鐘益聯(lián)

(中國(guó)中輕國(guó)際工程有限公司，北京，100026)

·質(zhì)量控制·

紙張質(zhì)量控制功能及其實(shí)現(xiàn)方式

鐘益聯(lián)

(中國(guó)中輕國(guó)際工程有限公司，北京，100026)

介紹了紙張質(zhì)量的縱向和橫向基本控制功能，扼要介紹了橫向執(zhí)行器及其安裝位置，提出由質(zhì)量控制系統(tǒng) (QCS)具有的控制功能轉(zhuǎn)移到由造紙機(jī)本體控制系統(tǒng) (MCS)來(lái)實(shí)現(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞:控制功能;執(zhí)行器;紙張質(zhì)量控制系統(tǒng);造紙機(jī)本體控制系統(tǒng)

紙張是紙廠的最終產(chǎn)品，定量和水分是表征其性質(zhì)的基本參數(shù)和最重要的質(zhì)量指標(biāo)。此外，根據(jù)紙種的不同，紙張還包括灰分、厚度、光澤度、平滑度、白度、不透明度、勻度、色度、涂布量等質(zhì)量指標(biāo)。為使產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量與性能要求，造紙機(jī)需配置紙張質(zhì)量控制系統(tǒng) (QCS)。該系統(tǒng)不僅具有各種各樣的紙張質(zhì)量控制功能，而且將會(huì)配置不同的傳感器，以適應(yīng)紙張質(zhì)量參數(shù)的檢測(cè)與控制。無(wú)論在國(guó)內(nèi)或國(guó)外，客戶均以造紙機(jī)是否裝備QCS作為產(chǎn)品訂貨的重要前提條件。

1 紙張質(zhì)量控制功能

就造紙機(jī)自動(dòng)化方面而言，紙張質(zhì)量控制包括造紙機(jī)縱向 (MD)和造紙機(jī)橫向 (CD)的檢測(cè)與控制。下面簡(jiǎn)單介紹一般造紙機(jī)的縱向和橫向基本控制功能。

1.1 造紙機(jī)縱向控制

造紙機(jī)縱向控制包括:QCS質(zhì)量顯示或報(bào)告軟件;縱向定量、水分解耦控制;絕干量反饋控制;水分控制;網(wǎng)前箱漿網(wǎng)速比控制;烘缸蒸汽自動(dòng)升降壓控制;協(xié)調(diào)變換紙種控制;協(xié)調(diào)變換車速控制。

1.2 造紙機(jī)橫向控制

造紙機(jī)橫向控制包括:橫向定量控制 (執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在唇板或稀釋水管道上);橫向水分控制 (執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在網(wǎng)部、壓榨部、干燥部);橫向厚度控制 (執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在壓光機(jī));橫向整飾執(zhí)行器 (執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在后干燥部);橫向涂布量執(zhí)行器 (執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在涂布機(jī))。

2 橫向執(zhí)行器

2.1 橫向定量 (weight)執(zhí)行器

橫向定量執(zhí)行器主要包括唇板控制執(zhí)行器和稀釋水控制閥。

2.1.1 唇板控制執(zhí)行器

唇板控制執(zhí)行器安裝在流漿箱的唇口處，通過(guò)調(diào)節(jié)唇板開(kāi)度來(lái)控制紙張橫幅定量，一般采用3點(diǎn)式調(diào)節(jié)方式，即在加大或縮小某一點(diǎn)唇板開(kāi)度的同時(shí)必須相應(yīng)調(diào)節(jié)相鄰唇板開(kāi)度［1］。某工程選用的唇板控制執(zhí)行器如圖1所示［2］。

由圖1可知，該執(zhí)行器主要由伺服電機(jī)、線性化裝置、位置傳感器組成。伺服電機(jī)控制執(zhí)行器步進(jìn)動(dòng)作，能正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。線性化裝置圓筒內(nèi)壁裝有螺線環(huán)形齒輪，能將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線上升和下降運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)唇板開(kāi)度的調(diào)節(jié)。該執(zhí)行器一般帶位置反饋LVDT(Linear Variable Differential Transformer)裝置，該位置反饋分辨率達(dá)到0.2μm，操作員可監(jiān)控執(zhí)行器的精確定位。

