纸浆生产线控制系统系列：Schneider Electric EcoStruxure Process Automation_（5）.纸浆生产过程控制原理.docx

PAGE1

PAGE1

纸浆生产过程控制原理

1.纸浆生产线的概述

纸浆生产线是造纸工业中一个至关重要的环节，其主要任务是将原材料（如木材、废纸等）转化为高质量的纸浆。整个生产过程复杂且涉及多个步骤，包括原料准备、蒸煮、漂白、洗涤、筛选和浓缩等。每个步骤都需要精确的控制，以确保最终产品的质量和生产效率。在现代纸浆生产中，自动化控制系统起着至关重要的作用。

1.1原料准备

原料准备是纸浆生产的第一步，主要包括原料的切割、粉碎和输送。在这个阶段，控制系统需要确保原料的均匀输送和合理分配。例如，可以通过传感器检测原料的流量和质量，并通过变频器调节输送带的速度，以保持生产线的稳定运行。

1.2蒸煮过程

蒸煮过程是将原料转化为纸浆的关键步骤。在这个过程中，原料被放置在高压蒸煮罐中，通过高温和高浓度的化学药剂将木质素等非纤维物质分解。控制系统需要精确控制蒸煮罐的温度、压力和药剂浓度，以确保蒸煮过程的高效和安全。例如，可以通过PID控制器调节加热器的功率，以维持恒定的蒸煮温度。

1.3漂白过程

漂白过程是提高纸浆白度和纯度的重要步骤。在这个过程中，纸浆通过多个漂白段，每个段使用不同的化学药剂。控制系统需要根据纸浆的特性和漂白效果，调整各段药剂的流量和浓度。例如，可以通过比例控制器调节药剂泵的流量，以达到最佳的漂白效果。

1.4洗涤过程

洗涤过程是为了去除纸浆中的化学药剂和杂质。这个过程通常使用洗涤塔或多段洗涤系统。控制系统需要确保洗涤水的流量和温度，以提高洗涤效率。例如，可以通过流量计和温度传感器实时监测洗涤水的参数，并通过PLC控制洗涤塔的运行。

1.5筛选过程

筛选过程是为了去除纸浆中的大颗粒和杂质，确保纸浆的均匀性和质量。这个过程通常使用多级筛选设备。控制系统需要根据纸浆的流量和质量，调整筛选设备的运行参数。例如，可以通过压力传感器和流量计监测筛选设备的运行状态，并通过变频器调节筛选机的速度。

1.6浓缩过程

浓缩过程是将纸浆的水分降低到适宜的浓度，以便进一步加工或储存。这个过程通常使用浓缩机或离心机。控制系统需要精确控制浓缩机的运行参数，以达到最佳的浓缩效果。例如，可以通过浓度计和流量计实时监测纸浆的浓度和流量，并通过PLC调整浓缩机的运行速度。

2.控制系统的基本架构

纸浆生产线的控制系统通常采用分层架构，包括现场设备层、控制层和管理层。这种架构可以有效地管理和控制生产过程，提高系统的可靠性和灵活性。

2.1现场设备层

现场设备层包括各种传感器、执行器和测量设备。这些设备直接与生产过程接触，采集数据并执行控制命令。例如，温度传感器用于监测蒸煮罐的温度，流量计用于监测洗涤水的流量，变频器用于调节输送带的速度。

2.2控制层

控制层包括PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分布式控制系统）和SCADA（数据采集与监控系统）。这些设备和系统负责处理现场设备层采集的数据，并生成相应的控制命令。例如，PLC可以根据温度传感器的数据调整加热器的功率，DCS可以管理整个生产线的运行状态，SCADA可以提供实时的监控和报警功能。

2.3管理层

管理层包括操作员站、工程师站和数据库服务器。这些设备和系统负责数据的存储、分析和管理，以及生产过程的优化。例如，操作员站可以显示实时的生产数据和报警信息，工程师站可以进行系统配置和故障诊断，数据库服务器可以存储历史数据，用于生产和质量分析。

3.控制系统的功能模块

纸浆生产线的控制系统通常包含多个功能模块，每个模块负责特定的控制任务。这些模块之间通过网络通信进行数据交换，确保整个系统的协调运行。

3.1原料准备模块

原料准备模块负责原料的切割、粉碎和输送。该模块通过传感器采集原料的流量和质量数据，并通过变频器调节输送带的速度。例如，以下是一个简单的PLC程序示例，用于控制输送带的速度：

//PLC程序示例：控制输送带的速度

PROGRAMMain

VAR

RawMaterialFlow:REAL;//原料流量

ConveyorSpeed:REAL;//输送带速度

SetPoint:REAL:=100.0;//目标流量

Kp:REAL:=0.5;//比例增益

Ki:REAL:=0.1;//积分增益

Kd:REAL:=0.05;//微分增益

Error:REAL;//误差

IntegralError:REAL:=0.0;//积分误差

LastError:REAL:=0.0;//上一次误差

Output:REAL;//控制输出

END_VAR

//计算误