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     作者：鄭曉蒙

    一種國(guó)產(chǎn)高速衛(wèi)生紙機(jī)流送系統(tǒng)控制方案內(nèi)容簡(jiǎn)介。

    紙機(jī)漿料流送是指漿料經(jīng)上漿泵（或送漿泵）、高位箱、壓力篩，最后經(jīng)流漿箱將抄前池中的漿料均勻噴向網(wǎng)部的過程。流送系統(tǒng)是抄紙過程中十分重要的部分，其主要功能包括將漿料和化學(xué)品均勻混合，除去雜質(zhì)、空氣、纖維及絮聚物，保證進(jìn)入流漿箱漿料濃度、流量、壓力的穩(wěn)定等，其控制效果決定紙張成形質(zhì)量，控制難度較大。尤其在紙張定量控制方面，一般高速衛(wèi)生紙機(jī)定量為10—20g/m2左右，車速高于800 m/min，具有定量小，車速高的特點(diǎn)。在應(yīng)用常規(guī)QCS系統(tǒng)時(shí)，循環(huán)掃描架容易造成斷紙，而定點(diǎn)掃描時(shí)無法保證橫幅定量的均勻穩(wěn)定，具有較大局限性，所以無法得到較好的控制效果。因此在保證水分控制恒定的情況下，提出了調(diào)節(jié)絕干漿量的控制方案。

    本文詳細(xì)介紹了國(guó)產(chǎn)高速衛(wèi)生紙機(jī)流送系統(tǒng)工藝，分析控制難點(diǎn)，完成控制點(diǎn)配置，并提出了一種基于模糊PID復(fù)合控制絕干漿量的控制策略。

    1  流送系統(tǒng)工藝流程及測(cè)控點(diǎn)的配置

    紙漿在制漿車間制成后，輸送并存儲(chǔ)于成漿池。成漿泵將成漿池的漿料送到抄紙車間的抄前池。經(jīng)過二次調(diào)濃后，濃度穩(wěn)定的漿料經(jīng)過抄前池出口處的上漿泵進(jìn)入高位箱，漿料從高位箱出來后，在沖漿泵前與機(jī)外白水池的白水混合稀釋后，在沖漿泵中靠沖漿泵葉輪的旋轉(zhuǎn)離心作用，充分分散纖維后由沖漿泵送人壓力篩。經(jīng)過壓力篩除去纖維團(tuán)的漿料最終進(jìn)入流漿箱，經(jīng)由流漿箱出口噴向網(wǎng)部，整個(gè)流送系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。

    根據(jù)流送系統(tǒng)工藝流程，按順序依次設(shè)置控制點(diǎn)。

    1.1 -級(jí)調(diào)濃

    濃度調(diào)節(jié)是整個(gè)流送系統(tǒng)中比較重要的控制點(diǎn)，本系統(tǒng)采用兩級(jí)調(diào)濃的控制方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，以穩(wěn)定紙漿的濃度，防止紙張定量波動(dòng)，保證紙機(jī)能夠連續(xù)穩(wěn)定地工作。第一級(jí)調(diào)濃設(shè)置在成漿池出口位置，通過美卓濃度計(jì)測(cè)量成漿池出口處漿料濃度，以此為參考來控制白水管上的電動(dòng)閥，調(diào)節(jié)白水的加入量，得到理想的漿料濃度。第一級(jí)調(diào)濃為初步粗調(diào)。

    1.2抄前池液位控制

    從成漿池流出經(jīng)過一級(jí)調(diào)濃的紙漿被打人抄前池，抄前池的液位過低時(shí)將不能為后續(xù)抄造提供漿料，液位過高時(shí)則可能發(fā)生漿料溢出，造成浪費(fèi)，因此需要對(duì)抄前池液位進(jìn)行控制。本系統(tǒng)通過在抄前池安裝液位變送器來檢測(cè)抄前池液位，并根據(jù)所檢測(cè)的液位采用變頻器控制的成漿泵使抄前池液位保持一個(gè)恒定數(shù)值。