圖1 唇板控制執(zhí)行器結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 稀釋水控制閥

稀釋水控制閥安裝在水力式流漿箱稀釋水管道上，通過(guò)調(diào)節(jié)分區(qū)稀釋水 (一般為濃度約0.2%的白水)［3］用量來(lái)實(shí)現(xiàn)局部調(diào)節(jié)紙漿濃度。稀釋水用量通過(guò)稀釋水閥控制，閥門的開(kāi)度根據(jù)調(diào)節(jié)點(diǎn)的定量標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)確定。稀釋水調(diào)濃技術(shù)創(chuàng)造性地提出了濃度調(diào)節(jié)的新概念，突破了傳統(tǒng)的通過(guò)調(diào)節(jié)唇口彎曲變形來(lái)調(diào)節(jié)造紙機(jī)橫幅定量差的方法。

實(shí)際工作中，流漿箱中的每個(gè)稀釋水閥與掃描架中的每個(gè)單元都要一一對(duì)應(yīng)，從而要求均對(duì)流漿箱的橫向設(shè)備進(jìn)行校正。上述校正是按“映射”原理進(jìn)行的動(dòng)態(tài)校正過(guò)程，即可把掃描架側(cè)“元素集”看作流漿箱側(cè)“元素集”的映射。影響該映射的因素主要有唇板寬度、稀釋水閥間距、掃描架與兩個(gè)紙邊的距離、紙幅寬度、紙幅的抖動(dòng)，特別是從網(wǎng)部到卷取的紙幅收縮率等［4］。

另外，由于稀釋水閥的橫向分區(qū)要比唇板的微調(diào)分區(qū)窄得多 (某紙機(jī)唇板執(zhí)行機(jī)構(gòu)間距為197 mm，而稀釋水閥間距為64 mm)，具有更好的橫向濃度分布控制效果，因此在采用稀釋水水力式流漿箱時(shí)通常很少采用唇板微調(diào)裝置。

如某工程稀釋水控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)由專利協(xié)和齒輪、交流步進(jìn)電機(jī)及精準(zhǔn)位置反饋檢測(cè)裝置組成。稀釋水系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完全智能化，與橫幅稀釋水系統(tǒng)接口柜之間是總線連接，帶快速接頭的總線和電源電纜是預(yù)制好的。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可在高溫、高濕和高壓噴水環(huán)境下工作。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)方便安裝和容易整定。

流漿箱稀釋水調(diào)節(jié)原理及特點(diǎn)可參考文獻(xiàn)［5］，其他各種結(jié)構(gòu)形式的流漿箱及其控制在此不再贅述。

2.2 橫向水分 (moisture)執(zhí)行器

橫向水分執(zhí)行器主要包括安裝在網(wǎng)部、壓榨部的蒸汽式執(zhí)行器，安裝在干燥部的噴水式執(zhí)行器和安裝在后干燥部的蒸汽式執(zhí)行器。

造紙過(guò)程中干燥部對(duì)能源的消耗較大。干燥部運(yùn)行消耗的能源約占紙廠總能源消耗的55%［6］。眾所周知，造紙過(guò)程中在上游工段進(jìn)行脫水比在干燥部容易得多。因此，越來(lái)越多的造紙廠商將蒸汽箱安裝在成形部和 (或)壓榨部，作為一種提高干度和改善橫幅分布的有效手段。獲得一個(gè)優(yōu)化的橫幅水分分布曲線的實(shí)際意義遠(yuǎn)大于純粹的水分控制本身，其對(duì)于紙張涂布、表面壓光、卷取、復(fù)卷、包卷及切紙線等環(huán)節(jié)的操作效率和印刷環(huán)節(jié)運(yùn)行性能等方面的改善均被業(yè)界所認(rèn)同。安裝在成形部和 (或)壓榨部的蒸汽箱可以橫向分段提高紙張中水的溫度 (一般為20～40℃)，降低水的黏性來(lái)改善壓榨部的脫水性能。

工程上應(yīng)用的某種蒸汽箱為一體化設(shè)計(jì)，在紙機(jī)方向設(shè)有3個(gè)區(qū)，中間噴汽區(qū)根據(jù)需要對(duì)紙張噴射蒸汽從而改變橫幅水分分布，前后區(qū)主要防止中間噴汽區(qū)蒸汽的泄漏。中間噴汽區(qū)在橫向設(shè)成若干間隔(如某蒸汽箱為152 mm)，每一間隔設(shè)一個(gè)執(zhí)行閥，執(zhí)行閥的獨(dú)特設(shè)計(jì)將精細(xì)調(diào)節(jié)的蒸汽噴至每一分區(qū)。

