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造紙工業中自動控制技術的應用

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[摘要]通過對比自動控制技術與傳統控制技術,分析自動控制技術在造紙工業中應用的重要作用,分析國內外自動控制技術在造紙工業中的應用,最后闡述該應用的發展趨勢,期望能夠為自動控制技術在造紙工業中的發展提供一定的參考。

[關鍵詞]自動控制;造紙工業;控制算法;電動機

引言

造紙工業,不同于一般的日用消費品工業,它是資金、技術、資源、能源密集型的行業,連續、高效的生產才能使規模效益得以體現[1]。隨著我國工業的飛速發展,造紙工業也進入了快速發展期。過去10年我國造紙行業實現了“國產替代進口,并成為凈出口國”的轉變[2],這不僅體現了紙張產量的增加,更體現了造紙工業的充分發展,是造紙產量、質量的綜合提升,是造紙工業發展進入新階段的標志。在經濟全球化的驅動下,市場迸發出新的活力與生機,與此同時,企業面臨的市場競爭也更加殘酷,造紙行業也不例外。為了消化增支減利的各種因素,克服經濟下行帶來的風險,為企業降本增效,先進自動控制技術和產品的引入與開發,顯得至關重要。

1自動控制技術應用的必然性

隨著社會生活水平的提高,客戶對紙的消耗量有增無減,并且對紙的質量提出了更高的要求,一定程度上加大了生產強度和難度,增加了生產成本。與此同時,環保的概念深入人心,這使得傳統制漿造紙企業不僅面臨成本壓力,更需為環保貢獻一分力量。“2012漿、紙、生物燃料及網絡計量高峰論壇”給了上述問題以解答。霍尼韋爾推出“經得起未來考驗適用于不斷變化世界的解決方案”,即將自動控制新技術用于造紙過程中的測量和控制。與傳統“人工控制”不同,傳統控制方式以人的大腦為控制中心,依托于長時間經驗積累下的靈活反應和操作技巧,對工人依賴程度高,生產誤差大,且人力勞動價值不斷提高,這也給生產成本增添了負擔[3]。而自動控制技術以傳感器作為檢測裝置,將可編程控制器作為數據處理核心,結合先進算法,完成信號的采集、傳遞、處理及控制,用更高精度的電氣傳動控制系統與生產過程和目標相匹配。在此基礎上建立的集成化信息平臺,更是增強了用戶與系統之間的互動性,逐步實現遠程操作、實時監測、及時故障診斷與排除的功能[4]。自動控制技術,因“能夠適應未來的需求”,應用于造紙工業成為必然。

2自動控制技術在造紙工業中的應用

2.1紙張生產過程控制系統(DCS)隨著我國科學技術的不斷發展,造紙行業的自動化水平也越來越高,DCS系統越來越被造紙行業廣泛應用,DCS控制系統的應用,很大程度提高了相關造紙設置的控制精度,保證了設備的穩定運行及各部生產工藝參數的穩定控制。使得造紙行業管理工作更為明確,促進了我國造紙行業的現代化發展。

2.2紙張質量控制系統(QCS)QCS技術是綜合現代的感應技術,計算機應用技術,現代自動控制技術、精密機械制造技術的一個系統工程技術。紙張生產中的QCS系統主要控制產品的質量指標,其中最基本的為定量和水分,根據紙張的種類不同還有灰分、厚度、透氣度等指標。通過質量控制系統,提高紙質,以達到增加收益的目的。

2.3紙機傳動控制系統(DRIVES)根據造紙機的發展趨勢,現階段以及未來,造紙機都將向著高速大型的方向在發展,而這個高速必須要依靠電動機的高速來實現。隨著電力電子變流技術的迅速發展,現在造紙機控制系統中多使用的是交流調速系統,交流電動機具有非線性,因此控制好交流電動機成為控制系統設計的重點[5,6]。

3造紙工業自動控制發展趨勢

20世紀70年代,自動控制以其優良的性能在工業生產制造控制中嶄露頭角,很快在造紙生產中得到推廣應用,但在技術與實踐上還比較簡單,只用于基本控制,隨著造紙工業的不斷發展,自動控制系統不斷創新,先進算法的引入,以及精密控制的實現,加速了自動控制系統的發展。

3.1先進算法的引入傳統閉環控制,具有一定“自我矯正”的能力,但對系統模型建立的要求相對嚴格,且參數選定后不再隨環境更改。考慮到質量控制系統等模塊中具有帶有慣性的滯后環節,傳統的PID控制難以適合這種控制對象。先進算法的出現,完成了“參數識別”的功能,使系統能夠根據環境變化自動修正控制系統參數。謝仕宏等[7]提出了一種將PID控制與模糊控制相結合的模糊自適應PID控制,通過在線修正PID參數,實現了對擾動的快速平穩調節。

3.2精密的電機拖動控制系統紙制品不斷衍生,造紙機多元化發展,要求在更換生產品種時造紙機的工作車速可以靈活調節,即電動機擁有較硬的機械特性和較大的調速范圍。同時,在生產過程中,面對電源的電壓、頻率波動以及造紙機負荷的變化、機械傳動部件問題等擾動,保持穩定的車速,也成為電機拖動系統控制得更為精密的推動力。

4結語

自動控制技術應用于造紙工業是工業和經濟發展的必然,有利于全面提高我國造紙企業的技術水平。通過提高生產過程的自動化程度,穩定產品質量,提高生產效率,降低生產成本,獲得更好的經濟效益,最大限度地減少污染,節約能源,有利于綠色經濟發展。

[參考文獻]

[1]張亞東.基于PLC的造紙機自動控制系統設計與研究[D].合肥:合肥工業大學,2012.

[2]文心.造紙行業“十二五”規劃前瞻[J].造紙化學品,2011,23(1):36.

[3]黃秀娥,張偉.張力自動控制技術在造紙機械中的應用[J].華東紙業,2013,44(5):53-56.

[4]高致富,張鋒,周信.造紙工業過程自動控制系統的集成化信息平臺技術[J].中國造紙,2014,33(5):53-56.

[5]孟彥京,許德玉,郝鵬飛.紙機變頻傳動的發展狀況與特殊問題分析[J].西北輕工業學院學報,2000,18(3):1-5.

[6]吳其華,徐邦荃.多電機同步傳動控制系統分析[J].兵工自動化,2003,22(1):20-24.

[7]謝仕宏,姜麗波,劉國棟.模糊自適應PID控制算法在紙機烘缸蒸汽系統中的應用[J].化工自動化及儀表,2007,34(1):33-36.

作者:王佳月 盧佳欣 單位:安徽大學電氣工程與自動化學院

江蘇造紙雜志責任編輯:張雨    閱讀:人次
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