一種高濃磨漿系統經濟優化運行控制方法及系統技術方案

本發明專利技術提供一種高濃磨漿系統經濟優化運行控制方法及系統，該方法包括采集高濃磨漿系統的螺旋喂料量、磨盤壓力、稀釋水流量、產量、磨機負荷、紙漿濃度；利用高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型得到經濟性能指標函數最小時的操作變量，作為操作變量最優值，下發到高濃磨漿系統的執行機構。該系統包括：采集單元、操作變量優化單元、運行控制單元。本發明專利技術基于化學機械制漿生產線上傳感器測量的高濃盤磨機輸入輸出相關數據，建立高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型即由一個線性動態子系統和一個非線性靜態子系統串聯的Wiener模型，優化經濟性能指標函數，獲得最優操作變量，實現對高濃磨漿系統的經濟優化運行和紙漿質量指標游離度的有效控制。

Economic optimization operation control method and system for high consistency pulping system

The invention provides a high consistency slurry system economic optimization control method and system, the method includes collecting spiral feeding, pulp mill system pressure, dilution water flow, yield, mill load, pulp concentration; the pulp quality index system of pulp freeness model output variable of economic operation the performance index function most hours, as the operating variables the optimal value, issued to the executive mechanism of high consistency refining system. The system includes: acquisition unit, operation variable optimization unit and operation control unit. The invention of High Consistency Refiner mechanical pulping production line of chemical sensor based on the measurement of input and output data, the Wiener model series to establish pulp quality index system of pulp freeness output model by a linear dynamic subsystem and a nonlinear static subsystem, optimizing the economic performance index function, the optimal operating variables, implementation the pulp system economic operation and optimization of quality index of pulp freeness effective control.