近幾年，新型蒸汽箱問(wèn)世并應(yīng)用在工程上，其技術(shù)特點(diǎn)包括:擴(kuò)散板的優(yōu)化設(shè)計(jì)，新的蒸汽噴射系統(tǒng)和密封區(qū)提高了熱傳遞效率;采用較低的蒸汽壓力和蒸汽過(guò)熱度;新一代設(shè)計(jì)無(wú)需預(yù)熱區(qū)，提供更好的橫幅調(diào)節(jié)性能和運(yùn)行性能;電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供100%線性移動(dòng)，沒(méi)有測(cè)量滯后。實(shí)際位置反饋和在線故障排除功能，檢查時(shí)不必將蒸汽箱從紙機(jī)中取出［6］。

其他形式的蒸汽箱和安裝在干燥部、后干燥部的橫向水分執(zhí)行器，在此不一一贅述。

2.3 橫向厚度 (caliper)執(zhí)行器

眾所周知，壓光的主要目的是獲得光滑的印刷表面，但紙張厚度控制也是壓光的重要作用之一。厚度控制可通過(guò)受控傳熱或感應(yīng)方式加熱或去熱來(lái)調(diào)節(jié)壓光輥的溫度，改變?cè)搲汗廨伒木植恐睆?，從而改變兩個(gè)相接觸壓光輥的局部間隙。局部間隙改變，工作時(shí)其線壓力亦會(huì)改變。簡(jiǎn)言之，橫向厚度控制由壓光機(jī)厚度控制輥局部直徑的熱脹冷縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。

除傳統(tǒng)壓光機(jī)外，根據(jù)紙種及紙張性能要求不同，還有其他形式壓光機(jī)在工程上得到應(yīng)用，如超級(jí)壓光機(jī)、帶可控中高輥的軟壓光機(jī)等。軟壓光機(jī)采取熱硬輥和彈性輥對(duì)紙幅進(jìn)行壓光，壓輥有彈性，紙幅通過(guò)壓區(qū)時(shí)可獲得比較均衡的壓力。軟壓光機(jī)的可控中高輥有兩種形式:可控中高浮游輥和分區(qū)可控中高輥。分區(qū)可控中高輥大多用于大型或較大型高速現(xiàn)代化造紙機(jī)。根據(jù)紙張橫向厚度分布，可采用橫幅模糊控制算法，精細(xì)調(diào)節(jié)可控中高輥內(nèi)分區(qū)液壓壓力變化來(lái)實(shí)現(xiàn)紙張橫向厚度控制。其他形式的壓光機(jī)厚度控制的工作原理和控制說(shuō)明在此不再描述。配置這些設(shè)備的目的是控制紙張的厚度、改善紙張表面性能，以期獲得紙張橫向各種性能的均一性。

2.4 橫向光澤度 (gloss)執(zhí)行器

橫向光澤度執(zhí)行器安裝在壓光機(jī)上，一般適用于涂布印刷紙、涂布包裝紙及超級(jí)壓光紙。橫向光澤度執(zhí)行器的參考安裝位置和系統(tǒng)圖見(jiàn)圖2。

橫向光澤度控制要與QCS配合。圖2中橫向光澤度控制系統(tǒng)由紙張正面、反面橫向執(zhí)行器及其接口站組成。QCS光澤度傳感器提供紙張正面或反面的測(cè)量信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)QCS處理變成數(shù)字分區(qū)控制設(shè)定點(diǎn)信號(hào)輸入至執(zhí)行器接口站微處理器，執(zhí)行器接口站的分區(qū)輸出信號(hào)送至執(zhí)行器對(duì)應(yīng)的分區(qū)控制閥，調(diào)節(jié)該閥開(kāi)度從而實(shí)現(xiàn)精確的分區(qū)水蒸氣流量控制。執(zhí)行器的作用是受控噴射薄的均勻分散的水霧至紙張涂布表面，而紙張本身沒(méi)有被加熱。這種方法不會(huì)導(dǎo)致紙張厚度減少和由于熱滲透引起紙張兩面光澤度的相互影響。經(jīng)受控噴霧濕潤(rùn)的紙張表面通過(guò)多輥壓光后能改善紙幅光澤度性能。

某種光澤度執(zhí)行器的主要數(shù)據(jù)為:橫向控制區(qū)寬度75～150 mm;噴射蒸汽接近飽和蒸汽;噴射蒸汽壓力0～0.1 MPa;噴射蒸汽流量0～37 kg/(h·m);裝置距紙幅間距25～75 mm。

