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随着我国制浆造纸工业的迅速发展,面对日益增长的能源和原料成本以及对环境保护的加强,目前造纸行业已经越来越多地淘汰了高能耗、高污染的传统间歇蒸球或立锅蒸煮技术。目前国外发展成熟的节能环保型置换蒸煮制浆技术(RapidDisplacementHeating、DisplacementDigesterSystem、SuperBatch等)在我国制浆企业应用越来越广泛。间歇置换蒸煮是20世纪80年代发展起来的一项高效节能、环保的制浆技术,已经成为我国制浆企业和学者研究制浆蒸煮技术的重要发展方向之一。
本文以四川银鸽竹浆纸业10万吨/年竹纤维DDS置换蒸煮制浆工程为背景,在国家国际科技合作项目及陕西省科技计划项目的资助下,以实现DDS置换蒸煮制浆生产技术的完全国产化为目标,基于DDS置换蒸煮制浆生产工艺的特点和过程控制的要求,设计了一套DCS控制系统用于生产过程的全自动化控制。
论文的主要研究成果是:
(1)DDS置换蒸煮制浆工艺流程的研究与控制方案的设计
在对DDS置换蒸煮制浆工艺流程介绍和分析的基础上,提出了各个控制系统的作用和控制重点,设计了相应的控制策略和顺序控制逻辑。置换蒸煮锅子系统的控制是整个制浆生产过程控制的重点,每一个蒸煮锅都设计了一套独立的置换蒸煮主顺序控制,包括各蒸煮阶段不同的顺序控制、药液温度和锅内压力控制、项部和中部篦筛反冲洗控制、模糊预测冷喷放控制等以及安全保护系统。
(2)蒸煮锅内药液温差的模糊自整定PID串级控制器设计
针对置换蒸煮锅控制系统中蒸煮锅内药液温度控制的严重时滞性、时变性和非线性等特性,且蒸煮过程中蒸煮锅内的药液要经过有序的置换和循环,这样易在蒸煮锅内不同位置料片间产生温度梯度。通过分析热交换器加热蒸煮循环药液后回流至蒸煮锅顶部和底部过程机理,采用常规的蒸煮锅顶部和底部药液温差与回流顶部和底部药液流量串级PID控制器难以保证顶部和底部药液温度均匀一致,达到满意的控制效果。本文结合串级控制、模糊控制和PID控制的特点,将三者有机地结合起来提出采用模糊自整定PID控制代替常规的蒸煮锅药液温差与流量串级控制系统中的PID主控制器,控制循环药液回流至锅顶部和底部流量的方法,并应用Matlab仿真比较表明,模糊自整定PID串级控制的动态响应曲线更好、超调量小、抗干扰能力强。可以有效消除蒸煮锅内药液温度梯度的产生,保证蒸煮锅内各点温度、粗浆得率和卡伯值均匀一致。
(3)DDS置换蒸煮制浆过程DCS控制系统的实现
通过对DDS置换蒸煮制浆自动化现状的介绍以及对DCS控制系统特性的分析,设计了一套完整的DCS控制系统,即采用西门子SIMATICPCS7过程控制系统,使用PCS7V7.0系统软件进行下位机控制程序的设计,即实现系统的顺序控制和逻辑控制程序编写测试等,和上位机的界面组态设计,监测现场设备运行状态等,从而实现DDS置换蒸煮整个生产过程的自动控制。