壓力篩DCS控制系統(tǒng)的改進(jìn)
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堵網(wǎng)順控的控制思路如下：一旦進(jìn)出漿管道上壓力差過大，超過設(shè)定值，即判斷為發(fā)生堵網(wǎng)，此時，DCS及時做出反應(yīng)，停止進(jìn)漿泵，保證壓力篩的漿壓不會繼續(xù)攀升，防止篩網(wǎng)堵塞狀況的加??；關(guān)閉良漿管道上的閥門(此時良漿量已經(jīng)很小)，防止大量的水進(jìn)入良漿管道，降低后續(xù)漿池中儲存漿料的濃度；同時，防止堵網(wǎng)排除恢復(fù)正常生產(chǎn)之后，大量的渣漿進(jìn)入良漿管道，影響紙漿的質(zhì)量；將尾漿管道上的閥門全開，壓力篩內(nèi)余存的漿料從尾漿管道排出，后續(xù)工段還可以對它進(jìn)行再處理，防止纖維流失；打開高壓沖洗水閥(高壓沖洗水一般加在良漿出口處)，利用高壓反沖篩網(wǎng)，排除堵網(wǎng)。主要是為了防止?jié){流量發(fā)生劇烈變化時，例如紙漿中紙屑、塑料等雜質(zhì)含量的突然增加導(dǎo)致的堵網(wǎng)，預(yù)處理環(huán)節(jié)一時處理不過來，從而使進(jìn)出日漿壓差劇增導(dǎo)致堵網(wǎng)。
(4)排渣率控制
由排渣率公式(排渣率＝粗漿量/進(jìn)漿量)可知，只要對進(jìn)漿流量和尾漿流量進(jìn)行有效控制，就可以保證排渣率的穩(wěn)定。因此，在改進(jìn)控制方案中分別設(shè)置了進(jìn)漿流量控制單元和尾漿流量控制單元。壓力篩進(jìn)漿管道上的流量計與出漿管道上的閥門組成壓力篩進(jìn)漿流量控制回路(見圖6)。尾漿流量一定的情況下，控制良漿出口管線上的閥門，也就相當(dāng)于控制了其進(jìn)漿流量。因為正常情況下，進(jìn)漿流量基木上是良漿流量與尾漿流量之和。尾漿管道上的流量計與閥門組成尾槳流量控制間路。
圖6 排渣率控制策略框圖
其中，Gc1(s)，Gc2(s)分別為壓力篩進(jìn)漿流量控制器和尾漿流量控制器，一般選用工業(yè)控制中常用的PID控制器；Gp1(s)，Gp2(s)分別代表進(jìn)漿流量數(shù)學(xué)模型和尾漿流量數(shù)學(xué)模型，其數(shù)學(xué)模型皆可用一階過程加純滯后來描述，即為壓力篩的排渣率。在此控制方案中，控制器參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗確定，因此不需知道準(zhǔn)確的對象數(shù)學(xué)模型。壓力篩的排渣率就是此處的比值系數(shù)K，具體數(shù)值由工藝人員設(shè)置。對于壓力篩漿料進(jìn)口流量、尾漿出口流量配比是以設(shè)定值為基準(zhǔn)進(jìn)行的，這樣有利于增強(qiáng)系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。
(5)重渣時序控制
壓力篩的重渣捕集器有4個閥：進(jìn)渣閥(V1)，排渣閥(V2)，上沖水閥(V3)和下沖水閥(V4)，閥門連接關(guān)系見圖7。根據(jù)工藝要求，V1和V2在正常工作時，決不允許同時處于打開狀態(tài)，以免渣漿連續(xù)排空，造成纖維流失。V1重新開啟之前，應(yīng)對渣捕集器注滿水，防止壓力篩內(nèi)漿流快速進(jìn)人重渣捕集器，使系統(tǒng)壓力產(chǎn)生波動。停機(jī)狀態(tài)下，由于控制排渣系統(tǒng)的4個閥門都處于斷電狀態(tài)，故它們均處于關(guān)的位置。
圖7 排渣器閥門連接示意圖
正常運(yùn)行時，V1打開，其他閥關(guān)閉，處于裝渣狀態(tài)。裝渣設(shè)定時間(T1)到系統(tǒng)開始排渣。各閥門開閉順序為：V1關(guān)閉→V2、V3打開→V2關(guān)閉、V4打開→V3、V4關(guān)閉→V1打開→進(jìn)入下一輪排渣循環(huán)。T1、T2和T3的設(shè)定取決于渣漿量、捕集器的排空速度及對捕集器注滿水的時間。排渣控制時序如表1所示。
表1 排渣控制時序
3 壓力篩控制算法實現(xiàn)