2.5 橫向平滑度 (smoothness)執(zhí)行器

橫向平滑度執(zhí)行器安裝在壓光機(jī)上，一般應(yīng)用在機(jī)內(nèi)壓光印刷紙和超級(jí)壓光紙。橫向平滑度執(zhí)行器的參考安裝位置和系統(tǒng)圖見(jiàn)圖3。

橫向平滑度控制也要與QCS配合。圖3中橫向平滑度控制系統(tǒng)由紙張正面、反面橫向執(zhí)行器及其接口站所組成。從圖3可以看到，掃描架平滑度傳感器、QCS柜、接口站、平滑度執(zhí)行器構(gòu)成平滑度控制回路。依據(jù)紙張應(yīng)用性能要求，平滑度控制是壓光前預(yù)先在紙張的表面由執(zhí)行器受控噴射水蒸氣，紙幅表面將被加熱、濕潤(rùn)從而使纖維變得柔軟。經(jīng)過(guò)橫向平滑度執(zhí)行器后的紙張?jiān)偻ㄟ^(guò)壓光機(jī)多輥壓光，其效果是改善了紙幅橫向和縱向的平滑度性能。

某種平滑度執(zhí)行器的主要數(shù)據(jù)為:橫向控制區(qū)寬度75～150 mm;噴射蒸汽接近飽和蒸汽;噴射蒸汽壓力0～0.1 MPa;噴射蒸汽流量0～75 kg/(h·m);噴嘴距紙幅的距離3～13 mm。

利用執(zhí)行器進(jìn)行紙張橫向控制的執(zhí)行器參考位置見(jiàn)圖4。

在此應(yīng)該指出，各種各樣的紙機(jī)，由于產(chǎn)品及其用途不同，紙張的應(yīng)用性能指標(biāo)不同，其橫向執(zhí)行器的配置也不同，故圖4紙張橫向控制執(zhí)行器位置僅是作為參考或方便討論之用。具體到每臺(tái)紙機(jī)橫向控制執(zhí)行器的配置及其安裝位置，要根據(jù)紙機(jī)及其所生產(chǎn)紙種的需要來(lái)確定。

圖2 紙張橫向光澤度執(zhí)行器安裝位置和系統(tǒng)圖

圖3 紙張橫向平滑度執(zhí)行器安裝位置和系統(tǒng)圖

圖4 紙張橫向控制執(zhí)行器位置圖

3 造紙機(jī)紙張質(zhì)量控制功能簡(jiǎn)述

3.1 定量、水分解耦控制

定量、水分解耦控制原理見(jiàn)圖5。

一般來(lái)說(shuō)，定量、水分傳感器一起安裝在掃描架上，其測(cè)量值反映紙張同一部位的狀況。由于傳感器測(cè)量原理及方法等原因，從掃描架檢測(cè)出的定量、水分兩個(gè)參數(shù)信號(hào)之間存在較為嚴(yán)重的關(guān)聯(lián)，為得到真實(shí)、準(zhǔn)確的定量、水分信號(hào)，以便于控制系統(tǒng)分別進(jìn)行定量、水分控制，故需要對(duì)定量、水分兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行解耦控制。解耦實(shí)際上是一種多變量的過(guò)程控制，其本質(zhì)是設(shè)置一個(gè)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，用它去抵消本來(lái)就存在于過(guò)程中的關(guān)聯(lián)。解耦控制設(shè)計(jì)方法已有文獻(xiàn)介紹 (如參考文獻(xiàn)［7］等)，此處不再贅述。

圖5中，經(jīng)過(guò)定量、水分解耦后得到的定量、水分信號(hào)分別作為紙漿流量、蒸汽壓力 (內(nèi)環(huán))回路的外給定。內(nèi)環(huán)與外環(huán)分別構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立的定量、水分串級(jí)控制回路。

3.2 絕干量反饋控制

絕干量反饋控制原理見(jiàn)圖6。

縱向定量控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常為定量閥或者變頻沖漿泵。當(dāng)采用定量閥時(shí)，由QCS定量傳感器檢測(cè)定量，經(jīng)過(guò)QCS控制定量閥開(kāi)關(guān)來(lái)達(dá)到縱向定量控制的目的。定量閥通常由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其特點(diǎn)是分辨率高、重現(xiàn)性高，可以實(shí)現(xiàn)閥門微小、精細(xì)的開(kāi)度變化，且采用緊密與堅(jiān)固的設(shè)計(jì)以滿足惡劣環(huán)境下的使用。當(dāng)定量控制采用變頻沖漿泵時(shí)，QCS的輸出則作為該沖漿泵變頻器的外給定，通過(guò)沖漿泵的速度調(diào)節(jié)來(lái)穩(wěn)定紙張的定量。