【技術實現步驟摘要】
一種高濃磨漿系統經濟優化運行控制方法及系統
本專利技術涉及制漿和造紙過程控制
，具體是一種高濃磨漿系統經濟優化運行控制方法及系統。
技術介紹
高濃磨漿系統作為化學熱磨機械制漿生產過程中的主要工序，是典型的高能耗、低效率過程，據統計，高濃磨漿系統的電能消耗一般占到制漿生產過程用電的60％以上。所以，其生產運行狀況不僅直接決定著整個制漿過程的生產能耗，而且也直接影響到紙漿質量的均勻性和穩定性。為了獲得良好的經濟效益和高質量紙漿，目前高濃磨漿系統面臨著降低電能消耗、減小環境污染(如溫室氣體排放)和為后續抄紙工序提供更加穩定紙漿等一系列挑戰。高濃磨漿系統是典型的具有多變量、強耦合、時滯、時變等特征復雜工業過程，使得高濃磨漿系統的機理分析、建模和控制存在很大困難。目前國內外廣泛采用比邊緣負荷理論和比表面負荷獲得的高濃磨漿系統的機理模型，但其在分析和建模過程中假設性強，不足以有效表征整個高濃磨漿過程，截止目前，很難找到一個足以表征整個高濃磨漿過程的機理模型，這使得目前存在高濃磨制漿的機理模型無法滿足當今制漿和造紙生產過程控制的需要。游離度CSF作為目前國際上衡量紙漿質量的主要指標之一，其可實現在線檢測，與高濃磨漿系統的能耗息息相關。為此，通常采用CSF來直接評價高濃磨漿過程的產品質量。因此，為最終實現高濃磨漿系統生產的連續化和規模化，尋求一種不但生產能耗低，而且可獲得質量均勻、穩定紙漿的先進控制技術，也是當前制漿和造紙工業領域亟待解決的關鍵問題之一。高濃磨漿系統運行和控制問題直接關系到后續造紙環節的能耗及紙質產品質量，更影響整個造紙和制漿企業的經濟成本。然而，高濃磨漿系統最終的控制目標不僅僅是希望獲得企業期望的紙漿質量，而且要確保在生產過程最小的能量消耗，使企業在生產過程獲得最大的經濟效益。但目前高濃磨漿系統的控制均是對系統的運行狀態變量的控制，紙漿質量工藝指標值通常是實驗室化驗獲得，但是化驗周期嚴重滯后，嚴重影響高濃磨漿系統經濟優化運行和產品質量的有效控制，高濃磨漿系統自身的復雜動態特性以及在線測量儀器的局限，使得高濃磨漿系統的運行狀態實時監測與控制變得極其困難。近年來，新型在線檢測紙漿質量指標游離度儀器的出現，可快速、準確檢測紙漿游離度，已確定是否滿足企業要求，這些都為高濃磨漿系統的紙漿質量在線控制提供了可能。因此，實現高濃磨漿系統的經濟優化運行和紙漿質量的在線控制對制漿和造紙工業將會產生重要的作用。
技術實現思路
針對現有技術存在的問題，本專利技術提供一種高濃磨漿系統經濟優化運行控制方法及系統。本專利技術的技術方案是：一種高濃磨漿系統經濟優化運行控制方法，包括：步驟1、采集高濃磨漿系統的螺旋喂料量、磨盤壓力、稀釋水流量、產量、磨機負荷、紙漿濃度；步驟2、利用高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型得到經濟性能指標函數最小時的操作變量；所述高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型的操作變量為螺旋喂料量、磨盤壓力、稀釋水流量，狀態變量為磨機處理量、磨機負荷、紙漿濃度，輸出變量為紙漿質量指標游離度；步驟3、將經濟性能指標函數最小時的操作變量作為操作變量的最優值，下發到高濃磨漿系統的執行機構，實現高濃磨漿系統經濟優化運行和紙漿質量指標游離度的控制。所述步驟2包括：步驟2-1、采用帶控制量自回歸模型構建螺旋喂料量與磨機處理量的線性關系模型、磨盤壓力與磨機負荷的線性關系模型、稀釋水流量與紙漿濃度的線性關系模型，作為一個線性動態子系統；三個線性關系模型的輸入變量分別為螺旋喂料量、磨盤壓力、稀釋水流量；三個線性關系模型的輸出變量分別為磨機處理量、磨機負荷、紙漿濃度；步驟2-2、采用Hankel矩陣秩估計定階方法分別估計三個線性關系模型階次；步驟2-3、采用偏差補償最小二乘遞推算法辨識出三個線性關系模型所對應的帶控制量自回歸模型中的參數；步驟2-4、將三個線性關系模型的輸出變量作為高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型的狀態變量，將紙漿質量指標游離度作為輸出變量，建立輸出變量與狀態變量之間的機理模型，作為非線性靜態子系統；步驟2-5、利用線性關系模型和輸出變量與狀態變量之間的機理模型，建立高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型，高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型即由一個線性動態子系統和一個非線性靜態子系統串聯的Wiener模型；步驟2-6、利用序列二次規劃算法優化高濃磨漿系統運行的經濟性能指標函數，獲得最優操作變量。所述步驟2-6，包括：步驟2-6-1、設定操作變量約束條件、狀態變量約束條件、輸出的紙漿質量指標游離度約束條件；步驟2-6-2、利用序列二次規劃算法優化高濃磨漿系統運行的經濟性能指標函數，所述經濟性能指標函數為能耗目標的加權和控制目標的加權，經濟性能指標函數最小時的操作變量為最優的操作變量。所述的高濃磨漿系統經濟優化運行控制方法采用的高濃磨漿系統經濟優化運行控制系統，包括：采集單元：采集高濃磨漿系統的螺旋喂料量、磨盤壓力、稀釋水流量、產量、磨機負荷、紙漿濃度；操作變量優化單元：利用高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型得到經濟性能指標函數最小時的操作變量；高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型的操作變量為螺旋喂料量、磨盤壓力、稀釋水流量，狀態變量為磨機處理量、磨機負荷、紙漿濃度，輸出變量為紙漿質量指標游離度；運行控制單元：將經濟性能指標函數最小時的操作變量作為操作變量的最優值，下發到高濃磨漿系統的執行機構，實現高濃磨漿系統經濟優化運行和紙漿質量指標游離度的有效控制。所述操作變量優化單元，包括：第一子系統建立模塊：采用帶控制量自回歸模型構建螺旋喂料量與磨機處理量的線性關系模型、磨盤壓力與磨機負荷的線性關系模型、稀釋水流量與紙漿濃度的線性關系模型，作為一個線性動態子系統；三個線性關系模型的輸入變量分別為螺旋喂料量、磨盤壓力、稀釋水流量；三個線性關系模型的輸出變量分別為磨機處理量、磨機負荷、紙漿濃度；階次估計模塊：采用Hankel矩陣秩估計定階方法分別估計三個線性關系模型階次；參數辨識模塊：采用偏差補償最小二乘遞推算法辨識出三個線性關系模型所對應的帶控制量自回歸模型中的參數；第二子系統建立模塊：將三個線性關系模型的輸出變量作為高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型的狀態變量，將紙漿質量指標游離度CSF作為輸出變量，建立輸出變量與狀態變量之間的機理模型，作為非線性靜態子系統；模型建立模塊：利用線性關系模型和輸出變量與狀態變量之間的機理模型，建立高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型，高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型即由一個線性動態子系統和一個非線性靜態子系統串聯的Wiener模型；操作變量優化模塊：利用序列二次規劃算法優化高濃磨漿系統運行的經濟性能指標函數，獲得最優操作變量。所述操作變量優化模塊，包括：約束條件設定模塊：設定操作變量約束條件、狀態變量約束條件、輸出的紙漿質量指標游離度約束條件；優化模塊：利用序列二次規劃算法優化高濃磨漿系統運行的經濟性能指標函數，所述經濟性能指標函數為能耗目標的加權和控制目標的加權，經濟性能指標函數最小時的操作變量為最優的操作變量。有益效果：本專利技術基于化學機械制漿生產線上傳感器測量的高濃盤磨機輸入輸出相關數據，結合Hankel矩陣秩定階方法確定線性動態子系統中線性關系模型結構和偏本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高濃磨漿系統經濟優化運行控制方法，其特征在于，包括：步驟1、采集高濃磨漿系統的螺旋喂料量、磨盤壓力、稀釋水流量、產量、磨機負荷、紙漿濃度；步驟2、利用高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型得到經濟性能指標函數最小時的操作變量；所述高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型的操作變量為螺旋喂料量、磨盤壓力、稀釋水流量，狀態變量為磨機處理量、磨機負荷、紙漿濃度，輸出變量為紙漿質量指標游離度；步驟3、將經濟性能指標函數最小時的操作變量作為操作變量的最優值，下發到高濃磨漿系統的執行機構，實現高濃磨漿系統經濟優化運行和紙漿質量指標游離度的控制。

