造紙工業(yè)中自動控制技術(shù)的應(yīng)用范文

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［摘要］通過對比自動控制技術(shù)與傳統(tǒng)控制技術(shù)，分析自動控制技術(shù)在造紙工業(yè)中應(yīng)用的重要作用，分析國內(nèi)外自動控制技術(shù)在造紙工業(yè)中的應(yīng)用，最后闡述該應(yīng)用的發(fā)展趨勢，期望能夠?yàn)樽詣涌刂萍夹g(shù)在造紙工業(yè)中的發(fā)展提供一定的參考。

［關(guān)鍵詞］自動控制；造紙工業(yè)；控制算法；電動機(jī)

引言

造紙工業(yè)，不同于一般的日用消費(fèi)品工業(yè)，它是資金、技術(shù)、資源、能源密集型的行業(yè)，連續(xù)、高效的生產(chǎn)才能使規(guī)模效益得以體現(xiàn)［1］。隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展，造紙工業(yè)也進(jìn)入了快速發(fā)展期。過去10年我國造紙行業(yè)實(shí)現(xiàn)了“國產(chǎn)替代進(jìn)口，并成為凈出口國”的轉(zhuǎn)變［2］，這不僅體現(xiàn)了紙張產(chǎn)量的增加，更體現(xiàn)了造紙工業(yè)的充分發(fā)展，是造紙產(chǎn)量、質(zhì)量的綜合提升，是造紙工業(yè)發(fā)展進(jìn)入新階段的標(biāo)志。在經(jīng)濟(jì)全球化的驅(qū)動下，市場迸發(fā)出新的活力與生機(jī)，與此同時(shí)，企業(yè)面臨的市場競爭也更加殘酷，造紙行業(yè)也不例外。為了消化增支減利的各種因素，克服經(jīng)濟(jì)下行帶來的風(fēng)險(xiǎn)，為企業(yè)降本增效，先進(jìn)自動控制技術(shù)和產(chǎn)品的引入與開發(fā)，顯得至關(guān)重要。

1自動控制技術(shù)應(yīng)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(zhì)量提出了更高的要求，一定程度上加大了生產(chǎn)強(qiáng)度和難度，增加了生產(chǎn)成本。與此同時(shí)，環(huán)保的概念深入人心，這使得傳統(tǒng)制漿造紙企業(yè)不僅面臨成本壓力，更需為環(huán)保貢獻(xiàn)一分力量。“2012漿、紙、生物燃料及網(wǎng)絡(luò)計(jì)量高峰論壇”給了上述問題以解答。霍尼韋爾推出“經(jīng)得起未來考驗(yàn)適用于不斷變化世界的解決方案”，即將自動控制新技術(shù)用于造紙過程中的測量和控制。與傳統(tǒng)“人工控制”不同，傳統(tǒng)控制方式以人的大腦為控制中心，依托于長時(shí)間經(jīng)驗(yàn)積累下的靈活反應(yīng)和操作技巧，對工人依賴程度高，生產(chǎn)誤差大，且人力勞動價(jià)值不斷提高，這也給生產(chǎn)成本增添了負(fù)擔(dān)［3］。而自動控制技術(shù)以傳感器作為檢測裝置，將可編程控制器作為數(shù)據(jù)處理核心，結(jié)合先進(jìn)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(tǒng)與生產(chǎn)過程和目標(biāo)相匹配。在此基礎(chǔ)上建立的集成化信息平臺，更是增強(qiáng)了用戶與系統(tǒng)之間的互動性，逐步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作、實(shí)時(shí)監(jiān)測、及時(shí)故障診斷與排除的功能［4］。自動控制技術(shù)，因“能夠適應(yīng)未來的需求”，應(yīng)用于造紙工業(yè)成為必然。

2自動控制技術(shù)在造紙工業(yè)中的應(yīng)用

2．1紙張生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)（DCS）隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，造紙行業(yè)的自動化水平也越來越高，DCS系統(tǒng)越來越被造紙行業(yè)廣泛應(yīng)用，DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用，很大程度提高了相關(guān)造紙?jiān)O(shè)置的控制精度，保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行及各部生產(chǎn)工藝參數(shù)的穩(wěn)定控制。使得造紙行業(yè)管理工作更為明確，促進(jìn)了我國造紙行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