紙張的縱向定量實(shí)際上包括串級(jí)控制和前饋控制，定量控制本身采用的是增量控制方式，作為外環(huán)與成漿流量控制形成串級(jí)控制。當(dāng)定量投入串級(jí)時(shí)，定量控制器的輸出作為一對(duì)增量信號(hào) (增加和減少)來(lái)改變流量設(shè)定值的大小，流量回路的調(diào)節(jié)輸出也是一對(duì)增量信號(hào)來(lái)影響定量閥。

成漿濃度有獨(dú)立的單回路控制，用以穩(wěn)定成漿濃度，又作為定量的前饋控制來(lái)改變流量的設(shè)定值，如當(dāng)濃度增加時(shí)，控制系統(tǒng)將根據(jù)濃度的變化量來(lái)減小流量的設(shè)定值，控制定量閥關(guān)小，以達(dá)到定量的穩(wěn)定，而不是等定量發(fā)生變化后再來(lái)控制上漿流量。

影響縱向定量控制的主要因素除上漿流量、成漿濃度波動(dòng)外，還與紙機(jī)填料、留著率、壓頭、車速和紙張水分有關(guān)。

圖5 定量、水分解耦控制原理方框圖

圖6 絕干量反饋控制原理圖

另外，對(duì)于紙張主要性能參數(shù)為典型被控對(duì)象純滯后且時(shí)間較長(zhǎng)的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外許多文獻(xiàn)對(duì)純滯后補(bǔ)償?shù)目刂扑惴ㄒ炎隽嗽敿?xì)介紹，在此不再贅述。

3.3 水分控制

紙張縱向水分控制通過(guò)對(duì)干燥部蒸汽壓力 (即溫度)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。水分控制原理可參考圖5中的蒸汽壓力和QCS水分控制回路。如前所述，蒸汽壓力 (內(nèi)環(huán))回路與QCS水分控制回路 (外環(huán))構(gòu)成水分串級(jí)控制。一般而言，紙張水分控制的技術(shù)要點(diǎn)一是烘缸組差壓的分程控制和調(diào)節(jié)閥的正確選擇，二是暖缸升溫的設(shè)定和QCS、斷紙、自動(dòng)或手動(dòng)的設(shè)定。為明確起見(jiàn)，各種信號(hào)設(shè)定如圖7所示。

圖7中，有關(guān)模塊控制功能為:PY1、PY2為低值選擇器，對(duì)供汽PC回路的調(diào)節(jié)器輸出與烘缸預(yù)熱升溫輸出作低值選擇;PY3、PY4為比例設(shè)定器，根據(jù)紙張溫度曲線設(shè)置兩烘缸組之間的壓差;HC03模塊實(shí)現(xiàn)斷紙時(shí)“烘缸蒸汽自動(dòng)升降壓控制”的功能，詳見(jiàn)本文3.5節(jié)描述;當(dāng)紙機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，HC01模塊為QCS水分信號(hào)輸出，作為整個(gè)蒸汽冷凝水系統(tǒng)各烘缸組供汽壓力回路的外給定;HC02模塊為手動(dòng)或自動(dòng)操作切換功能。

圖7 紙張水分控制信號(hào)給定原理圖

圖8 氣墊式流漿箱控制原理圖

3.4 流漿箱漿網(wǎng)速比控制

流漿箱漿網(wǎng)速比控制見(jiàn)圖8。

氣墊式流漿箱的主要控制參數(shù)是總壓和漿位。控制總壓是為了保證穩(wěn)定的漿網(wǎng)速比以獲得均勻的紙張成形和定量分布，而控制漿位是為了限制流漿箱內(nèi)纖維的絮聚?？倝汉蜐{位的控制存在一定的關(guān)聯(lián)影響。壓力式流漿箱的噴漿壓力與其液位和氣墊壓力相關(guān)，且液位和氣墊壓力是互有耦合。為獲得較理想的控制效果，對(duì)液位和氣墊壓力要解耦，其解耦方法有:采用不變性原理的經(jīng)典解耦控制算法［8］、自適應(yīng)解耦算法、仿人智能解耦算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦算法、模糊解耦算法［3］。若需深入了解各種解耦算法及其技術(shù)特點(diǎn)，可參考文獻(xiàn)［3］、［8］或其他國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)介紹。

