CN107149890B - 一种石膏板淀粉添加控制方法及系统 - Google Patents

一种石膏板淀粉添加控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石膏板淀粉添加控制方法及系统，所述方法包括：将淀粉与清水加入容器，对淀粉与清水进行预混合，从所述容器输出预混合后的淀粉混合溶液；将所述淀粉混合溶液与清水混合后，注入混合机与料浆混合。本发明能够使得淀粉在料浆中的分布更均匀，使石膏板的产品质量得到了提升，同时淀粉用量下降，降低了生产成本。

Description

一种石膏板淀粉添加控制方法及系统
技术领域
本发明涉及固物料添加控制技术，尤指一种石膏板淀粉添加控制方法及系统。
背景技术
在石膏板生产工艺中，为了提高护面纸的粘结情况，一般的做法是适当添加淀粉，成型工艺的淀粉添加量直接影响护面纸的粘结好坏，而护面纸粘结好坏又直接影响石膏板的强度等关键参数，因此，淀粉添加量及添加方式的控制，对成型阶段以及最终石膏板的质量都有至关重要的影响。同时，相比石膏板生产的其他添加剂，淀粉的添加量是最大的，因此在强化护面纸粘结的情况下，降低淀粉在石膏板生产中的添加量，对于降低石膏板的单重，降低生产成本都是有益的。
在石膏板生产中，现有技术淀粉的添加方式为直接添加，例如在45m/min～60m/min的石膏板生产线中，淀粉的添加量一般为80kg/h～150kg/h，平均到每平米产品中，用量约为40g～60g。现有技术直接添加淀粉的方式，使得淀粉在料浆中的分布并不均匀，导致护面纸的粘结情况不稳定，产品质量低，并且增加了生产的成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种石膏板淀粉添加控制方法及系统，能够使得淀粉在料浆中的分布更均匀，使石膏板的产品质量得到了提升，同时淀粉用量下降，降低了生产成本。
为了达到本发明目的，本发明一方面提供一种石膏板淀粉添加控制方法，包括：
将淀粉与清水加入容器，对淀粉与清水进行预混合，从所述容器输出预混合后的淀粉混合溶液；
将所述淀粉混合溶液与清水混合后，注入混合机与料浆混合。
进一步地，所述对淀粉与清水进行预混合，包括：在容器中，对加入的淀粉与清水进行搅拌。
进一步地，所述对淀粉与清水进行预混合，进行以下自动控制：
通过对清水流量、淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液的液位和浓度的自动控制，使得所述淀粉混合溶液的液位和浓度保持在各自设定的控制范围之内。
进一步地，所述通过对清水流量、淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液的液位和浓度的自动控制，包括：
通过对清水流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液液位的闭环自动控制；
通过对淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液浓度的闭环自动控制。
进一步地，所述自动控制，包括：
所述淀粉混合溶液的液位和浓度均保持在各自的控制范围之内时，进行淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制，及淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，包括：
根据生产线速度设定所述淀粉混合溶液流量的给定值，以所述淀粉混合溶液流量的检测值为反馈值，对所述淀粉混合溶液的流量进行闭环控制；
将所述淀粉混合溶液流量的检测值与设定的第一比值的积作为给定值，以所述清水流量的检测值为反馈值，对所述清水流量进行闭环控制；
将所述淀粉混合溶液流量的检测值与设定的第二比值的积作为给定值，以所述淀粉流量的检测值为反馈值，对所述淀粉流量进行闭环控制。
进一步地，所述自动控制，还包括：
所述淀粉混合溶液的液位超出设定的控制范围时，进行以下方式控制：
断开所述淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制；以设定的液位值为给定值，以所述容器中液体液位的检测值为反馈值，对所述清水流量进行液位控制；及
断开所述淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，改为清水流量为主、淀粉流量为副的比值控制，包括：将所述清水流量的检测值与设定的第三比值的积作为给定值，以所述淀粉流量的检测值为反馈值，对所述淀粉流量进行闭环控制。
进一步地，所述自动控制还包括：