【技術特征摘要】
1.一種高濃磨漿系統經濟優化運行控制方法，其特征在于，包括：步驟1、采集高濃磨漿系統的螺旋喂料量、磨盤壓力、稀釋水流量、產量、磨機負荷、紙漿濃度；步驟2、利用高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型得到經濟性能指標函數最小時的操作變量；所述高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型的操作變量為螺旋喂料量、磨盤壓力、稀釋水流量，狀態變量為磨機處理量、磨機負荷、紙漿濃度，輸出變量為紙漿質量指標游離度；步驟3、將經濟性能指標函數最小時的操作變量作為操作變量的最優值，下發到高濃磨漿系統的執行機構，實現高濃磨漿系統經濟優化運行和紙漿質量指標游離度的控制。2.根據權利要求1所述的高濃磨漿系統經濟優化運行控制方法，其特征在于，所述步驟2包括：步驟2-1、采用帶控制量自回歸模型構建螺旋喂料量與磨機處理量的線性關系模型、磨盤壓力與磨機負荷的線性關系模型、稀釋水流量與紙漿濃度的線性關系模型，作為一個線性動態子系統；三個線性關系模型的輸入變量分別為螺旋喂料量、磨盤壓力、稀釋水流量；三個線性關系模型的輸出變量分別為磨機處理量、磨機負荷、紙漿濃度；步驟2-2、采用Hankel矩陣秩估計定階方法分別估計三個線性關系模型階次；步驟2-3、采用偏差補償最小二乘遞推算法辨識出三個線性關系模型所對應的帶控制量自回歸模型中的參數；步驟2-4、將三個線性關系模型的輸出變量作為高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型的狀態變量，將紙漿質量指標游離度作為輸出變量，建立輸出變量與狀態變量之間的機理模型，作為非線性靜態子系統；步驟2-5、利用線性關系模型和輸出變量與狀態變量之間的機理模型，建立高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型，高濃磨漿系統紙漿質量指標游離度輸出模型即由一個線性動態子系統和一個非線性靜態子系統串聯的Wiener模型；步驟2-6、利用序列二次規劃算法優化高濃磨漿系統運行的經濟性能指標函數，獲得最優操作變量。3.根據權利要求1所述的高濃磨漿系統經濟優化運行控制方法，其特征在于，所述步驟2-6，包括：步驟2-6-1、設定操作變量約束條件、狀態變量約束條件、輸出的紙漿質量指標游離度約束條件；步驟2-6-2、利用序列二次規劃算法優化高濃磨漿系統運行的經濟性能指標函數，所述經濟性能指標函數為能耗目標的加權和控制目標的加權，經濟性能指標函數最小時的操作變量為最優的操作變量。4.權利要求1所述的高濃磨漿系...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周平，李明杰，戴鵬，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：遼寧,21