西門子S7-400控制站本身提供了3種形式的PID子程序，本系統(tǒng)采用其提供的位置式輸出PID函數(shù)功能塊FB41，利用該功能塊，只要正確設(shè)定FB41的接口參數(shù)，控制效果能達(dá)到令人滿意的程度；在比值控制時，使進(jìn)漿和尾漿的流量設(shè)定值保持一定的比例，在預(yù)處理時，先轉(zhuǎn)化為手動狀態(tài)，使尾漿調(diào)節(jié)閥開度按5%遞增，而良漿閥按5%遞減，然后再轉(zhuǎn)化為自動，周而復(fù)始，直到滿足條件為止。如果堵網(wǎng)，則停止進(jìn)漿，全開尾漿閥，全關(guān)良漿閥。對壓力篩的控制算法如圖8所示。
圖8 壓力篩控制算法
4 結(jié) 語
本方案的技術(shù)關(guān)鍵在于壓力篩在正常工況下，必須保證其適度的排渣率。在系統(tǒng)有發(fā)生堵網(wǎng)的趨勢時，及時發(fā)現(xiàn)這種趨勢，并使系統(tǒng)作出適當(dāng)?shù)膭幼鳎瑥亩杆倥まD(zhuǎn)這種趨勢，使壓力篩回到正常的工作條件下；一旦壓力篩出現(xiàn)了堵網(wǎng)現(xiàn)象，能及時發(fā)現(xiàn)并消除，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。對于正常工況下的排渣率控制，擬將采用進(jìn)漿流量控制和尾漿流量控制組成比值控制系統(tǒng)，通過設(shè)定進(jìn)漿和尾漿流量的設(shè)定值，使這兩者都工作在設(shè)定值附近，從而保證適度的排渣率。對于發(fā)現(xiàn)并消除堵網(wǎng)趨勢，擬將采用堵網(wǎng)預(yù)處理環(huán)節(jié)：監(jiān)控壓力篩進(jìn)漿與良漿之間的壓差，一旦發(fā)現(xiàn)壓差值偏離設(shè)定值達(dá)到一定的幅度，系統(tǒng)自動關(guān)小進(jìn)漿流量，同時增大尾漿流量，并打開稀釋水閥，這樣篩體內(nèi)的紙漿濃度適當(dāng)下降，從而改善工況，使壓差值逐步恢復(fù)到正常值；在這個環(huán)節(jié)，閥門開度會隨壓差自動改變，步進(jìn)量要通過實驗得出適合值。堵網(wǎng)環(huán)節(jié)的處理也采用監(jiān)控進(jìn)漿與良漿之間的壓差，若其值大于設(shè)定的高限值，系統(tǒng)完全關(guān)閉進(jìn)漿閥和良漿閥，并打開尾漿閥和稀釋水閥，使篩體內(nèi)充滿清水，在旋翼的作用下，逐步消除堵網(wǎng)，使壓差恢復(fù)到正常值。壓力篩體內(nèi)的漿濃也是影響壓力篩處理能力的重要因素，漿濃的穩(wěn)定有利于壓力篩保持一個穩(wěn)定的工作狀況。傳統(tǒng)的壓力篩堵網(wǎng)時，一般停機(jī)進(jìn)行處理。這樣就會影響進(jìn)漿的速度和數(shù)量，而現(xiàn)在的處理措施就是在壓力篩有堵網(wǎng)趨勢時就開始采取措施，從而使篩子在堵網(wǎng)不嚴(yán)重的情況下輕松地消除篩孔(縫)的堵塞物，從而保持了生產(chǎn)的連續(xù)性。進(jìn)漿流量控制和尾漿流量控制組成比值控制系統(tǒng)，保證了排渣率的恒定，使壓力篩能從根本上在穩(wěn)定的下況下運(yùn)行。
該壓力篩控制系統(tǒng)增加了堵網(wǎng)預(yù)處理環(huán)節(jié)后，系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性比原來有了大幅度提高，減少了為防堵而額外添加的機(jī)械設(shè)備，節(jié)約了資金，降低了安全隱患。此外，對制漿過程篩選工段的成功控制，除了能提高紙張質(zhì)量之外，還有以下兒方面的經(jīng)濟(jì)價值：①減少設(shè)備磨損，延長設(shè)備使用壽命。從高濃除渣器出來的紙漿中，夾雜著大量的砂石、鐵釘?shù)?，它們對洗漿機(jī)的洗網(wǎng)損傷很大，每節(jié)約一張網(wǎng)，便能減少直接經(jīng)濟(jì)損失近2萬元；②節(jié)能降耗。實踐表明，對此工段實行自動調(diào)節(jié)，可以明顯地減少清水或白水的消耗，從而減輕漿料濃縮和堿回收工段的負(fù)擔(dān)；③對后續(xù)的漂白工段可減少氯氣的消耗量。氯氣是劇毒、強(qiáng)腐蝕性氣體，對操作工人的身體健康和紙漿漂白設(shè)備的使用壽命影響極大，減少氯氣的消耗對保護(hù)環(huán)境的意義也相當(dāng)重大。因此，對篩選工段實施自動控制，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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