所述淀粉混合溶液的浓度超出设定的控制范围而液位保持在设定的控制范围之内时，保持所述淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制，断开所述淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，改为对所述淀粉浓度和淀粉流量的串级控制，所述串级控制包括：
以设定的淀粉混合溶液的浓度值为给定值，以所述淀粉混合溶液浓度的检测值为反馈值，对淀粉混合溶液的浓度进行外环控制；
以所述外环控制使用的浓度控制器的输出为给定值，以所述淀粉混合溶液流量的检测值为反馈值，对淀粉混合溶液的流量进行内环闭环控制。
优选地，所述清水通过管道加入所述容器，通过控制所述管道上的控制阀的开度来调节所述清水的清水流量；
所述淀粉通过淀粉称加入所述容器，通过控制所述淀粉称单位时间传送淀粉的重量来调节所述淀粉的淀粉流量。
优选地，所述淀粉在每平方米产品中的用量为30g～50g。
本发明另一方面提供一种石膏板淀粉添加控制系统，包括：
淀粉称，用于控制加入容器的淀粉的量；
控制阀，用于控制加入容器的清水的量；
密度计，用于监测淀粉混合溶液的密度，进而由控制器计算得到淀粉混合溶液的浓度；
液位计，用于监测容器内的液位；
控制器，用于通过对清水流量、淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液的液位和浓度的自动控制，使得所述淀粉混合溶液的液位和浓度保持在各自设定的控制范围之内。
进一步地，所述控制器进行所述自动控制，包括：
通过对清水流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液液位的闭环自动控制；
通过对淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液浓度的闭环自动控制。
进一步地，所述控制器包括：
判断模块，用于判断所述淀粉混合溶液的液位和浓度是否在各自的控制范围之内；
第一控制模块，用于在所述淀粉混合溶液的液位和浓度均保持在各自的控制范围之内时，进行淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制，及淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，包括：
根据生产线速度设定所述淀粉混合溶液流量的给定值，以所述淀粉混合溶液流量的检测值为反馈值，对所述淀粉混合溶液的流量进行闭环控制；
将所述淀粉混合溶液流量的检测值与设定的第一比值的积作为给定值，以所述清水流量的检测值为反馈值，对所述清水流量进行闭环控制；
将所述淀粉混合溶液流量的检测值与设定的第二比值的积作为给定值，以所述淀粉流量的检测值为反馈值，对所述淀粉流量进行闭环控制。
进一步地，所述控制器还包括：
第二控制模块，用于在所述淀粉混合溶液的液位超出设定的控制范围时，进行以下方式的控制：
断开所述淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制；以设定的液位值为给定值，以所述容器中液体液位的检测值为反馈值，对所述清水流量进行液位控制；及
断开所述淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，改为清水流量为主、淀粉流量为副的比值控制，包括：将所述清水流量的检测值与设定的第三比值的积作为给定值，以所述淀粉流量的检测值为反馈值，对所述淀粉流量进行闭环控制。
进一步地，所述控制器还包括：
第三控制模块，用于在所述淀粉混合溶液的浓度超出设定的控制范围而液位保持在设定的控制范围之内时，保持所述淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制，断开所述淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，改为对所述淀粉浓度和淀粉流量的串级控制，所述串级控制包括：
以设定的淀粉混合溶液的浓度值为给定值，以所述淀粉混合溶液浓度的检测值为反馈值，对淀粉混合溶液的浓度进行外环控制；
以所述外环控制使用的浓度控制器的输出为给定值，以所述淀粉混合溶液流量的检测值为反馈值，对淀粉混合溶液的流量进行内环闭环控制。
进一步地，所述清水通过管道加入所述容器，所述控制器进行所述自动控制，包括：通过控制所述管道上的控制阀的开度来调节所述清水的清水流量；
所述淀粉通过淀粉称加入所述容器，所述控制器进行所述自动控制，包括：通过控制所述淀粉称单位时间传送淀粉的重量来调节所述淀粉的淀粉流量。
优选地，所述淀粉在每平方米产品中的用量为30g～50g。
与现有技术相比，本发明包括将淀粉与清水加入容器，对淀粉与清水进行预混合，从所述容器输出预混合后的淀粉混合溶液；将所述淀粉混合溶液与清水混合后，注入混合机与料浆混合。由于本发明石膏板淀粉添加控制方法及系统是通过淀粉与水提前实现混合，增强了淀粉在料浆中的分散能力，淀粉分布更均匀，因此石膏板的产品质量也得到了提升。同时，淀粉用量下降，降低了生产成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明石膏板淀粉添加控制方法的原理示意图；