3.5 烘缸蒸汽自動(dòng)升降壓控制

蒸汽自動(dòng)升降壓控制是指紙機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中突發(fā)事件 (如斷紙等)時(shí)對(duì)烘缸蒸汽壓力加以控制以防止烘缸內(nèi)積水或過(guò)熱。當(dāng)事件發(fā)生時(shí)烘缸主蒸汽壓力將自動(dòng)下降到一個(gè)預(yù)先設(shè)定的設(shè)定值，該設(shè)定值可以是烘缸蒸汽正常壓力的一個(gè)百分?jǐn)?shù)，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后，若事件尚未解除，烘缸主蒸汽壓力再次下降到另一預(yù)先設(shè)定的設(shè)定值。當(dāng)事件消除后烘缸主蒸汽壓力將按預(yù)先設(shè)定斜率自動(dòng)恢復(fù)到正常的烘缸蒸汽壓力。操作或技術(shù)人員可根據(jù)需要設(shè)定每個(gè)被控階段的變化幅度、延時(shí)時(shí)間、坡變速度和分段數(shù)。蒸汽自動(dòng)升降壓控制原理參考圖見(jiàn)圖9。

圖9是烘缸主蒸汽壓力回路在斷紙時(shí)壓力隨時(shí)間變化的升降壓曲線圖，其他烘缸組供汽壓力跟隨主蒸汽壓力同時(shí)一起變化 (實(shí)際上是“按比例”同時(shí)給定與跟蹤)。烘缸蒸汽自動(dòng)升降壓控制有助于縮短事件動(dòng)作時(shí)間快速恢復(fù)產(chǎn)品生產(chǎn)。當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，可以采用蒸汽自動(dòng)升降壓控制方式，亦可切換到手動(dòng)操作方式。

3.6 協(xié)調(diào)變換紙種控制

協(xié)調(diào)變換紙種控制是調(diào)整紙機(jī)從一個(gè)紙種生產(chǎn)變換到另一個(gè)紙種，同時(shí)減少紙張質(zhì)量變化和耗用較少時(shí)間。當(dāng)某個(gè)紙種被選擇并運(yùn)行后，計(jì)算機(jī)從其內(nèi)存紙種列表中給出設(shè)定點(diǎn)建議，這些數(shù)值可以是紙種標(biāo)準(zhǔn)值，或是以前運(yùn)行過(guò)紙種所形成的歷史數(shù)值。在自動(dòng)變換紙種控制畫(huà)面上可以顯示所有目標(biāo)值列表，包括設(shè)定點(diǎn)、測(cè)量和控制狀態(tài)。

圖9 蒸汽自動(dòng)升降壓控制原理參考圖

操作或技術(shù)人員可以自由修改系統(tǒng)提供的目標(biāo)值，以適應(yīng)紙機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行情況并提供條件。同樣，系統(tǒng)也提出一些計(jì)算信息作為操作或技術(shù)人員做出決策的支持。

控制系統(tǒng)為所有控制變量均按順序設(shè)定曲線。自動(dòng)變換紙種能監(jiān)控參數(shù)曲線的進(jìn)程。當(dāng)然，一些變量脫離控制或產(chǎn)生故障時(shí)，其進(jìn)程可以暫停或自動(dòng)中斷。

關(guān)鍵變量趨勢(shì)顯示頁(yè)面上可以監(jiān)控其變化進(jìn)程。

協(xié)調(diào)變換紙種控制系統(tǒng)特點(diǎn):利用系統(tǒng)內(nèi)“配方”特點(diǎn)，任一紙種標(biāo)準(zhǔn)或歷史值都儲(chǔ)存在紙種列表里;當(dāng)下一個(gè)紙種被選擇時(shí)，系統(tǒng)會(huì)從紙種列表中給出目標(biāo);在啟動(dòng)紙種變換前，操作或技術(shù)人員可以調(diào)整該建議目標(biāo);紙種變換所需的時(shí)間和變換過(guò)程被顯示;監(jiān)視、顯示特點(diǎn):提供某個(gè)紙種變化的進(jìn)程信息和儲(chǔ)存結(jié)果待稍后分析;自動(dòng)變換紙種控制配備完整的工具，用于微調(diào)、維修和故障處理;控制軟件包通過(guò)控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)工程工具組態(tài)。

