造紙線控制系統(tǒng)

一、系統(tǒng)核心目標(biāo)

1. 質(zhì)量穩(wěn)定：精準(zhǔn)控制成品紙的定量（單位面積重量）、水分、厚度、白度、強(qiáng)度等關(guān)鍵指標(biāo)，減少波動(dòng)；
2. 效率提升：實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)設(shè)備聯(lián)動(dòng)同步，減少斷紙、停機(jī)等異常，提升生產(chǎn)線運(yùn)行率（通常目標(biāo)≥95%）；
3. 成本優(yōu)化：通過(guò)能耗（蒸汽、電力、水資源）精準(zhǔn)控制及原料（紙漿、化學(xué)品）定量投放，降低單位產(chǎn)品消耗；
4. 安全保障：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備工況（溫度、壓力、轉(zhuǎn)速）及生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)（斷紙、超壓），觸發(fā)緊急保護(hù)動(dòng)作，避免事故。

二、造紙線生產(chǎn)流程與對(duì)應(yīng)控制模塊

1. 原料制備環(huán)節(jié)控制

• 控制對(duì)象：木片 / 廢紙等原料的輸送、蒸煮（化學(xué)制漿）或碎解（廢紙制漿）；
• 核心控制參數(shù)：
  • 原料輸送：木片倉(cāng)料位（避免空倉(cāng) / 滿倉(cāng)，通過(guò)料位傳感器 + 皮帶輸送機(jī)變頻調(diào)節(jié)）；
  • 蒸煮 / 碎解：蒸煮鍋溫度（150-180℃，通過(guò)蒸汽調(diào)節(jié)閥控制）、壓力（0.5-1.2MPa）、保溫時(shí)間（影響成漿纖維質(zhì)量），廢紙碎解濃度（3%-5%，通過(guò)加水閥調(diào)節(jié)）；
• 控制目標(biāo)：保證原料均勻供應(yīng)，成漿纖維長(zhǎng)度、純度達(dá)標(biāo)。

2. 制漿環(huán)節(jié)控制

• 控制對(duì)象：打漿（磨漿）、凈化、篩選、漂白（按需）；
• 核心控制參數(shù)：
  • 打漿度（叩解度）：衡量纖維細(xì)化程度（如文化紙需 30-45°SR），通過(guò)磨漿機(jī)間隙 / 轉(zhuǎn)速變頻調(diào)節(jié)；
  • 漿濃度：篩選前需 1.0%-1.5%，通過(guò)濃度傳感器 + 稀釋水閥閉環(huán)控制；
  • 漂白劑添加量：根據(jù)白度需求（如白卡紙≥85% ISO），通過(guò)流量傳感器 + 計(jì)量泵精準(zhǔn)投放；
• 控制目標(biāo)：漿纖維性能、純度、白度匹配成品紙需求。

3. 抄紙環(huán)節(jié)控制（核心環(huán)節(jié)）

• 網(wǎng)部控制：
  • 核心參數(shù)：上漿量（決定定量）、脫水速度（避免濕紙幅斷裂）；
  • 控制邏輯：在線定量?jī)x實(shí)時(shí)檢測(cè)濕紙幅定量，反饋至控制系統(tǒng)，通過(guò)上漿泵變頻調(diào)節(jié)流量；同時(shí)通過(guò)真空脫水輥負(fù)壓調(diào)節(jié)（真空度 - 0.04~-0.06MPa）控制脫水速度；
• 壓榨部控制：
  • 核心參數(shù)：壓榨壓力（如 150-300kN/m）、壓榨輥轉(zhuǎn)速（與網(wǎng)部同步）；
  • 控制邏輯：通過(guò)液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓榨壓力，提高濕紙幅干度（從網(wǎng)部 15%-20% 提升至 35%-45%），減少后續(xù)干燥能耗；同時(shí)通過(guò)編碼器實(shí)現(xiàn)壓榨輥與網(wǎng)部速度同步（誤差≤0.1%），避免紙幅拉伸。