图2为本发明石膏板淀粉添加控制方法的流程示意图；
图3为本发明石膏板淀粉添加控制方法中比值控制的结构示意图；
图4为本发明石膏板淀粉添加控制方法中液位控制的结构示意图；
图5为本发明石膏板淀粉添加控制方法中浓度控制的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
图1为本发明实施例的石膏板淀粉添加控制方法的原理示意图，如图1所示，本发明一方面提供的一种石膏板淀粉添加控制方法，包括：
将淀粉与清水加入容器，对淀粉与清水进行预混合，从所述容器输出预混合后的淀粉混合溶液；
将所述淀粉混合溶液与清水混合后，注入混合机与料浆混合。
进一步地，所述对淀粉与清水进行预混合，包括：在容器中，对加入的淀粉与清水进行搅拌。
进一步地，所述对淀粉与清水进行预混合，进行以下自动控制：
通过对清水流量、淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液的液位和浓度的自动控制，使得所述淀粉混合溶液的液位和浓度保持在各自设定的控制范围之内。
进一步地，所述通过对清水流量、淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液的液位和浓度的自动控制，包括：
通过对清水流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液液位的闭环自动控制；
通过对淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液浓度的闭环自动控制。
进一步地，所述自动控制，包括：
所述淀粉混合溶液的液位和浓度均保持在各自的控制范围之内时，进行淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制，及淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，包括：
根据生产线速度设定所述淀粉混合溶液流量的给定值，以所述淀粉混合溶液流量的检测值为反馈值，对所述淀粉混合溶液的流量进行闭环控制；
将所述淀粉混合溶液流量的检测值与设定的第一比值的积作为给定值，以所述清水流量的检测值为反馈值，对所述清水流量进行闭环控制；
将所述淀粉混合溶液流量的检测值与设定的第二比值的积作为给定值，以所述淀粉流量的检测值为反馈值，对所述淀粉流量进行闭环控制。
进一步地，所述自动控制，还包括：
所述淀粉混合溶液的液位超出设定的控制范围时，进行以下方式控制：
断开所述淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制；以设定的液位值为给定值，以所述容器中液体液位的检测值为反馈值，对所述清水流量进行液位控制；及
断开所述淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，改为清水流量为主、淀粉流量为副的比值控制，包括：将所述清水流量的检测值与设定的第三比值的积作为给定值，以所述淀粉流量的检测值为反馈值，对所述淀粉流量进行闭环控制。
进一步地，所述自动控制还包括：
所述淀粉混合溶液的浓度超出设定的控制范围而液位保持在设定的控制范围之内时，保持所述淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制，断开所述淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，改为对所述淀粉浓度和淀粉流量的串级控制，所述串级控制包括：
以设定的淀粉混合溶液的浓度值为给定值，以所述淀粉混合溶液浓度的检测值为反馈值，对淀粉混合溶液的浓度进行外环控制；
以所述外环控制使用的浓度控制器的输出为给定值，以所述淀粉混合溶液流量的检测值为反馈值，对淀粉混合溶液的流量进行内环闭环控制。
优选地，所述清水通过管道加入所述容器，通过控制所述管道上的控制阀的开度来调节所述清水的清水流量；
所述淀粉通过淀粉称加入所述容器，通过控制所述淀粉称单位时间传送淀粉的重量来调节所述淀粉的淀粉流量。
优选地，所述淀粉在每平方米产品中的用量为30g～50g。
本发明另一方面提供的一种石膏板淀粉添加控制系统，包括：
淀粉称，用于控制加入容器的淀粉的量；
控制阀，用于控制加入容器的清水的量；
密度计，用于监测淀粉混合溶液的密度，进而由控制器计算得到淀粉混合溶液的浓度；
液位计，用于监测容器内的液位；
控制器，用于通过对清水流量、淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液的液位和浓度的自动控制，使得所述淀粉混合溶液的液位和浓度保持在各自设定的控制范围之内。