3.7 協(xié)調(diào)變換車速控制

對(duì)于造紙機(jī)而言，車速是主要操作參數(shù)。改變車速會(huì)使多數(shù)回路出現(xiàn)擾動(dòng)從而要求系統(tǒng)做出迅速反應(yīng)。其典型的調(diào)節(jié)變量為漿量、流漿箱壓力和蒸汽壓力，有時(shí)也包括填料流量和助留劑流量。

如要增加車速，維持定量恒定就要增加漿量。網(wǎng)速開(kāi)始增加的同時(shí)，從流漿箱噴出來(lái)的漿料量也要增加。增加的漿料量進(jìn)入干燥部也要求提高蒸發(fā)能力以去除多余的水分。同樣，網(wǎng)速變化亦影響總壓頭的設(shè)定點(diǎn)。鑒于生產(chǎn)過(guò)程的滯后帶來(lái)變量變化 (當(dāng)這些參數(shù)影響紙張時(shí))，這些變量在不同的時(shí)間需要調(diào)節(jié)以響應(yīng)車速的改變。

協(xié)調(diào)速度變換使用預(yù)先確定的設(shè)定路徑。當(dāng)激活協(xié)調(diào)速度變換時(shí)，將對(duì)設(shè)定路徑數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算從而建立起設(shè)定路徑目標(biāo)，并讀取數(shù)據(jù)存入多變量預(yù)估控制器MPC(Multivariable Predictive Controller)優(yōu)化。在工藝運(yùn)行模式和操作變量設(shè)定路徑的基礎(chǔ)上，MPC控制器在考慮所有過(guò)程的交互作用后同步調(diào)整所有操作參數(shù)，并尋找更好的組合方式改進(jìn)所有操作變量，以按設(shè)定點(diǎn)驅(qū)動(dòng)耦合過(guò)程輸出。

4 控制功能實(shí)現(xiàn)方式

一般而言，紙張質(zhì)量的縱向、橫向控制功能原來(lái)是由QCS實(shí)現(xiàn)的。QCS供貨商已開(kāi)發(fā)出較為成熟的應(yīng)用控制軟件，且有許多令人信服的成功應(yīng)用實(shí)例。經(jīng)過(guò)QCS供貨商一定時(shí)間培訓(xùn)，用戶有關(guān)專業(yè)技術(shù)人員對(duì)QCS傳感器的測(cè)量原理及其基本控制操作方法也能有較深入的了解，操作或技術(shù)人員對(duì)QCS系統(tǒng)顯示、操作也基本掌握。但是，近10年來(lái)，紙張質(zhì)量控制功能實(shí)現(xiàn)方式有所改變，或許此種應(yīng)用方式愈來(lái)愈多，并將成為以后的應(yīng)用趨勢(shì)。紙張質(zhì)量控制功能不再僅由QCS實(shí)現(xiàn)，而是由造紙機(jī)供貨商隨設(shè)備提供的造紙機(jī)本體控制系統(tǒng) (MCS)實(shí)現(xiàn)，且在某些技術(shù)層面有所創(chuàng)新和發(fā)展。這是因?yàn)?①Q(mào)CS控制技術(shù)已成熟并被造紙機(jī)供貨商掌握;②QCS控制功能與MCS、造紙機(jī)本體設(shè)備，特別與有些橫向控制裝置緊密相關(guān)，因而QCS控制功能在MCS實(shí)現(xiàn)也許較為有利;③造紙機(jī)供貨商對(duì)紙張產(chǎn)品性能指標(biāo)的擔(dān)保更易把握和實(shí)施;④知名造紙機(jī)供貨商通過(guò)企業(yè)兼并、戰(zhàn)略合作與共同研發(fā)可以制造自己品牌的掃描架和水分、定量等傳感器;⑤造紙機(jī)供貨商因市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)需要必須及時(shí)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，以加強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力，保護(hù)自己的技術(shù)秘密和知識(shí)產(chǎn)權(quán);⑥造紙機(jī)供貨商經(jīng)濟(jì)利益原因。

下面列出某造紙機(jī)供貨商紙張質(zhì)量控制功能在MCS上實(shí)現(xiàn)的實(shí)用案例 (綜合2家供貨商的工程供貨合同列出)。該應(yīng)用案例中造紙機(jī)車速2000 m/min，卷取幅寬9800 mm，年產(chǎn)40萬(wàn)t新聞紙，定量42～52 g/m2。

