1 引言
打浆是纸张生产过程中不可缺少的环节,通过测量打浆度可以掌握纤维被切断、润胀、帚化、分丝、细纤维化的程度。打浆度是影响纸浆滤水性能的多种因素的综合指标。它与纸浆纤维的切断和帚化程度有关,受纸浆的浓度、温度、pH值、填料等因素的影响。打浆过程是制浆造纸生产中极为重要的一环。在国内造纸行业中常以湿重和打浆度两个指标来综合表征成浆质量。对于打浆度的测量,由于至今尚无国产的打浆度在线检测仪表,而国外这种仪表价格昂贵,所以采用软测量技术进行打浆度在线软测量显然是一种可行的方法[1]。
2 打浆度的软测量
衡量打浆质量的主要指标就是打浆度
。打浆度也叫叩解度,是衡量浆料脱水难易程度(滤水性能)的指标,它综合反映了纤维被切断、润胀、帚化、分丝、细纤维化的程度。打浆度对成纸强度和表面性能有重要的影响,随着打浆度的提高,纸张的强度指标(抗张指数、耐破指数、环压指数和耐折度)都会随之上升;同时随着打浆的进行,纤维之间结合力增大,白度下降,纸张紧度增大,表面强度上升,纤维变短变细,成纸匀度和平滑度随之上升。
打浆度的软测量技术是基于现代打浆理论比边缘负荷(Specific Edge Load)、比表面负荷(Specific Surface Load),对打浆度用多变量智能软测量技术进行在线测量,用实际打浆度的化验数据进行指导性修正。
如前所述,影响打浆度的因素很多,归纳起来有:
设备的种类不同(如双盘磨机、大锥度精浆机等)用Ksb表示;
(1) 浆板的种类不同(如木浆、草浆、苇浆等)用Kjz表示;
(2) 打浆设备数量不同,用n表示;
(3) 打浆用水种类不同(如清水、白水等)用Ksh表示;
(4) 进浆流量大小不同,用F表示;
(5) 进浆浓度高低不同,用C表示;
(6) 进浆压力高低不同,用P表示;
(7) 循环打浆与连续打浆的不同,用Kxh表示;
(8) 打浆设备前后的温差不同,用ΔT表示。
因此,我们把测量打浆度
的关系式表示为
在实际测量中,当水温、浆温恒定时,影响打浆度的主要因素有进打浆设备浆的绝干浆量、打浆设备的数量、消耗的电功率等,因此打浆度关系式(1)可用下式表示
式中
——打浆后浆的打浆度;
——打浆前浆的打浆度;
F——进浆流量;
P——进浆压力;
K——与其它因素有关的系数(在线进行调整);
——打浆过程消耗的电功率;
n——打浆设备的台数。
由(2)式我们得到了打浆度的测量值,即软测量。可见,只要测得纸浆的流量、浓度和打浆设备消耗的电功率即可知打浆度。通过控制盘磨的进退刀就可控制打浆度,这种方法称为比能量控制[2]。
3 打浆度模型的建立
(1)模型的建立
为现场传感器测得的数据,表中
为离线化验方法的纸浆打浆度值。
和
为需要辨识的系数,如果把实验测得数据看成变量,则打浆度公式为线性公式,则上式可写为
的形式,即求式中的和,也即进行一元线性回归。
对打浆度求解公式,根据最小二乘法原理和Matlab工具箱,充分利用20组实验数据,求解系数
。
把上面表中数据带入式(3)和(4)求解,可获得回归方程
验证:带入第一组数据,得
95.5*0.04+33.89=37.71,与表中数据37.8相比,基本满足计算精度。
(2) 结论
工艺要求的纸浆打浆度为
,通过上面辨识,提出的软测量方法的变送精度是很高的,能够满足工业生产在线测量要求。通过打浆设备主电机功率传感器的检测,动态地调节打浆设备的刀距,从而实现对锥形磨浆机的控制[3]。
4 软测量技术的应用
本系统所选的显示操作站为DELL工控机,操作员站为台式电脑,配置为:Intel酷睿双核2160/21"LCD显示器/1G内存/160G硬盘,为了方便,工程师站采用笔记本电脑。
下面是盘磨控制系统测硬件配置表2和盘磨控制系统图1:
在本DCS控制系统中,上位机监控软件用西门子WinCC,下位机控制用西门子S7-400PLC[4]。实际运行和监控画面如图2所示。
5 结束语
从图2可以看出,高浓盘磨机的控制与其打浆度有很大关系。软测量得到的打浆度值与其设定值进行比较,其差值通过连锁单元、控制单元和变频电机来控制盘磨机,而整个的盘磨机控制与软测量得到的打浆度有很大的关系。只有得到打浆度之间的差值,才能控制盘磨机的进退刀,进而利用专家系统方案控制高浓盘磨机。可以说,打浆度的软测量技术是很有必要用到的。
参考文献:
[1] 于静江,周春晖.过程控制中的软测量技术[J].控制理论与应用,1996,13(2):137-141.
[2] 郭文强,侯勇严.软测量技术在打浆过程中的应用[J]．计算机测量与控制,2008,16(4):546-548.
[3] 吴小许.盘磨比能量控制打浆度的控制模型及其算法[J]．中华纸业,2004,25(8):52-54.
[4] 周海君,孙瑜,王孟效等.锥形磨浆机PLC控制改进实例[J]．中华纸业,2006,27(5):62-64.
作者简介:景晓渝(1981-),男,硕士,讲师,研究方向：未询问作者。