CN1049202A - 纸浆配料蒸煮的自动控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纸浆配料蒸煮的自动控制方 法和装置。该发明采用计算机对传感元件的控制，实 现对配料和蒸煮过程进行自动实时检测，并通过自动 执行机构对进料和蒸煮过程进行实时控制。使纸浆 配料做到定量和实时控制，使蒸煮过程以最佳的工艺 流程自动进行。

Description

本发明属于造纸领域，具体涉及纸浆配料蒸煮的自动控制方法和装置。

目前，国外造纸工业基本上实现浆厂与纸厂分离。浆厂多数都采用连续蒸煮系统，从原料进入到纸浆送出为一个全封闭式控制系统。纸浆原料基本上是木材。我国造纸业中，浆厂和纸厂一般为一体，制浆方法采用间歇式蒸煮。纸浆原料基本上采用秸杆。制浆过程中的配料和蒸煮的控制还停留在凭经验估计和靠手动操作的阶段。这样，原料配比、水分控制和浆液蒸煮过程都处于不准确状态，纸浆质量无法保持稳定，纸张的质量亦难于稳定和提高。

本发明目的在于提供一种适用于间歇式蒸煮过程实现纸浆配料、水分控制和浆液蒸煮等全过程自动检测和自动控制的方法及其装置。

实现本发明自动检测和自动控制方法的技术方案是采用微机控制系统，结合造纸理论和制浆工艺将控制过程分为以下步骤：

（1）置系统初态，将原料编号、该蒸煮球应装绝干原料的重量、液比值、总碱用量、蒸煮曲线参数依次输入计算机，发出装料命令;

（2）检测碱液浓度是否符合要求，不符合要求时发出信息，指出人工修正碱液的配比;

（3）通过称重和测量原料含水量，计算绝干原料的重量，与用碱量要求比较，不断调整碱液流量;

（4）绝干原料的重量达到工艺要求值后，计算球内进入的总碱量，再按液比要求自动补水，达到工艺要求后通知盖阀，累计自然原料用量;

（5）开始蒸煮过程并开始计时;

（6）开始转动蒸煮球并分别检测球内温度、球内压力和送汽母管中的蒸汽压力，升压过快则报警并关小进汽阀门;

（7）根据温度和压力值，通知小放汽并记录，当球内压力大于0.8mP_a或大于进汽母管压力时，则停汽并报警;

（8）按给定蒸煮曲线计算H因子;

（9）H因子达到工艺曲线稳态时刻，按此时球内温度执行保中温或保高温过程;

（10）当H因子达到工艺要求的值时，发出喷浆信号;

（11）给出总计时，喷浆时间等信息;

（12）系统自动停止工作。

步骤（3）中所述的称重方法是将三支位移传感器呈三角状地垫放在蒸煮球一侧转动轴承座下，使半球的全部重量均匀地压在三只位移传感器上。用变送器输出装球过程中某时刻的位移量所对应的电信号。计算并求出该信号与空球时的信号差值，即可求得该时刻球内物质的重量。

实现本发明所述控制方法的装置是用一条输送带和两个蒸煮球组成一个控制系统。在输送带上装一个水份测试仪，连续测量原料中的平均含水量。水份测试仪与模/数转换器相连接。将一支金属陶瓷热敏测温杆沿着进液管插入蒸煮球内部，并将测温杆的末端与温度传感器相连接，温度传感器与模/数转换器相连接。在蒸煮球上还装有测量球内压力的压力传感器，压力传感器与模/数转换器相连接。在蒸煮球一侧的转动轴承座下装有应变称重仪，该应变称重仪与模/数转换器相连接。在蒸煮球的进汽母管上装有压力传感器，压力传感器与模/数转换器相连接。在碱液进入管上装有碱液密度测试仪、温度计和流量计，密度测试仪、温度计和流量计与模/数转换器相连接，模/数转换器与单板机相连接。单板机还通过数/模转换器与装在进汽母管上的电动调节阀，装在进水管上的水流电磁阀和装在碱液进入管上的流量控制电动调节阀相连接。单板机通过接口与蒸煮球控制计算机相连接。

称重仪的结构为在蒸煮球一侧的转动轴承座下设有呈三角状放置的三只位移传感器，位移传感器与前置放大器相连接。

本发明的优点是采用传感技术对配料和蒸煮过程进行自动实时检测，并通过自动执行机构对进料和蒸煮过程进行实时控制，使纸浆配料做到定量和实时控制，使蒸煮过程以最佳的工艺过程自动进行。从而达到节省原料，提高纸浆产出率和提高纸浆质量的目的。

