控制策略如下：a)流量调节阀给固定开度 10%同时启动输浆泵直到流量不为 0；b)流量控制投自动，流量回路设定值在 30 秒内从当前流量均匀升至配浆设定流量 Fi 3、 配浆： 配浆过程中，各浆料浓度自控回路投自动，浓度设定值为配浆前设定值 Ci；各浆料流量回路投自动，流量设定值根据公式实时计算。

4、 停止配浆：在配浆阶段，如果出现下列情况配料过程立即停止a)操作员按下“停止”按钮；b)输浆管道在相关泵、阀、推进器开启并经过一段时间等待后仍然无流量，即断流报警；c)原浆池液。