4. 干燥環(huán)節(jié)控制

• 控制對(duì)象：多段烘缸（通常 10-30 個(gè)）、熱風(fēng)系統(tǒng)；
• 核心控制參數(shù)：
  • 烘缸溫度梯度：從入口 50-70℃逐步升至 100-120℃（避免紙張起皺 / 開(kāi)裂），通過(guò)蒸汽調(diào)節(jié)閥分段控制；
  • 紙幅張力：干燥過(guò)程中需保持穩(wěn)定張力（如 20-50N/m），通過(guò)張力傳感器 + 烘缸轉(zhuǎn)速微調(diào)閉環(huán)控制；
  • 出口水分：成品紙水分需 6%-8%（文化紙），通過(guò)紅外水分儀檢測(cè)，反饋調(diào)節(jié)末段烘缸溫度或干燥部速度；
• 控制目標(biāo)：紙幅均勻干燥，水分達(dá)標(biāo)且無(wú)變形。

5. 卷取與后加工控制

• 卷取部：
  • 核心參數(shù)：卷取速度（與干燥部同步）、卷紙松緊度（避免內(nèi)松外緊）；
  • 控制邏輯：通過(guò)速度編碼器實(shí)現(xiàn)同步控制，通過(guò)卷取輥壓力傳感器調(diào)節(jié)松緊度，保證卷紙平整（端面跳動(dòng)≤1mm）；
• 后加工（如分切）：
  • 核心參數(shù)：分切寬度（如 A4 紙 210mm）、分切速度；
  • 控制邏輯：通過(guò)伺服電機(jī)精準(zhǔn)控制分切刀位置，變頻調(diào)節(jié)分切速度，與卷取速度匹配。

三、控制系統(tǒng)核心組成

1. 硬件層：控制核心與網(wǎng)絡(luò)

2. 檢測(cè)執(zhí)行層：感知與動(dòng)作

• 檢測(cè)端（傳感器 / 儀表）：
  • 工藝參數(shù)檢測(cè)：濃度傳感器（漿濃度）、流量傳感器（上漿 / 蒸汽）、溫度傳感器（烘缸）、壓力傳感器（壓榨 / 蒸汽）；
  • 質(zhì)量檢測(cè)：在線定量?jī)x（β 射線 / 紅外）、水分儀（紅外）、厚度儀（激光）、白度儀（光譜）；
  • 設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)：編碼器（轉(zhuǎn)速 / 位置）、張力傳感器（紙幅張力）、振動(dòng)傳感器（磨漿機(jī) / 烘缸）；
• 執(zhí)行端（執(zhí)行器）：
  • 流量 / 壓力調(diào)節(jié)：電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（蒸汽 / 水）、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥（漿流量）；
  • 速度 / 轉(zhuǎn)速控制：變頻器（上漿泵、風(fēng)機(jī)、輥?zhàn)樱?/span>
  • 壓力 / 位置控制：液壓系統(tǒng)（壓榨壓力）、伺服電機(jī)（分切刀）。

3. 軟件層：監(jiān)控與優(yōu)化

• SCADA 系統(tǒng)（監(jiān)控層）：
  • 功能：實(shí)時(shí)顯示工藝流程畫(huà)面、關(guān)鍵參數(shù)曲線（如定量 / 水分趨勢(shì)）、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（運(yùn)行 / 故障）、報(bào)警信息（超溫 / 斷紙）；支持操作員通過(guò) HMI（人機(jī)界面）手動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)或啟停設(shè)備；
  • 典型軟件：WinCC、Intouch、iFix；
• 先進(jìn)控制算法（控制層）：
  • 基礎(chǔ)控制：PID 控制（穩(wěn)定單一參數(shù)，如漿濃度）；
  • 復(fù)雜控制：模型預(yù)測(cè)控制（MPC，用于多變量耦合系統(tǒng)，如干燥部溫度 - 張力協(xié)同）；
  • 智能優(yōu)化：機(jī)器學(xué)習(xí)算法（如基于歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)斷紙風(fēng)險(xiǎn)、優(yōu)化漂白劑添加量）；
• MES 系統(tǒng)（管理層）：
  • 功能：與控制系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)、質(zhì)量數(shù)據(jù)追溯（每卷紙的定量 / 水分記錄）、能耗統(tǒng)計(jì)（單位產(chǎn)品電 / 蒸汽消耗）、設(shè)備維護(hù)計(jì)劃管理；
  • 價(jià)值：打通 “控制 - 管理” 數(shù)據(jù)鏈，支撐工廠數(shù)字化運(yùn)營(yíng)。

