集散控制系统在废纸脱墨生产过程中的应用

近年来，各造纸厂家出于对环保和资源的考虑，不断加大废纸再生利用。而脱墨技术作为废纸再生利用的一个难题，已越来越被广大造纸生产厂家所重视。山东太阳纸业集团有限公司首家引进美国T.B.C.公司一条高白度高强度的废纸脱墨生产线，海天测控技术有限责任公司针对该生产线的工艺特点设计了集散控制系统对工艺流程进行控制。该生产线于一九九九年十月顺利投产，成浆白度达到86%（ISO）。 现就集散控制系统在该条生产线上的应用介绍如下。 1. 集散控制系统简介 集散控制系统是一种综合了计算机控制技术和网络技术的先进控制系统。在集散控制系统中过程控制站多采用高性能、高可靠性的工业控制器完成主要的控制决策和信号的输入输出处理；操作员站通过网络与过程控制站进行数据交换，完成各种工作指令的下达和过程数据的收集；工程师站主要用于控制策略组态，并通过网络下载组态。 集散控制系统具有可靠性高、易于维护、操作形象简单、控制策略组态灵活等优点。生产过程中引入集散控制系统后，操作员的主要操作界面将转移到计算机屏幕前。同时，集散控制系统中拥有强大的数据管理功能，可以将大量的生产过程数据和事件以及控制参数记录汇总，并通过丰富的图表提供给操作员。 2. 控制系统实例 在海天测控技术有限责任公司为山东太阳纸业集团有限公司办公废纸脱墨生产线设计的集散控制系统中采用了德国SIEMENS公司的S7系列可编程控制器作为过程控制站（PS），在主控室设置了一台高档标准PC作为操作员/工程师站（OS/ES），根据该厂的实际情况在生产现场设置2个SIEMENS TP27-10触摸屏操作员面板作为现场操作工的操作界面。 　　　　　　　　　　　　　　　　 在该系统中，生产流程中的各个检测信号和执行器信号以及电机的启停控制信号都接入过程控制站的I/O单元。控制程序存储在过程控制站的CPU中。过程控制站可以在脱离操作员站和TP的情况下相对独立地运行。两个过程控制站之间通过MPI网进行数据共享，从而实现了连接在两个过程控制站上的设备之间的连锁。 在操作员/工程师站上采用中文Windows NT作为操作系统，监控程序采用中文图形界面，可以指示出系统中各传感器和执行器的工作参数以及电机设备的启停状态。同时，通过操作员站的监控软件可以对各控制回路的控制参数进行整定，并将整定后的参数下传给过程控制站；另外在操作员站上通过各种形象的图形操作元素可以对系统中的执行器和电机进行操作。在操作员站上对生产过程中的各种重要数据（例如：压力筛的进口和良浆出口的差压，热分散器的加载功率等等）均建立了完善的数据库，并可通过图表方式查阅和打印。对于不同的操作员，监控软件中设置了分权限登录机制，即不同的操作员按照所涉及的操作级别掌握了不同的操作权限口令，用相应的权限口令登录可修改的参数和查看的数据的范围是不同的。 工程师软件也装载在操作员微机上，利用Windows NT的多任务机制可以在不退出操作员监控软件的情况下启动工程师软件。通过工程师软件系统工程师可以在线和离线修改过程控制站的控制程序以及操作员站的监控程序。 现场操作员面板是为现场操作工设置的，它同样通过MPI网与过程控制站的CPU连接。操作员面板的主要作用是为操作工提供一个相对简易的操作界面，在操作员面板上显示有分段的流程图画面和各检测点的检测值以及执行器和电机的工作状态。操作员可以直观地查看各浆池的液位、浆管内压力和流量以及浆浓度等等各种工艺参数的变化，并通过操作员面板的触摸屏方便地操作各类阀门和电机。 