程志戈 泰格林紙集團(tuán)股份有限公司岳陽紙業(yè) 湖南 岳陽 （414002）

高速紙機配漿控制策略

程志戈 泰格林紙集團(tuán)股份有限公司岳陽紙業(yè) 湖南 岳陽 （414002）

介紹了高速紙機配漿控制策略，主要包括配漿控制和配漿濃度控制。

配漿控制；濃度控制

1 概況

造紙工業(yè)是一個與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會文明建設(shè)息息相關(guān)的重要產(chǎn)業(yè)。漿料制備系統(tǒng)是整個造紙工藝流程的重要組成部分，為了達(dá)到上漿系統(tǒng)給定的工藝要求，保證紙漿的產(chǎn)量和質(zhì)量，必須穩(wěn)定配漿控制。

文化紙生產(chǎn)所用漿料主要有以下幾種：進(jìn)口漂白硫酸鹽針葉木漿（NBKP漿）、進(jìn)口漂白硫酸鹽闊葉木漿（LBKP漿）、化學(xué)機械漿（APMP漿）和廢紙脫墨漿（DIP漿）。其中NBKP漿和LBKP漿一般為外購漿板，須經(jīng)碎漿、除渣和磨漿后達(dá)到生產(chǎn)要求，APMP漿和DIP漿一般為自產(chǎn)漿，進(jìn)入造紙車間前已經(jīng)達(dá)到生產(chǎn)要求，進(jìn)入造紙車間后直接送入貯漿塔，為了達(dá)到連續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)，滿足生產(chǎn)要求的NBKP漿、LBKP漿、APMP漿和DIP漿首先送入各自的配漿池，然后將控制好濃度各種漿料按一定的配比送入混合漿池。為了達(dá)到節(jié)省造紙成本的目的，使用墊層漿回收造紙白水中的纖維，通過回收漿池直接送入混合漿池；在紙機抄造過程中產(chǎn)生的損紙漿將回送到損紙漿塔，經(jīng)過處理后再按一定的配比送入到混合漿池。NBKP漿、LBKP漿、APMP漿、DIP漿、損紙漿和回收漿在混合池中進(jìn)行充分混合，為后續(xù)紙機抄造提供達(dá)到生產(chǎn)要求的成漿。

當(dāng)前在造紙行業(yè)中，隨著造紙機車速的提高和設(shè)備的更新，配漿方式已逐步采用管道配漿。目前管道配漿有三種方式：第一種為流量給定控制方式，此種方式用人工給定參與配漿的各漿種流量的大小，進(jìn)行單回路控制，保持到混合漿池各種漿的比率；第二種為比率自動控制方式，主要利用混合漿池液位控制的輸出作為主要漿種的流量給定，并通過比率控制器決定其它漿種的流量給定；其具有的優(yōu)點為：能按紙機抄造情況，自動控制瞬時配比的各漿種流量大小，可保證混合漿池液位穩(wěn)定；第三種為絕干纖維量比率自動控制方式，此種方式按參與配漿漿種的絕干纖維量來計算和控制各漿種配比的比率，它比流量控制更為準(zhǔn)確，能夠穩(wěn)定控制各種漿的配比。其優(yōu)點是配漿效果好，漿種的纖維配比穩(wěn)定，更改、調(diào)整更為容易。此方案不需要人工計算，只需給定各種漿絕干的配比。

2 控制策略簡述

生產(chǎn)過程中系統(tǒng)提供了NBKP漿、LBKP漿、APMP漿和DIP漿四種漿料，同時配抄損紙漿，為了節(jié)約生產(chǎn)成本，使其中幾種漿按一定的配比送入到混合池進(jìn)行充分的混合，為后續(xù)生產(chǎn)過程提供滿足生產(chǎn)要求的成漿。采用絕干纖維量比率自動控制方式，絕干纖維量配比可以通過操作人員在操作站上設(shè)定，通過控制軟件實現(xiàn)。