MCS具備的紙張質(zhì)量縱向控制包括:紙張質(zhì)量報(bào)告軟件;縱向定量和水分解耦及其控制;絕干漿量反饋控制;灰分、白水濃度 (留著率)控制;流漿箱漿網(wǎng)速比控制;烘缸蒸汽自動(dòng)升降壓控制;協(xié)調(diào)變換紙種控制;協(xié)調(diào)變換車速控制。紙張質(zhì)量橫向控制包括:位于流送部流漿箱的橫向稀釋水定量控制;位于壓榨部蒸汽箱橫向水分控制;位于烘缸部加濕箱的橫向水分控制;位于壓光機(jī)壓光輥 (分區(qū)可控中高輥)的橫向厚度控制。

5 結(jié)語(yǔ)

世界知名造紙機(jī)供貨商現(xiàn)已具備提供成套質(zhì)量控制系統(tǒng) (QCS)的硬件和應(yīng)用軟件，包括有關(guān)縱向、橫向控制設(shè)備 (有的為第三方配套設(shè)備)，并且納入其造紙機(jī)本體控制系統(tǒng) (MCS)的供貨范圍。根據(jù)我國(guó)工業(yè)和信息化部2011年12月發(fā)布的《“十二五”產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新規(guī)劃》重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展方向中的設(shè)備制造業(yè)條文，已經(jīng)制定了輕工業(yè)要“重點(diǎn)開(kāi)發(fā)大幅寬、高車速造紙成套技術(shù)與設(shè)備……”的目標(biāo)。又根據(jù)國(guó)家發(fā)改委2007年10月發(fā)布的《造紙產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》第二十一條制漿造紙裝備研發(fā)的要求，應(yīng)及時(shí)追蹤MCS配置紙張質(zhì)量控制功能的技術(shù)動(dòng)向和發(fā)展趨勢(shì)，自主研發(fā)紙張質(zhì)量控制功能，或與國(guó)內(nèi)外QCS供貨商進(jìn)行戰(zhàn)略合作，把其成熟實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)的紙張質(zhì)量控制功能植入自主制造的造紙機(jī)MCS中，以提升造紙機(jī)裝備的技術(shù)水平，提高裝備的關(guān)鍵核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力和成套能力，滿足用戶對(duì)大型高速現(xiàn)代化造紙機(jī)的需求。

此外還應(yīng)特別指出，當(dāng)用戶單獨(dú)要求外購(gòu) (包括國(guó)內(nèi)和國(guó)外)掃描架及必要的紙張質(zhì)量測(cè)量傳感器來(lái)裝備自行開(kāi)發(fā)的造紙機(jī)或配備自己工程項(xiàng)目造紙機(jī)時(shí)，要提出造紙機(jī)MCS對(duì)傳感器的信號(hào)技術(shù)要求。譬如，對(duì)于掃描架主要輸出的定量、水分信號(hào)，要求其輸出必須是原始且未經(jīng)過(guò)濾的橫幅絕干定量測(cè)量信號(hào)和橫幅水分測(cè)量信號(hào)，其數(shù)據(jù)盒的數(shù)目起碼要大于或等于3倍的橫向執(zhí)行機(jī)構(gòu)個(gè)數(shù)。在自行開(kāi)發(fā)造紙機(jī)MCS的紙張質(zhì)量控制功能時(shí)，要賦予該控制功能的系統(tǒng)名字和系列號(hào)，以確立自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)利于參與工程項(xiàng)目造紙機(jī)設(shè)備的投標(biāo)競(jìng)爭(zhēng)。

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(責(zé)任編輯:劉振華)

W eb Quality Control Function and Its Im plementation

ZHONG Yi－lian
(China BCEL International Engineering Co.，Ltd.，Beijing，100026)
(E－mail:zhongyl@bcel－cn.com)

The MD＆CD basic control functions ofweb quality controlwere introduced，the CD actuator and its location were briefly introduces.The development trend from QCS to MCS for the QCS control function was proposed by the authors.

control function;actuator;QCS;MCS

鐘益聯(lián)先生，教授級(jí)高級(jí)工程師;主要從事制漿造紙及堿回收、自備熱電站、廢水處理工程的過(guò)程控制及儀表的咨詢、設(shè)計(jì)工作。

TS736

A

0254－508X(2014)03－0044－07

2013－12－08(修改稿)