        1.3二級(jí)調(diào)濃

    抄前池漿料經(jīng)過一級(jí)調(diào)濃后濃度基本穩(wěn)定，但是抄前池的漿料經(jīng)過上漿泵直接進(jìn)入高位箱，進(jìn)而流人流漿箱中，即抄前池出口處濃度將直接影響紙張的質(zhì)量，所以需要在此處進(jìn)行二次調(diào)濃，調(diào)濃方式與一級(jí)調(diào)濃相同。

1.4流量控制

    從高位箱流下的紙漿與機(jī)外白水池的白水混合后進(jìn)入沖漿泵，紙漿流量直接影響抄紙定量，因此需要在高位箱下管段進(jìn)行流量控制。流量是流送系統(tǒng)中比較難控制的，不同的紙漿性質(zhì)將會(huì)對(duì)流量計(jì)算造成影響，除此之外，高位箱液位的波動(dòng)對(duì)流量檢測(cè)值也有較大影響。本系統(tǒng)采用上海恒河電磁流量計(jì)檢測(cè)流量，并使用高精度電動(dòng)閥作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制漿料流量。

    1.5機(jī)外白水池液位控制

    機(jī)外白水池液位通過液位變送器進(jìn)行檢測(cè)，控制電動(dòng)閥調(diào)節(jié)流入機(jī)外白水池白水的流量，使液位保持在相對(duì)穩(wěn)定的位置。

    (6)泵篩連鎖控制。在整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)上漿時(shí)，系統(tǒng)中每個(gè)電機(jī)都按照固定順序進(jìn)行啟動(dòng)，依次啟動(dòng)上漿泵、壓力篩、沖漿泵。系統(tǒng)以自動(dòng)或手動(dòng)的方式啟動(dòng)。當(dāng)處于自動(dòng)啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，不同電機(jī)將會(huì)按照已經(jīng)設(shè)置的順序，相隔一定時(shí)間依次啟動(dòng)。當(dāng)處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要啟動(dòng)各電機(jī)，手動(dòng)狀態(tài)加入了連鎖保護(hù)，防止用戶錯(cuò)誤操作。

    2控制策略及算法

    在本系統(tǒng)中，大部分單回路控制采用PID控制就可以得到較好的控制效果，只有在絕干漿量控制時(shí)對(duì)控制效果要求較高，無法采用常規(guī)PID控制得到滿意的控制效果，其他控制回路都是簡(jiǎn)單的單回路或者數(shù)字量的邏輯順序控制，此處不再贅述。以下著重討論絕干漿量控制算法。本文將采用基于模糊PID復(fù)合控制方法對(duì)絕干漿量進(jìn)行控制。

    2.1模糊PID復(fù)合控制

    模糊PID復(fù)合控制不依賴于被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型，對(duì)被控對(duì)象的非線性和時(shí)變性具有一定的適應(yīng)能力，又引入了PID控制穩(wěn)態(tài)性好、無靜差的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的控制效果。為了克服常規(guī)復(fù)合模糊控制在控制算法切換時(shí)產(chǎn)生控制效果不佳的缺點(diǎn)，采用了梯形隸屬函數(shù)的切換算法，克服常規(guī)復(fù)合控制的這一缺點(diǎn)，隸屬度函數(shù)如圖2所示。改變圖2中a、b的大小可以調(diào)整輸出強(qiáng)度，梯形隸屬度函數(shù)根據(jù)偏差e的大小調(diào)節(jié)系統(tǒng)中模糊控制于PID控制的控制強(qiáng)度，控制器最終輸出強(qiáng)度采用加權(quán)平均法計(jì)算，見式(1)。

    式中，U為系統(tǒng)輸出強(qiáng)度，UPID為控制器輸出強(qiáng)度，Ufuzzy為模糊控制器輸出強(qiáng)度�？刂破魇疽鈭D如圖3所示。

    模糊控制器采用雙輸入單輸出的二維增強(qiáng)型模糊控制器，輸入分別為設(shè)定值與檢測(cè)值的偏差e以及偏差的變化率，輸出為Δu。對(duì)應(yīng)的模糊語言為E，及U，在論域上定義7個(gè)模糊子集．記做{ NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，分屬于模糊集合{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}，隸屬度函數(shù)選用三角形隸屬度函數(shù)，采用Mamdani推理方法，使用加權(quán)平均法進(jìn)行解模糊，模糊規(guī)則如表1所示。