四、關(guān)鍵控制功能與價(jià)值

1. 質(zhì)量閉環(huán)控制（核心價(jià)值）

1. 在線定量?jī)x檢測(cè)紙幅定量（如目標(biāo) 70g/㎡，實(shí)測(cè) 72g/㎡）；
2. 檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至 DCS/PLC；
3. 控制算法計(jì)算偏差（+2g/㎡），輸出調(diào)節(jié)指令；
4. 變頻器降低上漿泵轉(zhuǎn)速，減少上漿量；
5. 再次檢測(cè)定量，直至回歸目標(biāo)值（誤差≤±1g/㎡）；

• 價(jià)值：成品紙定量波動(dòng)從 ±5% 降至 ±1%，滿足高端紙（如銅版紙）質(zhì)量要求。

2. 設(shè)備聯(lián)動(dòng)與同步控制

• 控制邏輯：通過(guò)編碼器采集各環(huán)節(jié)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速，DCS 統(tǒng)一協(xié)調(diào)變頻器，保證各環(huán)節(jié)速度差≤0.1%；
• 價(jià)值：斷紙次數(shù)從每日 5-8 次降至 1-2 次，生產(chǎn)線運(yùn)行率提升 5%-10%。

3. 能耗優(yōu)化控制

• 蒸汽優(yōu)化：根據(jù)干燥出口水分需求，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)烘缸蒸汽壓力（而非全程滿負(fù)荷），減少蒸汽浪費(fèi)；
• 電力優(yōu)化：根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷（如紙幅寬度、速度），變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速（如風(fēng)機(jī)負(fù)荷從 100% 降至 70%，耗電減少 50%）；
• 價(jià)值：?jiǎn)挝划a(chǎn)品能耗降低 8%-15%，年節(jié)約成本數(shù)百萬(wàn)元（按萬(wàn)噸紙產(chǎn)能計(jì)算）。

4. 安全與故障保護(hù)

• 緊急停機(jī)：當(dāng)檢測(cè)到烘缸超溫（＞130℃）、壓榨超壓（＞350kN/m）或斷紙時(shí)，系統(tǒng)立即觸發(fā)急停，切斷蒸汽 / 電源，避免設(shè)備損壞或火災(zāi)；
• 故障預(yù)警：振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)磨漿機(jī)軸承振動(dòng)（正常≤0.1mm/s，預(yù)警≥0.2mm/s），提前提醒維護(hù)，避免軸承卡死導(dǎo)致停機(jī)（單次停機(jī)損失＞10 萬(wàn)元）；
• 價(jià)值：重大設(shè)備事故發(fā)生率降低 90%，非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間減少 60%。

五、發(fā)展趨勢(shì)：智能化與數(shù)字化

1. 數(shù)字孿生：建立造紙線虛擬模型，實(shí)時(shí)映射實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)，可模擬 “調(diào)整壓榨壓力對(duì)干度的影響”，提前優(yōu)化參數(shù)，減少試錯(cuò)成本；
2. AI 全流程優(yōu)化：基于海量生產(chǎn)數(shù)據(jù)（3-5 年）訓(xùn)練 AI 模型，實(shí)現(xiàn) “原料 - 工藝 - 質(zhì)量” 端到端優(yōu)化（如根據(jù)木片濕度自動(dòng)調(diào)整蒸煮時(shí)間）；
3. 邊緣計(jì)算：將部分控制算法（如振動(dòng)分析、斷紙預(yù)測(cè)）部署在邊緣節(jié)點(diǎn)（如磨漿機(jī)本地工控機(jī)），減少數(shù)據(jù)傳輸延遲（從 100ms 降至 10ms），提升實(shí)時(shí)性；
4. 綠色控制：通過(guò)精準(zhǔn)控制減少水資源消耗（如抄紙網(wǎng)部沖洗水回收利用率從 60% 提升至 90%）、降低廢水 COD 排放（通過(guò)化學(xué)品定量投放），符合環(huán)保要求。

總結(jié)