进一步地，所述控制器进行所述自动控制，包括：
通过对清水流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液液位的闭环自动控制；
通过对淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液浓度的闭环自动控制。
进一步地，所述控制器包括：
判断模块，用于判断所述淀粉混合溶液的液位和浓度是否在各自的控制范围之内；
第一控制模块，用于在所述淀粉混合溶液的液位和浓度均保持在各自的控制范围之内时，进行淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制，及淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，包括：
根据生产线速度设定所述淀粉混合溶液流量的给定值，以所述淀粉混合溶液流量的检测值为反馈值，对所述淀粉混合溶液的流量进行闭环控制；
将所述淀粉混合溶液流量的检测值与设定的第一比值的积作为给定值，以所述清水流量的检测值为反馈值，对所述清水流量进行闭环控制；
将所述淀粉混合溶液流量的检测值与设定的第二比值的积作为给定值，以所述淀粉流量的检测值为反馈值，对所述淀粉流量进行闭环控制。
进一步地，所述控制器还包括：
第二控制模块，用于在所述淀粉混合溶液的液位超出设定的控制范围时，进行以下方式的控制：
断开所述淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制；以设定的液位值为给定值，以所述容器中液体液位的检测值为反馈值，对所述清水流量进行液位控制；及
断开所述淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，改为清水流量为主、淀粉流量为副的比值控制，包括：将所述清水流量的检测值与设定的第三比值的积作为给定值，以所述淀粉流量的检测值为反馈值，对所述淀粉流量进行闭环控制。
进一步地，所述控制器还包括：
第三控制模块，用于在所述淀粉混合溶液的浓度超出设定的控制范围而液位保持在设定的控制范围之内时，保持所述淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制，断开所述淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，改为对所述淀粉浓度和淀粉流量的串级控制，所述串级控制包括：
以设定的淀粉混合溶液的浓度值为给定值，以所述淀粉混合溶液浓度的检测值为反馈值，对淀粉混合溶液的浓度进行外环控制；
以所述外环控制使用的浓度控制器的输出为给定值，以所述淀粉混合溶液流量的检测值为反馈值，对淀粉混合溶液的流量进行内环闭环控制。
进一步地，所述清水通过管道加入所述容器，所述控制器进行所述自动控制，包括：通过控制所述管道上的控制阀的开度来调节所述清水的清水流量；
所述淀粉通过淀粉称加入所述容器，所述控制器进行所述自动控制，包括：通过控制所述淀粉称单位时间传送淀粉的重量来调节所述淀粉的淀粉流量。
优选地，所述淀粉在每平方米产品中的用量为30g～50g。
本发明石膏板淀粉添加控制方法及系统是通过淀粉与水提前实现混合，增强了淀粉在料浆中的分散能力，淀粉分布更均匀，因此石膏板的产品质量也得到了提升。同时，淀粉用量下降，降低了生产成本。
下面对本发明实施例石膏板淀粉添加控制方法及系统的工作原理进行描述。
本发明将要添加的淀粉预先在一罐体内与清水搅拌，完成预混合，得到浓度相对较高的淀粉混合溶液，再将该淀粉混合溶液与清水混合(可以在管道中直接混合)，然后注入混合机和料浆进行混合。淀粉混合溶液在搅拌混合过程中的分散性，要远高于淀粉，因此，淀粉在料浆中的分布更均匀，也就不需要大量添加淀粉。该系统投入使用后，淀粉在每平方米产品中的用量可以降到30g～50g，大大降低了生产成本；淀粉用量下降了，并且淀粉分布更均匀，护面纸的粘结会比现阶段效果更好，因此石膏板的产品质量也得到了提升。
具体地，如图1所示，分别用淀粉称和控制阀控制淀粉和清水加入罐体的量，用液位计监测罐体内液位，确保液位不会过高或者过低，用密度计监测淀粉混合溶液的密度，进而计算得到淀粉混合溶液的浓度，保证淀粉混合溶液浓度的稳定性。淀粉混合溶液经下方的控制阀流出与清水混合后，再进入混合机与料浆(包含其他添加剂)进行充分的混合。
本发明能够提高石膏板质量、降低石膏板生产的单位成本，通过淀粉与水提前实现固定浓度的混合，增强淀粉在料浆中的分散能力，主要通过调节淀粉下料量和控制阀的开度，在保证淀粉混合溶液流量的情况下，实现对液位和浓度的控制。
本发明的主要功能为：
实现淀粉的预混合，并通过淀粉混合溶液浓度和淀粉流量的串级控制，保持输出淀粉混合溶液浓度维持在一定浓度值。
