基于串级控制的黑液浓度控制系统

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1、万方数据基于串级控制的黑液浓度控制系统丁智亮1(1．陕西科技大学造纸工程学院，陕西西安710021；汤伟1’22肤西西微测控工黼公司，陕西咸阳712081)摘要：由于造纸黑液污染严重和目前实际应用中黑液蒸发工段控制效果不太满意的现状，根据黑液蒸发工段工艺流程，设计了造纸黑液蒸发工段黑液浓度串级控制系统，并进行了被控对象建模和MATLAB仿真分析，最后应用到实际造纸企业DCS控制系统中；提高了系统的控制精度和稳定性，同时也提高了生产效率，满足了蒸发工段的工艺及生产要求。关键词：蒸发工段串级控制黑液浓度仿真0前言据专家预测，未来十年我国水体污染和水资源短缺的状况将进一步加剧，尤其造纸工业对水

2、体的污染尤为严重。造纸工业废水主要是黑液，由于黑液中含有大量的有机和无机物质，对水体的污染负荷程度大，黑液中含有大量的半纤维素、木质素及化学品，耗氧量大，能引起严重的水体污染和生态环境的破坏。本文介绍了一种黑液蒸发工段串级控制黑液浓度的方法，能相当高的程度上提高蒸发效率，保证其稳定性，满足生产及工艺要求。1黑夜蒸发站的介绍黑液蒸发站的主要设备是由多个蒸发器串联组成。本文设计的黑液蒸发工段是由5台板式降膜蒸发器串联组成，如图l所示。除此之外，还有一些辅助的蒸发设备，如降膜板式冷凝器，温水槽，稀黑液槽，闪蒸罐，液位罐等。在黑液蒸发过程中包含以下3个基本工艺流程，即蒸汽流程、黑液流程及冷凝水流

3、程。本蒸发工段中，外网来低压蒸汽(o．4MPa，1510C)，首先进入I效蒸发器，I效蒸发器产生的二次蒸汽经闪蒸罐闪急蒸发后，再引入Ⅱ效，为Ⅱ效蒸发器提供热源，以此类推直至末效。末效二次蒸汽经冷凝后生成冷凝水排出，不凝气体则由真空泵排空。而黑液则采用逆流供液方式，即制浆车间来的稀黑液，首先进入稀黑液槽静置储存，初步分离皂化物后经稀黑液泵进入末效(v效)蒸发器预热，然后自流到IV效，III效，以此类推，直至I效，与蒸汽流程方向而行，这样随着黑液浓度的提高，蒸发温度也提高，可减缓黑液粘度的增加。蒸汽流与黑液流反向而行的供液方式不仅可节约蒸汽消耗，在一定程度上也可缓解黑液粘度增加结垢的问题。I

4、效排出的冷凝水为清冷凝水，经闪蒸罐闪蒸后送其他工段使用。其他各效排出的冷凝水都为污冷凝水，送污水处理工段进行处理。二次蒸汽图1五效五体板式蒸发工段流程2串级控制系统介绍计算机串级控制系统的典型结构如图2所2009年4月一3l一万方数据示。系统中有两个PID控制器，控制器PID2称为副控制器，包围PID2的内环称为副回路。PIDl称为主控制器，包围PIDl的外环称为主回路。主控制器的输出控制量作为副回路的给定量。图2串级PID控制系统框图串级控制系统的计算顺序是先副回路后主回路。控制方式有两种：一种是异步采样控制，既主凹路的采样控制周期是副回路采样控制周期的整数倍。这是因为一般串级控制系统

5、中主控对象的响应速度慢，副控制对象的响应速度快的缘故。另一种是同步采样控制，就是主，副回路的采样周期相同。这时应根据副回路选择采样周期，因为副回路受控对象的响应速度较快。串级控制的主要优点是：(1)副回路过程所受的干扰，当还没有影响到主对象时，就得到了副回路的控制；(2)副回路中参数的变化，由副回路给予控制，对主对象的影响大为减弱；(3)副回路的惯性由副回路给予调节，因而提高了整个系统的响应速度。3黑液蒸发工段串级控制的设计影响黑液浓度的因素主要是进效稀黑液的浓度和流量及蒸发设备各效的总有效压差。由于多效蒸发器具有容量大，滞后时间长等特点，利用常规的单回路PID控制其控制质量差，很难达到

6、预期的效果。在此采用串级控制，即把黑液浓度调节回路与新鲜蒸汽进效流量调节回路组成串级调节系统(如图3所示)，其中，黑液浓度为主控变量，蒸汽流量为副控变量。当黑液浓度偏离设定值时，浓度调节回路进行运算，其输出为蒸汽流量调节回路的设定值，接着蒸汽流量调节器进行调节，改变进效蒸汽流量，使黑液浓度发生变化。一直到达到浓度设定值为止。利用串级控制可有效地克服蒸汽流量(压力)所带来的干扰。另外，由于流量调节回路是一个流量随动系统，当系统条件或负荷改变时，浓度调节器将改变其输出值，流量调节回路能快速跟踪，及时而又准确地控制蒸汽流量，从而保证系统的控制品质。为了提高系统的控制品质，采用了PI调节器做黑液

7、浓度调节器，采用PID调节器做蒸汽流量调节器。浓二：耻屯囹‘妒慢亟亚乎广[亟叵卜广14．．．．．．流量设定l‘硫-椅测I兰竺!!三二二二二二二二==二I图3黑液浓度串级调节系统采用蒸汽流量作为副控回路的副控变量，这样可以克服对象的容积滞后和纯滞延。这样可使得副回路时间常数小，调节通道短，从而使得在干扰影响主参数之前就得到了克服，等效对象的时间常数大大减少，提高了系统的工作频率，加速了反应速度，缩短了控制时间，最终改善系统的控制品质。