    根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，確定量化因子Ke=3，KΔe=3，比例因子Ku=0.6，切換隸屬度函數(shù)參數(shù)a=l，b=0.5。仿真結(jié)果如圖4所示。

    從圖4可以明顯看出，與常規(guī)PID相比，采用模糊PID復(fù)合算法有效地抑制了系統(tǒng)的超調(diào)，加快了系統(tǒng)響應(yīng)速度，并且克服了常規(guī)模糊控制存在靜差的缺點(diǎn)，提高了穩(wěn)態(tài)控制精度，具有良好的控制效果。

    2.2絕干漿量控制

    絕干漿量指單位面積紙張中所含纖維的絕干質(zhì)量，具體計(jì)算見式(2)。    

    式中，D為絕干漿量，kg/h;F為流量，m3/h,C為濃度，%，這里假設(shè)上網(wǎng)密度和水的密度相同，即k=1.0×l03 kg/m3。

    絕干漿量是影響最終成品質(zhì)量的重要指標(biāo)，對(duì)控制的精確性要求較高，而當(dāng)應(yīng)用QCS系統(tǒng)時(shí)循環(huán)掃描架容易造成斷紙，影響連續(xù)生產(chǎn)，定點(diǎn)掃描架又無法保證橫向定量穩(wěn)定，因此采用先進(jìn)控制算法來保證絕干漿量的穩(wěn)定性十分必要。本文基于模糊PID復(fù)合控制方法設(shè)計(jì)控制方案如圖5所示。其中Fsv(s)、Csv(s)分別表示流量和濃度設(shè)定值，F(xiàn)pv(s)、Cpv(s)分別表示流量和濃度檢測(cè)值，GF(S)、CC(S)分別表示流量和濃度控制對(duì)象。控制思想是通過模糊PID復(fù)合控制器對(duì)流量與濃度回路進(jìn)行控制，在保證濃度一定的前提下，調(diào)節(jié)流量回路，從而達(dá)到對(duì)絕干漿量的控制，調(diào)節(jié)紙張最終定量，經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)，控制效果良好。

    2.3硬件及軟件組成

    本控制系統(tǒng)由操作員站、工程師站和以西門子S7-315 PLC為主控制單元的現(xiàn)場(chǎng)控制站組成。三者之間以MPI網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)與紙廠其他工段相連形成全廠的集成自動(dòng)化系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)測(cè)控點(diǎn)的配置可以統(tǒng)計(jì)出輸入輸出點(diǎn)共需要模擬量輸入6路，模擬量輸出3路，數(shù)字量輸入13路，數(shù)字量輸出13路。因此共需要1個(gè)AI模塊(SM331)、1個(gè)AO模塊( SM332)、1個(gè)DI模塊(SM321)、1個(gè)DO模塊( SM322)。本系統(tǒng)在西門子的STEP7+ WinCC軟件平

臺(tái)上開發(fā)而成�？刂扑惴ú捎肧TEP7語言編寫，下載到下位PLC中，上位人機(jī)接口界面過WinCC軟件組態(tài)完成。

    3結(jié)語

    針對(duì)國(guó)產(chǎn)高速衛(wèi)生紙機(jī)漿料流送系統(tǒng)提出了整體控制方案，針對(duì)系統(tǒng)中絕干漿量的控制進(jìn)行了具體介紹，提出了基于模糊PID復(fù)合控制算法的控制方案，并與紙機(jī)其他部分控制系統(tǒng)通信組成DCS系統(tǒng)。該系統(tǒng)已于2013年8月在四川樂山某紙廠投入運(yùn)行，控制效果良好。

    4評(píng)述：

    詳細(xì)介紹了國(guó)產(chǎn)高速衛(wèi)生紙機(jī)漿料流送系統(tǒng)工藝及主要控制點(diǎn)的配置，針對(duì)高速衛(wèi)生紙機(jī)定量控制特點(diǎn)，基于模糊PID復(fù)合控制算法提出一種流送系統(tǒng)控制方案。實(shí)際應(yīng)用效果證明本方案的有效性和可行性。