根据生产线速度自动设定淀粉混合溶液控制阀的开度，正常生产过程中，清水的控制阀、淀粉称与淀粉混合溶液均为比值控制。
当液位触发低限或者高限报警时，流入罐体清水控制阀断开比值控制，改由液位反馈控制，淀粉称也断开与淀粉混合溶液的比值控制，改为与清水控制阀比值控制。
本发明的设备及元器件如下：
1)控制器：为可编程逻辑控制器(PLC)，是系统控制的核心，可以使用现阶段成型工段PLC的备用点来实现控制功能，节约成本。
2)淀粉称：系统淀粉称能够满足需要，用于计量单位时间淀粉的重量，计量单位kg/h，通过控制皮带速度和/或皮带负载控制进入淀粉混合罐体中淀粉的量。淀粉流量即是单位时间淀粉的重量。
3)密度计：依据成本及实际应用效果等没有直接选用浓度计，而是选择密度计间接实现功能，因为溶液为淀粉和水混合溶液，在一定浓度范围内，密度和浓度的关系是成函数关系的，因此可以由密度计算得到淀粉混合溶液浓度。选用的密度计原理是建立在双探头的距离稳定可准确测量基础上的差压法，因此，即使不断搅动，只要静压是稳定的，就可以保证测量的准确。密度计的主要参数包括：测量精度最高可达到0.2％，测量分辨率0.001g/cm3，量程0～3g/cm3，电源24Vdc，输出信号4～20mA等，以上参数均符合控制系统的需求。
4)液位计：选用常用的单法兰液位变送器等即可实现功能，主要参数：测量精度0.1％，量程0～3m，电源24Vdc，输出信号4～20mA等
5)容器：为混合所用罐体，罐体设计需满足淀粉用量的需求，按淀粉最大用量50g/m2，生产线速度60m/min，每分钟的用量为3kg，罐体例如可为圆柱罐体，底面直径为0.7m，高为0.8m，罐体最大容量为300L，工作容量为200L，溶液浓度为15％，工作容量下包含淀粉量为30kg，在满工作容量的情况下，不继续添加溶液可继续提供淀粉十分钟，低于最低液位后，依然可提供两分钟的淀粉用量。如图1所示，罐体下部安装有搅动叶轮，搅拌电机功率为5.5kw。
6)电动执行机构：作为控制阀，具体是选用电磁阀，可接受4～20mA电流信号，并依据信号使电磁阀打开0～100％开度。电磁阀还可反馈位置信号，反馈信号为4～20mA的电流输出。
本发明包含淀粉流量，清水流量，淀粉混合溶液流量三个输入和淀粉混合溶液浓度、淀粉混合溶液液位两个输出。因此，系统是一个多输入多输出系统，下面简要分析该多输入多输出系统的耦合关系。
如前所述，罐体内的液位和浓度受三个流量影响，即淀粉流量Q1，清水流量Q2，淀粉混合溶液流量Q，其中，淀粉混合溶液流量Q是根据生产线速度设置的，为了不影响正常生产，这里认为淀粉混合溶液流量Q是不可调的。因此，影响淀粉混合溶液流量Q＝Q1+Q2＝U淀+U水。混合罐体内的淀粉混合溶液浓度
Figure BDA0000935190260000121
因此第一放大系数p11为，
Figure BDA0000935190260000122
Figure BDA0000935190260000123
由以上两式，以及相对增益矩阵的性质，可以求得系统的相对增益矩阵为
Figure BDA0000935190260000124
Figure BDA0000935190260000125
也就是说，在淀粉混合溶液浓度C比较小(小于20％)的时候，两通道耦合较弱，即通过U淀来控制淀粉混合溶液浓度C，U水来控制淀粉混合溶液流量Q是合理的。
从以上针对本系统耦合过程的分析，可知通过一个控制变量控制一个被控变量是可行的，同时给浓度和液位一个允许波动的范围，当其在范围内波动的时候，运用比值控制即可稳定实现控制效果，当超出允许范围时，再启动液位控制或者浓度控制。
图2为本发明石膏板淀粉添加控制方法的流程示意图，如图2所示，系统首先读取液位高度，判断液位是否在规定范围内，如果超出范围，启动液位控制，液位控制液位稳定后，返回运行；若液位高度正常，则读取浓度数据。同理，若浓度超出规定范围，启动浓度控制，若正常返回运行；当液位和浓度都正常时，则启动比值控制。一般情况下系统浓度和液位均处于允许范围，因此一般情况下系统处于淀粉混合溶液的比值控制。
优先考虑液位是因为若出现液位过低的情况，将直接影响生产的正常运转，若液位过高，液体溢出将可能造成环境的污染和设备的损坏。其次考虑浓度，因为浓度一般情况下波动均较小，而且浓度的波动，不会引起生产停止运行等情况，可能会造成短时间板材质量不稳，但调整后可快速回复稳定，因此，使用上述控制流程可实现良好效果。
淀粉混合溶液比值控制如下：
图3为本发明石膏板淀粉添加控制方法中比值控制的结构示意图，控制器分别控制控制阀1和控制阀2，实现对主流量以及副流量的控制，变送器可以对主对象和副对象的输出进行反馈，具体地，变送器是接收流量检测器如流量传感器的流量信号，将其转换为电信号反馈给控制器。
其中，图3中所示为双闭环比值控制系统，是以淀粉混合溶液为主对象，其流量为主流量，清水为副对象，其流量为副流量，K1为实际配比系数。
