化學機械漿工藝的優化控制系統技術方案

一種化學機械漿工藝的優化控制方案及系統，屬于制漿造紙工業過程控制技術領域。其特征在于它是由常規控制系統、優化控制單元、在線測量儀表、執行器、以及化機漿工藝過程被控對象組成。被控對象以若干關鍵過程變量為表征，構成復雜系統。在化學機械漿生產工藝過程中，該系統將工藝過程中與能耗、污染及紙漿性能相關的關鍵過程變量作為操縱變量、被控變量和干擾變量，納入多變量模型預測控制。以生產成本為目標建立優化模型，該系統解決多個關鍵過程變量之間的互相擾動問題，穩定生產，提高自動化程度，接近約束條件運行，起到節能減排降低成本、產出性能均勻的紙漿產品，使紙漿性能整體提升，按照需求的指標自動控制生產。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】一種化學機械漿工藝的優化控制方案及系統，屬于制漿造紙工業過程控制
。其特征在于它是由常規控制系統、優化控制單元、在線測量儀表、執行器、以及化機漿工藝過程被控對象組成。被控對象以若干關鍵過程變量為表征，構成復雜系統。在化學機械漿生產工藝過程中，該系統將工藝過程中與能耗、污染及紙漿性能相關的關鍵過程變量作為操縱變量、被控變量和干擾變量，納入多變量模型預測控制。以生產成本為目標建立優化模型，該系統解決多個關鍵過程變量之間的互相擾動問題，穩定生產，提高自動化程度，接近約束條件運行，起到節能減排降低成本、產出性能均勻的紙漿產品，使紙漿性能整體提升，按照需求的指標自動控制生產。【專利說明】化學機械漿工藝的優化控制系統
： 本專利技術涉及造紙工業中化學機械漿生產工藝的過程控制
。具體是一種優化化 學機械漿生產工藝的過程控制系統。
技術介紹
在造紙工業中，制漿工藝就是把植物纖維原料中的木素和少量其他無用組分分離 出來，獲得主要由纖維和水構成的混合液體的紙漿的過程。也可以將混合液體的紙漿干燥 成粉狀或漿板，用于儲存或銷售。 隨著以盤磨加工紙漿為核心的幾種工藝(如，機械漿，熱磨機械漿，半化學漿等）的 演化，化學機械漿工藝在制漿領域逐漸成為其中的最現代的、最重要的工藝技術之一。這是 造紙工業由于資源、環境、效益等方面的壓力，相比較化學法制漿，化學機械漿工藝是滿足 上述要求的高得率、少污染、能耗較低、效率高的制漿方法。典型的化學機械漿工藝的功能 框圖見附圖1。 化學預處理及機械磨漿是化學機械法制漿的兩個最重要的工藝過程。化學預處理 過程，包括預蒸、擠碾、浸漬、反應，其作用是，通過預蒸汽排除木片中的空氣，增加木片的含 水量軟化木片，便于木片的壓縮和浸漬。擠碾壓榨將木片中的空氣、水分和部分樹脂等擠 出，木片擠碾成木絲團。松軟的木絲團有利于最大面積地接觸和吸收藥液，化學反應階段起 到漂白、潤脹和軟化纖維、部分溶出小分子木素、溶出短鏈半纖維素和抽提物的作用。研究 表明，在這個過程中蒸汽溫度、木片停留時間、化學藥品用量的多少、擠碾的力度等，對最終 制漿的性能都會呈現出非線性的影響關系，并且有著互擾的特點；盤磨磨漿過程，纖維原料 由喂料器輸入盤磨機的進料口，通過高速旋轉的齒盤，在這期間原料經過了破碎區后，逐步 被磨成針狀木絲，在相互摩擦及齒盤作用下，被離解成纖維束和部分單根纖維。進入精磨區 后，被進一步離解和一定程度的纖維細化，磨解成漿后，經離心力作用由漿料出口輸出。研 究表明，在磨漿過程中，木片的品種規格，盤齒形態及磨損程度、磨盤間隙、磨漿濃度、喂料 速度、轉速、蒸汽溫度壓力等，對最終的紙漿性能和盤磨功率消耗也呈現出非線性的影響關 系，之間也呈現互擾的特點。 研究顯示，化學預處理階段的化學品使用量及總的處理效果，對后一階段機械磨 漿所消耗的磨漿功率及最終的紙漿性能都會產生明顯的影響。同樣也不是線性關系。 隨著現代造紙業的快速發展，對產品性能的要求越來越高，使得紙張抄造車間希 望原料紙漿能夠保證生產運轉平穩及效果優異，這樣就要求紙漿性能的均勻及精確符合要 求；市場競爭狀況，造成工廠希望降低成本，一個方面就是能量消耗成本；環保標準，需要 工廠降低污染物排放量。 目前，化學機械漿工藝，普遍已經應用了常規控制系統，常規控制系統是指DCS (集 散控制系統）或PLC (可編程控制器系統）控制系統，所有的測量與控制，都屬于單回路調 節。部分工廠采用了紙漿性能在線測量分析儀。在實際生產過程中技術人員，能夠通過收 集各個測量值的數值表，進行分析來調整和優化工藝生產過程，以改善產品性能。一方面， 這樣的分析調整缺乏精確性，以及摸索的周期很長。