本发明有以下附图：

图1  控制方法主逻辑流程图，

图2  蒸煮过程控制方法逻辑流程图，

图3  自动控制装置方框图。

实施例1：

纸浆质量取决于造纸原料脱木素K值、蒸煮浆的残余有效碱量R、液比AN和H因子，即：

Q（质量）＝Q（K，R，AN，H）……（1）

对于不同的造纸原料，H给定值不同，即

H（给定值）＝f（K，R，AN）

但是有f（K，R，AN）＝F（K，P，GN），式中P是绝干造纸原料的重量，GN是满足浓度为N的碱液重量，即：

H（给定值）＝F（K，P，GN）＝……（2）

换言之，当K，P，GN满足工艺要求时，一定可以保证K，R，AN值最优，由此也就保证（在控制H的前提下）了纸浆的质量（Q）最佳。按照造纸理论，蒸煮浆液的最佳控制应该是控制H因子。H因子的计算公式为：

H＝∫e^（A-B/T）dt

实际上，它是计算曲线下的积分面积。因此，只要加温及小放汽控制得好，使积分面积在尽量短的时间内达到要求值，蒸煮浆液的质量就好。用计算机计算H因子时，可化为求和：

$H=\underset{i=1}{\overset{t0}{\mathrm{\Σ}}}\left[e^{A-B/\mathrm{Ti}}\right]\mathrm{\Δt}.......\left(3\right)$

式中，A、B是反应常数，T_i是每个测量间隔的蒸煮温度，△t是测量间隔，t_o是蒸煮球喷放时刻。一般来说，对于一定的造纸原料，理想的蒸煮升温曲线是已知的。

如上所述，当造纸原料确定以后，H给定值亦就确定了。据此，K，P，GN的应有量也由公式（2）来确定。所以，在蒸煮过程中不断测量T_i值并将其代入（3）式中，只要当某时刻有H＝H给定值，则此时刻就是喷放时刻t_o。

纸浆配料蒸煮的自动控制方法就要解决好装料时精确地测算出绝干造纸原料的重量P和碱液重量GN。在此基础上，在蒸煮过程中按照工艺给定的液比AN，通过良好的测温技术对H因子进行计算和修正补偿，并通过对温度和时间的控制，从而达到浆液质优高产的目的。

根据上述原理，实现纸浆配料蒸煮的自动控制方法为（附图1）：

（1）置系统初态，将原料编号、该蒸煮球应装绝干原料的重量、液比值、总碱用量、蒸煮曲线参数依次输入计算机，发出装料命令。绝干原料的重量是指造纸原料的重量减去含水量后的重量。

（2）检测碱液浓度是否符合要求，不符合要求时发出信息，指出人工修正碱液的配比。

（3）通过称重和测量原料含水量，计算出绝干原料的重量，然后与用碱量要求比较，不断调整碱液流量。称重方法是将三支位移传感器呈三角状地垫放在蒸煮球一侧转动轴承座下，使半球的全部重量均匀地压在三只位移传感器上。用变送器输出装球过程中某时刻的位移量所对应的电信号。用计算机求出该信号与空球时的信号差值，即可求得该时刻球内物质的重量。该重量减去进入球内的碱液重量和输入原料的含水量即可得出绝干原料的重量。

（4）绝干原料的重量达到工艺要求值后，计算球内进入的总碱量，再按液比要求自动补水，达到工艺要求后通知盖阀，累计自然原料用量。液比＝绝干原料重量∶总水量，其中总水量为原料中含水量、蒸煮液量、补充水量三者之和。