同理，可以以淀粉混合溶液为主对象，淀粉混合溶液流量为主流量，以淀粉为副对象，淀粉流量为副流量，K2作为实际配比系数，实现对淀粉流量的闭环控制，该闭环的输入仍是淀粉混合溶液流量的检测值，经K2变动后的数值作为闭环控制的给定值，而该闭环控制的执行机构可以是淀粉称/淀粉传送系统中传送电机的变频器以实现对淀粉流量的调节，该闭环控制的反馈信号可以是对传送电机的测速信号。
图3中所示双闭环比值控制系统的工作原理如下：
在双闭环比值控制系统工作时，当主流量受到干扰发生波动，则主流量控制回路对其进行定值控制，使主流量给定值稳定，同时副流量控制回路也会随主流量的波动进行调整；当副流量受到扰动发生波动时，副流量控制回路对其进行定值控制，使副流量始终稳定在定值附近，而主流量控制回路不受副流量波动的影响。
因此，因扰动而发生的主流量和副流量波动利用各自控制回路分别实现检测值与给定值吻合，从而保证主、副物料流量的比值恒定。
当调节主流量给定值时，主流量控制回路调节主流量检测值和给定值吻合；同时，根据主流量与副流量的比值及新的主流量给定值，系统给出副流量控制回路的输入值。
通过副流量控制回路的调节控制使副流量的检测值与该输入值吻合，即副流量的检测值与主流量变动后的数值相对应，保持主流量和副流量的比值不变。
可见主流量控制回路是一定值控制系统，而副流量控制回路是一个随动控制系统。
双闭环比值控制系统的突出优点如下：
(1)控制系统更为稳定
对主流量的定值控制克服了干扰对主流量的影响，因此主流量变化平稳，副流量也将平稳，进而系统的总物料流量稳定，更好地满足了生产工艺要求。
(2)系统更易于调节
当需要改变主流量的设定值时，主流量控制回路通过调节控制使主流量的输出值改变为新设定值，同时副流量也将随主流量按给定比值变化。
因此，当需要调整负荷时，只要改变主流量控制回路控制器的给定值，就可同步调整主流量和副流量，并保持主流量和副流量的比值不变。
在液位及浓度均在容许范围内的情况下，其他控制方法容易导致液位、浓度等的频繁波动，给生产过程和设备带来负担；而本发明依据生产工艺所需的淀粉量以及淀粉混合溶液浓度，将淀粉流量和清水流量与淀粉混合溶液流量就行比值控制，这样，一方面保证了淀粉流量和清水流量的配比关系，保证罐体内的溶液浓度维持在稳定水平，另一方面，由于是与淀粉混合溶液流量就行比值控制，淀粉流量和清水流量始终跟随其变化，这就保证了罐体内液位的稳定。
图中的主/副流量控制回路的控制器，如可以采用工控机或PLC，对此不作限制。
如图3所示，图中以清水与淀粉混合溶液的比值控制为例，优势是一方面可以保证溶液配比的稳定，另一方面可以保证各个流量自身的稳定性。比值控制为动态配比，当主流量变化时，副流量均会跟随变化，
在比值控制中，工艺配比系数
Figure BDA0000935190260000141
在控制系统中，需考虑测量仪表的影响，以选用的4～20mA仪表为例，当前电流I的计算如下：
Figure BDA0000935190260000142
那么实际配比系数K1
Figure BDA0000935190260000151
由以上两式，可得
Figure BDA0000935190260000152
这样就获得了程序中运行所需的实际配比系数K1。
液位控制如下：
图4为本发明石膏板淀粉添加控制方法中液位控制的结构示意图。在液位波动时，控制液位在规定范围，受控变量是罐体液位，操纵变量是清水流量，当只考虑液位与清水流量关系时，系统简化为一个水槽系统，结构简单，可以选用单回路闭环控制。
如图4所示，在液位控制中，清水流量断开与淀粉混合溶液的比值控制。这时淀粉流量虽然对液位影响有限，但若不断开淀粉流量与淀粉混合溶液流量的比值控制，淀粉继续维持原流量，那么当液位过高时，清水的控制器会减少清水的流量，此时溶液浓度就会增加；当液位过低时，同理溶液浓度会降低。上述提到液位控制优先于浓度控制，但控制过程影响浓度也是不希望的结果。因此，淀粉流量也断开与淀粉混合溶液流量的比值控制，改由清水流量进行比值控制，这就保证了清水和淀粉始终处于配比状态，对溶液浓度影响很小，这样既实现了对液位的控制，也没有对浓度产生影响。
浓度控制如下：
图5为本发明石膏板淀粉添加控制方法中浓度控制的结构示意图，依次经主控制器、副控制器、淀粉称、副对象、主对象实现浓度控制过程。其中，主控制器为浓度控制器，副控制器为淀粉流量控制器；将浓度控制器的输出值作为淀粉流量控制器的给定值，变送器1反馈副对象的输出，变送器2反馈主对象的输出。具体如下：
根据上述分析，通过淀粉流量控制淀粉混合溶液浓度是理想的选择。如液位控制部分提到的液位控制不能影响浓度控制，浓度控制同样不能影响液位。因此，清水流量继续与淀粉混合溶液流量保持比值控制，这样就保证了液位的稳定。同时，清水流量基本稳定也有利于对淀粉混合溶液浓度的调整。
