（精）抄纸过程的建模、检测及控制

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1、抄纸过程的建模、检测及控制汤伟施颂椒(上海交通大学．上海，200030)王孟效(西北轻工业学院，陕西咸阳，712081)摘要简述了我国造纸行业控制技术的发晨状况．介绍了抄纸过程常用的建模方法，及纸页质量的在线捡捌仪表——定量仪和水分仪的基本工作原理及国产仪表存在的问题，然后讨论了抄纸质量控制系统(QCS)的常用控制箅法，最后分析丁我国抄纸过程自动控制系统的发展趋势。关键词抄纸过程建模检测控制纸是日常生活中不可缺少的消费品，也是从80年代开始，国家花费巨额外汇引进了几工业生产的重要原料。为了提高纸的产量和质十套这种系统幢J。实践证明，保证纸张质量，量，人们正在不断地采用新的工艺设备，扩

2、大提高产量，节能降耗，就必须采用BMS。与纸机规模，提高纸机车速。自动控制应用于造此同时，国内也开始从事BMS的开发和研纸便成为必然。制【31“。经过近20年的努力，已经有r自己本文主要阐述了以下几个问题：(1)我国的产品系列并产生了一定的经济效益。目前，造纸行业控制技术的发展现状；(2)抄纸过程BMS已经发展为QCS。尽管如此，我国仍有的建模方法；(3)纸张质量的在线检测；(4)大部分中、小型纸机尚未配备BMS或qcs。抄纸过程的控制策略；(5)我国抄纸过程自动原因是：①少数效益好的纸厂对国产控制系统不满意，要筹措足够资金从外国引进；②资金控制系统的发展趋势。较紧缺的大部分中、小型

3、纸厂迫切希望国内早1我国造纸行业控制技术的发展及现状日生产物美价廉的控制系统后再购置；③少数厂家在市场竞争未到白热化时，只求得过且我国造纸企业多而小，目前有造纸厂过，不想在这方面下本钱去装备现有的落后纸4330多家，大小纸机10000多台。纸机类型机。与国外BMS或OCS相比，国产系统存在多而陈1日，有长网纸机、圆网纸机、长圆网复的主要问题是[2J：整个系统的综合精度较低，合纸机等。纸机车速低，大部分车速在200～稳定性较差，故障率较高。鉴于这种国产控制400m／min之间，低速纸机车速甚至是几十系统水平较低，全进口系统价格太昂贵的现米／分。这给纸机控制系统的通用化工作带来状，我国造

4、纸行业期待着部分关键设备进口，了很大的困难，也增加r先进技术在这一行业其余设备国内配套，控制软件自行研制的价廉推广的难度。从“九五”开始，考虑到环保问物美的BMS或QCS。题，有关部门提倡造纸行业要上水平、上规模，关闭了一大批小纸厂，出现了一批中、大2抄纸过程的建模方法型造纸企业。这为抄纸过程实旋自动化控制创抄纸过程是一个复杂的传热传质过程。目造了较好的机会。前对其机理的了解尚少，通常采用辨识的方世界上许多国家已经生产了多种系列且相当成熟的定量水分计算机控制系统(BMs)⋯。收稿日期：2000．0228(修改稿)200(1年11月chinaPulp＆Paper法[5·“，241来建立

5、纸机的数学模型。国内纸机一其中，GD2(s)、G口6(s)表示相应的中浓浆流般较陈旧，车速较低，为获得良好的控制质量，量，Pl(s)、P2(2)表示相应的烘缸蒸汽压力，有必要了解生产过程中一些中间变量的变化规Cpl(5)、Cp2(s)、c口(s)、cp4(s)、cp6(s)表示中律。因此，人们常常对过程机理进行研究，辅之浓纸浆浓度，c“(8)表示回流白水浓度，Vl(s)以必要的参数估计方法，求取纸机的数学模表示纸机车速。型[17,23,25,26]。常用的建模方法有机理建模法和2．1．2系统辨识法辨识建模法。此外，随着软测量技术的发展，近1)古典辨识方法建模。年来又出现了纸张水分软测

6、量模型[”]。将过程的动态特性近似地表示为传递函数2．1I／O动态建模方法矩阵形式：2．1．1机理建模法G51国内关于纸机机理模型的研究已经超过国G=r，JLG2((S外的研究水平[27’3“。文献[23]提出了“等效烘缸”的概念。将纸机分为高定量纸机、中定量纸机其中，Gi(s)(i，j_1，2)为一个n阶环节，用和低定量纸机，并将每一类纸机划分为网前部、微分方程可表示为：压榨部、烘干部三个部分。结合辨识方法，对每一any‘“’(t)+d。一1y(”1】(t)+⋯+部分分别进行建模，然后得到整机的模型：aIY(t)+aoy(t)z(tr)(7)蹴》G小峨湖+GB(s)D㈥式中，z(t

7、)表示对象的输入量，Y(t)及Y‘。’(f)表示对象的输出量及其各阶导数，r为对(1)象的纯滞后(计算时暂不考虑)。若z(t)是一其中，B。(s)及M。(5)分别表示纸张的定量和个幅值为z。的阶跃，则实验结果为一条飞升水分，GP(S)是控制定量的中浓纸浆流量，P曲线，其新稳态值为Y(o。)。系数ao～a。可由(s)是控制水分的蒸汽压力，GA(s)和G。(s)分下式求出[2“。别是控制变量和扰动变量传递函数矩阵(具体。o=zo／y(co)；d^=ao57^／