2．2紙張質(zhì)量控制系統(tǒng)（QCS）QCS技術(shù)是綜合現(xiàn)代的感應(yīng)技術(shù)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，現(xiàn)代自動控制技術(shù)、精密機(jī)械制造技術(shù)的一個(gè)系統(tǒng)工程技術(shù)。紙張生產(chǎn)中的QCS系統(tǒng)主要控制產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，其中最基本的為定量和水分，根據(jù)紙張的種類不同還有灰分、厚度、透氣度等指標(biāo)。通過質(zhì)量控制系統(tǒng)，提高紙質(zhì)，以達(dá)到增加收益的目的。

2．3紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)（DRIVES）根據(jù)造紙機(jī)的發(fā)展趨勢，現(xiàn)階段以及未來，造紙機(jī)都將向著高速大型的方向在發(fā)展，而這個(gè)高速必須要依靠電動機(jī)的高速來實(shí)現(xiàn)。隨著電力電子變流技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在造紙機(jī)控制系統(tǒng)中多使用的是交流調(diào)速系統(tǒng)，交流電動機(jī)具有非線性，因此控制好交流電動機(jī)成為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)［5，6］。

3造紙工業(yè)自動控制發(fā)展趨勢

20世紀(jì)70年代，自動控制以其優(yōu)良的性能在工業(yè)生產(chǎn)制造控制中嶄露頭角，很快在造紙生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用，但在技術(shù)與實(shí)踐上還比較簡單，只用于基本控制，隨著造紙工業(yè)的不斷發(fā)展，自動控制系統(tǒng)不斷創(chuàng)新，先進(jìn)算法的引入，以及精密控制的實(shí)現(xiàn)，加速了自動控制系統(tǒng)的發(fā)展。

3．1先進(jìn)算法的引入傳統(tǒng)閉環(huán)控制，具有一定“自我矯正”的能力，但對系統(tǒng)模型建立的要求相對嚴(yán)格，且參數(shù)選定后不再隨環(huán)境更改。考慮到質(zhì)量控制系統(tǒng)等模塊中具有帶有慣性的滯后環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的PID控制難以適合這種控制對象。先進(jìn)算法的出現(xiàn)，完成了“參數(shù)識別”的功能，使系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境變化自動修正控制系統(tǒng)參數(shù)。謝仕宏等［7］提出了一種將PID控制與模糊控制相結(jié)合的模糊自適應(yīng)PID控制，通過在線修正PID參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對擾動的快速平穩(wěn)調(diào)節(jié)。

3．2精密的電機(jī)拖動控制系統(tǒng)紙制品不斷衍生，造紙機(jī)多元化發(fā)展，要求在更換生產(chǎn)品種時(shí)造紙機(jī)的工作車速可以靈活調(diào)節(jié)，即電動機(jī)擁有較硬的機(jī)械特性和較大的調(diào)速范圍。同時(shí)，在生產(chǎn)過程中，面對電源的電壓、頻率波動以及造紙機(jī)負(fù)荷的變化、機(jī)械傳動部件問題等擾動，保持穩(wěn)定的車速，也成為電機(jī)拖動系統(tǒng)控制得更為精密的推動力。

4結(jié)語

自動控制技術(shù)應(yīng)用于造紙工業(yè)是工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然，有利于全面提高我國造紙企業(yè)的技術(shù)水平。通過提高生產(chǎn)過程的自動化程度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，最大限度地減少污染，節(jié)約能源，有利于綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

［參考文獻(xiàn)］

［1］張亞東．基于PLC的造紙機(jī)自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究［D］．合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2012．

［2］文心．造紙行業(yè)“十二五”規(guī)劃前瞻［J］．造紙化學(xué)品，2011，23（1）：36．

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

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

［5］孟彥京，許德玉，郝鵬飛．紙機(jī)變頻傳動的發(fā)展?fàn)顩r與特殊問題分析［J］．西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，18（3）：1－5．

［6］吳其華，徐邦荃．多電機(jī)同步傳動控制系統(tǒng)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(yīng)PID控制算法在紙機(jī)烘缸蒸汽系統(tǒng)中的應(yīng)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(xué)電氣工程與自動化學(xué)院