（5）开始蒸煮过程（附图2）并开始计时。

（6）开始转动蒸煮球并分别检测球内温度、球内压力和送汽母管中的蒸汽压力，球内升压过快则报警并关小进汽阀门。升压速度大于0.01mP_a/分钟，则认为升压过快。

（7）根据温度和压力值，通知小放汽并记录，当球内压力大于0.8mP_a或大于进汽母管压力时，则停汽并报警。

（8）按给定蒸煮曲线计算H因子。

（9）H因子达到工艺曲线稳态时刻，按此时球内温度执行保中温或保高温过程。

（10）当H因子达到工艺要求的值时，发出喷浆信号。

（11）给出总计时，喷浆时刻等信息。

（12）系统自动停止工作。

实施例2：

纸浆配料蒸煮自动控制的装置（附图3）是用一条输送带21和两个蒸煮球18组成一个控制系统。在输送带21的末端装一个微波水分测试仪20，在线连续测量装入蒸煮球内的原料的平均含水量，水份测试仪20与模/数转换器5相连接。将一支金属陶瓷热敏测温杆23插入蒸煮球18中心位置，并把金属陶瓷热敏杆的末端与温度传感器16相连接，温度传感器16与模/数转换器5相连接。在蒸煮球上还装有测量球内压力的压力传感器17，压力传感器17与模/数转换器5相连接。在蒸煮球一侧的转动轴承座下装有应变称重仪19，应变称重仪19与模/数转换器5相连接。该称重仪的结构为在蒸煮球一侧的转动轴承座下设有呈三角状放置的三只位移传感器，位移传感器与前置放大器相连接。在蒸煮球的进汽母管9上装有压力传感器7，压力传感器7与模数转换器5相连接。在碱液进入管8上装有碱液密度测试仪6，温度计14和流量计15，密度测试仪6、温度计14和流量计15分别与模/数转换器5相连接。模/数转换器5与单板机1相连接。单板机1还通过数/模转换器4与装在进汽母管9上的电动调节阀11、装在进水管10上的水流电磁阀12和装在碱液进入管8上的流量控制电动调节阀13相连接。单板机1通过接口2与蒸煮球控制计算机3相连接。蒸煮球控制计算机3采用充电电池（内装）供电的便携式计算机，有68键大键盘，24列打印机，20×4字符液晶显示屏，可独立完成数据输入、采集、计算和对系统控制等功能。这样既保证了系统响应快，可靠性高和可维持性好的特点，而且在装料时如果交流电停电后可保存现场数据，待上电后继续工作;蒸煮时如果交流电停电，能够继续监视蒸煮球18内的压力和温度，完成蒸煮过程。在整个系统中保留有手动的功能，以防某一部分出现故障时，系统仍能正常工作。单板机1的主要功能是完成各测量器件与计算机之间的通讯，将计算机发出的控制命令发往各执行机构，完成数/模和模/数转换和光电隔离等功能。

Claims (4)

1、一种纸浆配料蒸煮的自动控制方法，本发明的特征是其方法如下：

(1)置系统初态，输入原料编号、该蒸煮球应装绝干原料的重量、液比值、总碱用量、蒸煮曲线参数，发出装料命令，

(2)检测碱液是否符号要求，不符合要求时发出信息，指出人工修正碱液的配比；

(3)通过称重和测量原料含水量，计算绝干原料重量，与用碱要求比较，不断调整碱液流量，

(4)绝干原料的重量达到工艺要求值后，计算球内进入总碱量，再按液比要求自动补水，达到工艺要求后通知盖阀，累计自然原料用量，

(5)开始蒸煮过程并开始计时，

(6)开始转动蒸煮球并分别检测球内温度、球内压力和送汽母管中的蒸汽压力，球内升压过快则报警并关小进汽阀门，

(7)根据压力和温度值，通知小放汽并记录，当球内压力大于0.8mPa或大于进汽母管压力时，则停汽并报警，

(8)按给定蒸煮曲线计算H因子，

(9)H因子达到工艺曲线稳态时刻，按此时球内温度执行保中温或保高温过程，

(10)当H因子达到工艺要求的值时，发出喷浆信号，

(11)给出总计时，喷浆时间等信息，

(12)系统自动停止工作。

2、如权利要求1所述的纸浆配料蒸煮的自动控制方法，其特征是称重方法为将三支位移传感器呈三角状地垫放在蒸煮球一侧转动轴承座下，使半球的全部重量均匀地压在三只位移传感器上，用变送器输出装球过程中某时刻的位移量所对应的电信号，求出该信号与空球时的信号差值，即可得出球内物质的重量。

3、一种实现权利要求1所述的纸浆配料蒸煮的自动控制方法的装置，其特征是一条输送带21和两个蒸煮球18为一个控制系统，在输送带21上装一个水分测试仪20，水分测试仪20与模/数转换器5相连接，将一支金属陶瓷热敏测温杆23沿着进液管插入蒸煮球18内部，再将测温杆23与温度传感器16相连接，温度传感器16与模/数转换器5相连接，蒸煮球上还装有测量压力的压力传感器17，压力传感器17与模/数转换器5相连接，在蒸煮球一侧的转动轴承座下装有应变称重仪19，应变称重仪19与模/数转换器5相连接，在蒸煮球的进汽母管9上装有压力传感器7，压力传感器7与模/数转换器5相连接，在碱液进入管8上装有碱液密度测试仪6、温度计14和流量计15，密度测试仪6、温度计14和流量计15分别与模/数转换器5相连接，模/数转换器5与单板机1相连接，单板机1还通过数/模转换器4与装在进汽母管9上的电动调节阀11、装在进水管10上的水流电磁阀12和装在碱液进入管8上的流量控制电动调节阀13相连接，单板机1通过接口2与蒸煮球控制计算机3相连接。

4、如权利要求3所述的纸浆配料蒸煮的自动控制的装置，其特征是称重仪的结构为在蒸煮球18一侧的转动轴承座下设有呈三角状放置的位移传感器，位移传感器与前置放大器相连接。

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