另一方面，如在上面對工藝過程的描述 中的介紹，研究顯示，化學機械漿工藝過程中，本質上，要求的指標與調節量之間，調節量與 調節量之間是高度互擾的，所構成的系統是一個多變量互擾的復雜系統。輸出的帶寬范圍 也非常大。單一地調節某一回路，就會引起其他回路的變化。雖然單回路已經實現自動控 制，但對其他回路會產生的影響。就是說，在為了某一指標進行調整時，無法保持其他指標 以及其他回路的不變和穩定。這對人為調整和優化工藝生產過程，構成了極大的挑戰，甚至 幾乎是不可能完成。例如，由于磨片磨損所帶來的非穩態過程特征，使盤磨磨漿過程變得非 常復雜。另外，比如，當我們人為調整化學品用量，來使紙漿白度的降低時，同時改變了預浸 的效果，使磨漿后的紙漿的強度也發生了變化。 在現在通常使用的常規控制系統中，使用的都是單回路調節，即PID (比例-積 分-微分控制器)或手操器(單一設定值-單一輸出控制)控制，生產工藝中的各個過程變量 都是由單回路控制器調節的，控制器與控制器之間處于并列關系，或者是由他們所組成的 單回路對單回路的串級控制。PID控制器僅能處理一個單一的輸入變量和一個單一的輸出 變量，在不考慮對其它回路產生影響的情況下，對于控制調節液位和壓力等過程變量單回 路，是能夠滿足的。但這些單回路控制器是無法解決多變量復雜系統的互擾的動態特性問 題，g卩，一個單回路的調節動作，會影響到其它回路變量的變化，產生干擾，造成工藝過程產 生非預期的波動。如上所述，化學機械漿工藝過程是一個多回路間相互干擾的復雜系統，紙 漿白度和紙漿纖維游離度，有多個變量(化學品用量，磨漿濃度，盤磨間隙，駐留時間等）交 叉影響他們的變化，就不可能使用單回路控制器PID去分別完成調節和控制。那么，就需要 一個能調節和控制多輸入多輸出變量的控制器，統籌處理他們之間的關系。
技術實現思路
鑒于
技術介紹
中提到的問題，及目前造紙工業的發展需求，本專利技術旨在解決多個 單回路控制器無法解決復雜系統過程中多變量互相干擾的控制問題，并使化學機械漿工 藝生產得到優化。 本專利技術提供一種化學機械漿工藝的優化控制系統，其包括常規控制系統、優化控 制單元、在線測量儀表、執行器、以及化學機械漿工藝過程被控對象； 所述常規控制系統與在線測量儀表及執行器之間，采用信號電纜直接連接，或采用通 訊方式連接，用于接收在線測量儀表測得的化學機械漿工藝過程被控對象的物理量，接收 執行器反饋的狀態信息信號； 所述執行器把從常規控制系統接收到的控制信號轉化為控制動作施加于化學機械漿 工藝過程被控對象，同時把執行器的狀態信息作為反饋信號傳遞給常規控制系統； 所說的優化控制單元與常規控制系統建立工業標準的實時通訊，實現控制信號和反饋 信號的傳遞； 本專利技術所述的化學機械漿制漿工藝的優化控制系統，作為優選方式，其中所說的優化 控制單元，至少由一臺獨立的計算機構成，其至少包含有一個多變量模型預測控制模塊和 一個優化算法模塊； 所說的多變量模型預測控制模塊，其特征在于，利用過程變量的脈沖響應或階越響應 曲線，把采樣時刻的一系列數值作為被控對象的動態特征信息，構成預測模型，使用預測模 型來預測未來時刻被控對象的多個操縱變量輸出（MV)變化，和預測多個被控變量（CV)與 給定值的偏差，作為依據產生控制動作，使過程中多個輸入輸出變量分別構成的多個單回 路，由多變量模型預測控制模塊統一協調控制； 所說的優化算法模塊，其特征在于，優化算本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種化學機械漿工藝的優化控制系統，其特征在于，該化控制系統包括常規控制系統、優化控制單元、在線測量儀表、執行器、以及化學機械漿工藝過程被控對象；所述常規控制系統與在線測量儀表及執行器之間，采用信號電纜直接連接，或采用通訊方式連接，用于接收在線測量儀表測得的化學機械漿工藝過程被控對象的物理量，接收執行器反饋的狀態信息信號；所述執行器把從常規控制系統接收到的控制信號轉化為控制動作施加于化學機械漿工藝過程被控對象，同時把執行器的狀態信息作為反饋信號傳遞給常規控制系統；所說的優化控制單元與常規控制系統建立工業標準的實時通訊，實現控制信號和反饋信號的傳遞。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：關健華，
申請(專利權)人：理程自動化技術天津有限公司，
類型：發明
國別省市：天津;12