在造紙工業(yè)中，紙張的絕干漿量一般可以認(rèn)為是濃度和流量的乘積：

式中：G表示紙漿絕干纖維量，F(xiàn)表示紙漿流量，C表示紙漿濃度。

在生產(chǎn)過程中，將系統(tǒng)提供的NBKP漿、LBKP漿、APMP漿、DIP漿和損紙漿按一定的絕干量配比進(jìn)行控制，同時實現(xiàn)濃度、流量和液位的控制。所有信息在操作站顯示，使操作人員能夠及時了解生產(chǎn)情況。

根據(jù)絕干量配比控制的原理，絕干量是漿料的濃度和流量的函數(shù)，濃度和流量的變化都會導(dǎo)致絕干量發(fā)生變化。眾所周知，如果濃度和流量兩個量同時變化，則要控制絕干量在一個給定的值不變是不容易實現(xiàn)的，且控制效果不一定令人滿意，因此我們可以采用保持其中一個量（如濃度）不變，根據(jù)給定的絕干量來控制另一個量（流量）來使絕干量達(dá)到并保持給定值。

由于配漿池中的漿料是按工藝要求的濃度生產(chǎn)好的，其濃度不會發(fā)生大幅度的變化。但紙漿是懸濁液，其中含有不能溶解的固體物質(zhì)，故其濃度是不均勻的。同時生產(chǎn)工藝對紙漿的濃度有一定的要求，要對濃度進(jìn)行稀釋，使其達(dá)到生產(chǎn)要求。由于NBKP漿、LBKP漿、APMP漿、DIP漿和損紙漿送入混合漿池后要充分的混合，需要攪拌器進(jìn)行攪拌，再加上液位本身的不穩(wěn)定，因此混合漿池的液位波動較大?？紤]到生產(chǎn)過程的實際情況，混合漿池的液位控制要求較寬，要達(dá)到既要防止缺漿，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，又要防止?jié)M漿，造成不必要的浪費。

控制策略可分為絕干纖維量配比控制和配漿濃度控制。

3 絕干纖維量配比控制

絕干纖維量的配比控制比較復(fù)雜，其影響因素比較多，配漿的濃度、流量變化都會對配比控制產(chǎn)生影響。在保持工藝所需漿料的濃度相對穩(wěn)定的情況下，還要解決配漿的流量控制問題，此時絕干量主要的決定因素是流量。根據(jù)工藝生產(chǎn)的要求可以計算出在正常的工藝生產(chǎn)過程中達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量所需的絕干纖維量，再根據(jù)各漿種配比要求計算出各漿種的絕干纖維量，在保持各漿種濃度的情況下，就可以計算出配漿過程中各漿種配漿流量。配漿流量控制采用變頻電機實現(xiàn)。單漿種的絕干纖維量配比控制的控制框圖如圖1所示

根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求和對生產(chǎn)過程的分析，在正常的工藝生產(chǎn)過程中，達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量所需的絕干纖維量和混合漿池的穩(wěn)定液位成比例關(guān)系。見圖2。

其中：G表示目標(biāo)產(chǎn)量所需的絕干纖維量，BDMT/D（BDMT = bone dry metric tons：絕干公噸）表示每天所需絕干纖維噸，K表示系數(shù)，L表示混合漿池的穩(wěn)定液位。

在生產(chǎn)過程中需要加入的漿料有NBKP漿、LBKP漿、APMP漿、DIP漿、損紙漿和回收漿，其中回收漿不參與配漿控制，按一定的濃度和加入量直接送入混合池。其余幾種漿按操作人員設(shè)定的比率送入混合池，為便于操作人員靈活、方便的控制生產(chǎn)，在操作站上提供設(shè)定配比的操作畫面，在畫面中操作人員可通過畫面上的按鈕決定NBKP漿、LBKP漿、APMP漿和損紙漿是否加入，可設(shè)定參與配漿的各漿種的絕干纖維量配比值。控制程序根據(jù)絕干纖維量配比值、實際測量的濃度和混合池液位控制器的輸出可計算出在生產(chǎn)過程中NBKP漿、LBKP漿、APMP漿、DIP漿和損紙漿的配漿流量設(shè)定值，系統(tǒng)再根據(jù)配漿流量設(shè)定值控制漿料的送入。