如图5所示，如同液位控制的单回路闭环控制，采用浓度作为受控变量，但在浓度控制的结构中，单回路闭环控制存在如下两个问题：淀粉称的调节过程需要一定的时间，同时调节过程中有一定的波动，将影响浓度；同时溶液的混合需要一定的时间，因此，当输入变化时，输出存在滞后。因此，选用串级控制较为理想。即将浓度控制器的输出值作为淀粉流量控制器的给定值，两个控制器有各自独立的测量输入，只有浓度控制器的给定是通过PLC由外部给定的，当混合液浓度较低时，PLC系统根据设定的比例积分微分(PID，Proportional-Integral-Derivative)整定值，自动的将信号指令发出，通过浓度控制器，将淀粉流量控制器的给定值升高，让淀粉流量升高，维持浓度的稳定；浓度较高时，实现方式是类似的，淀粉流量减小，维持浓度稳定。串级控制很好的解决了单回路闭环控制在浓度控制中存在的缺陷。
预计经济效益如下：
按每平米淀粉使用量下降10g计算，年产3000万平米石膏板生产线，按每吨淀粉价格4000元计算，年节省成本：
10×3000÷1000000×4000＝120万
淀粉分布的均匀性提升了护面纸粘结的稳定性，产品合格率提升0.2％，按每平方米价格7元计算，年利润为：
0.2％×3000×7＝42万
因此，该控制系统的投入使用在3000万平米石膏板生产线，单条生产线年效益即可达到162万元。
综上所述，本发明通过使用比值控制、液位控制、浓度控制实现了淀粉进入混合机前的预混合，同时很好的保证了混合罐体内的液体液位高度和混合液的浓度。淀粉的预混合提高了护面纸与板材的粘结效果，降低了生产成本，有着显著的经济效益。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种石膏板淀粉添加控制方法，其特征在于，包括：
将淀粉与清水加入容器，对淀粉与清水进行预混合，从所述容器输出预混合后的淀粉混合溶液；
将所述淀粉混合溶液与清水混合后，注入混合机与料浆混合；
其中，所述对淀粉与清水进行预混合，进行以下自动控制：
通过对清水流量、淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液的液位和浓度的自动控制，使得所述淀粉混合溶液的液位和浓度保持在各自设定的控制范围之内；
其中，所述自动控制，包括：
所述淀粉混合溶液的液位和浓度均保持在各自的控制范围之内时，进行淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制，及淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，包括：
根据生产线速度设定所述淀粉混合溶液流量的给定值，以所述淀粉混合溶液流量的检测值为反馈值，对所述淀粉混合溶液的流量进行闭环控制；
将所述淀粉混合溶液流量的检测值与设定的第一比值的积作为给定值，以所述清水流量的检测值为反馈值，对所述清水流量进行闭环控制；
将所述淀粉混合溶液流量的检测值与设定的第二比值的积作为给定值，以所述淀粉流量的检测值为反馈值，对所述淀粉流量进行闭环控制
其中，所述自动控制，还包括：
所述淀粉混合溶液的液位超出设定的控制范围时，进行以下方式控制：
断开所述淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制；以设定的液位值为给定值，以所述容器中液体液位的检测值为反馈值，对所述清水流量进行液位控制；及
断开所述淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，改为清水流量为主、淀粉流量为副的比值控制，包括：将所述清水流量的检测值与设定的第三比值的积作为给定值，以所述淀粉流量的检测值为反馈值，对所述淀粉流量进行闭环控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对淀粉与清水进行预混合，包括：在容器中，对加入的淀粉与清水进行搅拌。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过对清水流量、淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液的液位和浓度的自动控制，包括：
通过对清水流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液液位的闭环自动控制；
通过对淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液浓度的闭环自动控制。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自动控制还包括：