在實際應(yīng)用中采用如下操作畫面見圖3。

在圖1-3中生產(chǎn)此種文化紙DIP漿為必須加入的漿種，BROKEN表示損紙漿，根據(jù)產(chǎn)品的性能指標(biāo)操作人員可設(shè)定NBKP漿、LBKP漿、APMP漿和損紙漿的配比值，當(dāng)不需要加入某種漿料時將相應(yīng)的漿種對應(yīng)的控制按鈕選擇為OFF，配漿流量設(shè)定值將自動設(shè)置為0。圖3中僅加入了LBKP漿、APMP漿、DIP漿和損紙漿，未加入NBKP漿。

采用RN表示NBKP漿的配比值，RL表示LBKP漿的配比值，RA表示APMP漿的配比值，RD表示DIP漿的配比值，RB表示損紙漿的配比值，QN表示NBKP漿的濃度測量值，QL表示LBKP漿的濃度測量值，QA表示APMP漿的濃度測量值， QD表示DIP漿的濃度測量值，QB表示損紙漿的濃度測量值，SPN表示NBKP漿配漿流量的設(shè)定值，SPL表示LBKP漿配漿流量的設(shè)定值，SPA表示APMP漿配漿流量的設(shè)定值，SPD表示DIP漿配漿流量的設(shè)定值，SPB表示損紙漿配漿流量的設(shè)定值，W表示混合池液位調(diào)節(jié)器的輸出值（范圍：0-100%），K表示系數(shù)。

其中：

配漿流量設(shè)定值計算公式如下：

4 配漿濃度控制

配漿濃度控制相對容易實現(xiàn)。由于NBKP漿、LBKP漿、APMP漿、DIP漿和損紙漿的濃度是互不影響的，且受其他的影響較小，將它們分開控制，通過分別控制相應(yīng)的氣動調(diào)節(jié)閥的開度來控制加入稀釋白水量的大小，調(diào)節(jié)濃度，采用最常用的PID控制。濃度控制方框圖如圖4所示：

在濃度控制系統(tǒng)框圖中PID控制器可提供正、反作用方式。所謂正作用方式是指調(diào)節(jié)器的輸出信號隨著被調(diào)量的增大而增大，此時整個調(diào)節(jié)器的增益為“＋”。處于反作用方式下，調(diào)節(jié)器的輸出信號隨著被調(diào)量的增大而減小，調(diào)節(jié)器的增益為“－”。只有根據(jù)被控對象的特性正確選擇調(diào)節(jié)器的作用方式才能夠有效的控制被控量，否則會使系統(tǒng)的控制性能更糟。由濃度控制的原理可知，當(dāng)調(diào)節(jié)加稀釋白水量的氣動調(diào)節(jié)閥的開度增大時，會使泵出口漿的濃度變小，此時控制器的輸出信號應(yīng)該減小，使氣動調(diào)節(jié)閥的開度減小，降低加入稀釋白水量，增大漿的濃度，以保證濃度穩(wěn)定在給定值，因此調(diào)節(jié)器應(yīng)該選擇反作用方式。

5 結(jié)束語

高速紙機配漿控制策略能夠滿足工藝生產(chǎn)要求，控制穩(wěn)定可靠，操作方便簡單。此控制策略已在岳陽紙業(yè)股份有限公司年產(chǎn)40萬t造紙機項目中漿料制備工段投用，整個系統(tǒng)投入運行以來，運行效果良好，各漿種流量能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定加入，為紙機的穩(wěn)定運行奠定了基礎(chǔ)。制漿造紙工業(yè)在整個國民經(jīng)濟(jì)中具有重要的地位和作用，實現(xiàn)制漿造紙工業(yè)的綜合自動化，在提高它的經(jīng)濟(jì)效益的同時降低它對環(huán)境的污染，對國家和社會具有重要意義。

程志戈，男，40歲，自動化工程師，從事儀表自動化維護(hù)工作19年，岳陽紙業(yè)主管PM8、PM9、PM10臺紙機和兩條DIP生產(chǎn)線的儀表自動化設(shè)備的維護(hù)。

2011-1-4