所述淀粉混合溶液的浓度超出设定的控制范围而液位保持在设定的控制范围之内时，保持所述淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制，断开所述淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，改为对所述淀粉浓度和淀粉流量的串级控制，所述串级控制包括：
以设定的淀粉混合溶液的浓度值为给定值，以所述淀粉混合溶液浓度的检测值为反馈值，对淀粉混合溶液的浓度进行外环控制；
以所述外环控制使用的浓度控制器的输出为给定值，以所述淀粉混合溶液流量的检测值为反馈值，对淀粉混合溶液的流量进行内环闭环控制。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述清水通过管道加入所述容器，通过控制所述管道上的控制阀的开度来调节所述清水的清水流量；
所述淀粉通过淀粉称加入所述容器，通过控制所述淀粉称单位时间传送淀粉的重量来调节所述淀粉的淀粉流量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淀粉在每平方米产品中的用量为30g～50g。
7.一种石膏板淀粉添加控制系统，其特征在于，包括：
淀粉称，用于控制加入容器的淀粉的量；
控制阀，用于控制加入容器的清水的量；
密度计，用于监测淀粉混合溶液的密度，进而由控制器计算得到淀粉混合溶液的浓度；
液位计，用于监测容器内的液位；
控制器，用于通过对清水流量、淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液的液位和浓度的自动控制，使得所述淀粉混合溶液的液位和浓度保持在各自设定的控制范围之内；
其中，所述控制器包括：
判断模块，用于判断所述淀粉混合溶液的液位和浓度是否在各自的控制范围之内；
第一控制模块，用于在所述淀粉混合溶液的液位和浓度均保持在各自的控制范围之内时，进行淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制，及淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，包括：
根据生产线速度设定所述淀粉混合溶液流量的给定值，以所述淀粉混合溶液流量的检测值为反馈值，对所述淀粉混合溶液的流量进行闭环控制；
将所述淀粉混合溶液流量的检测值与设定的第一比值的积作为给定值，以所述清水流量的检测值为反馈值，对所述清水流量进行闭环控制；
将所述淀粉混合溶液流量的检测值与设定的第二比值的积作为给定值，以所述淀粉流量的检测值为反馈值，对所述淀粉流量进行闭环控制；
所述控制器还包括：
第二控制模块，用于在所述淀粉混合溶液的液位超出设定的控制范围时，进行以下方式的控制：
断开所述淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制；以设定的液位值为给定值，以所述容器中液体液位的检测值为反馈值，对所述清水流量进行液位控制；及
断开所述淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，改为清水流量为主、淀粉流量为副的比值控制，包括：将所述清水流量的检测值与设定的第三比值的积作为给定值，以所述淀粉流量的检测值为反馈值，对所述淀粉流量进行闭环控制。
8.根据权利要求7所述的石膏板淀粉添加控制系统，其特征在于，所述控制器进行所述自动控制，包括：
通过对清水流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液液位的闭环自动控制；
通过对淀粉流量的调节，实现对所述淀粉混合溶液浓度的闭环自动控制。
9.根据权利要求7所述的石膏板淀粉添加控制系统，其特征在于，所述控制器还包括：
第三控制模块，用于在所述淀粉混合溶液的浓度超出设定的控制范围而液位保持在设定的控制范围之内时，保持所述淀粉混合溶液流量为主、清水流量为副的比值控制，断开所述淀粉混合溶液流量为主、淀粉流量为副的比值控制，改为对所述淀粉浓度和淀粉流量的串级控制，所述串级控制包括：
以设定的淀粉混合溶液的浓度值为给定值，以所述淀粉混合溶液浓度的检测值为反馈值，对淀粉混合溶液的浓度进行外环控制；
以所述外环控制使用的浓度控制器的输出为给定值，以所述淀粉混合溶液流量的检测值为反馈值，对淀粉混合溶液的流量进行内环闭环控制。
10.根据权利要求7～9任一项所述的石膏板淀粉添加控制系统，其特征在于，所述清水通过管道加入所述容器，所述控制器进行所述自动控制，包括：通过控制所述管道上的控制阀的开度来调节所述清水的清水流量；
所述淀粉通过淀粉称加入所述容器，所述控制器进行所述自动控制，包括：通过控制所述淀粉称单位时间传送淀粉的重量来调节所述淀粉的淀粉流量。
11.根据权利要求7所述的石膏板淀粉添加控制系统，其特征在于，所述淀粉在每平方米产品中的用量为30g～50g。
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