3. 控制对象和控制策略的选择 过程控制系统的成功应用很大程度上取决于对被控工艺过程的理解，选择正确的被控对象采用先进的控制系统可以有效地节约操作成本。集散控制系统在脱墨生产过程中的成功应用同样必须是建立在对脱墨生产工艺的深刻理解上的。 与造纸工业其他领域相似，在废纸脱墨中自控技术的应用毕竟不是全能的，集散控制系统控制对象和控制策略的选择应该首先满足关键设备和关键工艺参数的要求，下面就脱墨工艺流程的几个关键工序中控制对象的选择加以说明： 筛选 A. 浓度 筛选过程主要是除去大多数剩余非纤维杂质。在这一过程中，浓度对杂质去除效率起了非常重要的作用。通常来讲，较低的浓度会获得较高的去除率。从提高效率的角度看，浓度控制是非常关键的因素，在集散控制系统中可以由一个反馈控制回路来完成。 B.排渣率 除浓度外，尾渣排出与进料的比例对于杂质的去除效率也有明显的影响，理想的情况是：以排渣率作为一个变量，与杂质的比例变化相适应。但是，由于没有相应的监测仪表，无法在线检测排渣率，因此，尾渣的排放量可以根据实验室的测定结果人工调节，在集散控制系统中设置为一个手动回路。如果测出样品的杂质含量较高，可将第一段的排渣率通过手动回路从10%调节到15%~20%，保证第二段及后续筛的能力可以适应流量增加。 C.压力差 压力筛的压差同样是确定效率的很重要的变量。通常，压力筛和除渣器的入口压力应该是稳定的。在对压力筛的控制，进出口压差可以用来监测压力筛是否出现堵塞，从而可以作为自冲洗程序的启动条件。 D.流量 因为在恒定的条件下，压差与良浆流量是成正比的，所以在压力筛的控制对象选择上还有一种方案：在进出口和尾渣出口各设置一个流量检测点，控制系统对这三个流量进行比值控制，也可以达到很好的控制效果。 浮选 浮选是整个脱墨流程中的非常重要的一个环节，较完善的浮选控制系统将提高纸浆质量的均匀性。影响浮选脱墨效果的因素较多，包括油墨的类型及尺寸的分布、矿物质填料的种类及浓度、pH值、排渣率、温度及油墨的聚集、化学药品的浓度等等。但考虑到在线检测仪表，在自动控制上一般采用较容易实现的维持浮选槽中液位稳定和控制进浆浓度的方法。 对于象MAC CELL这样的密闭压力浮选槽，在一般情况下，槽内有空气、油墨泡沫和纸浆三种不同的介质，液位的检测较为复杂。由于三种介质的比重不同，在槽内是分层的，因此可以分别检测三层介质的压力，控制系统通过换算得出实际的液位或泡沫厚度，并以此作为控制对象进行调节。由于浮选槽中泡沫层通常较厚，因此对于液位控制的精度要求不必过高。 热分散系统 有热分散系统的脱墨流程中，对于热分散部分的控制对象主要选取浆料浓度、 热分散温度和热分散器的加载功率。 目前，高浓热分散技术已经得到普遍应用。高浓热分散器的进口浓度通常在20%以上，因此直接检测并控制此处的浓度是不易实现的。但是，如果控制进入螺旋挤浆机的浆料浓度，由于通过螺旋挤浆机的扭矩变化与浓度存在函数关系，因此通过适当调整螺旋挤浆机的扭矩，就可以为热分散器提供稳定的进料浓度。对挤浆机扭矩调整，有条件的情况下在集散控制系统中可以用进料浓度作为变量采用前馈控制方案实现自动控制。 加热浆料是热分散系统中重要且不可分割的一部分。通常，高温热分散效果优于低温热分散的效果，但是，如果温度过高，会使浆料颜色趋向于变深，并且会损失部分强度，还会使溶解的有机物增加。对此，在集散控制系统中采用一个简单的反馈控制回路控制加热用的饱和蒸汽就可以很好地解决加热温度控制问题。 控制热分散器的加载功率，实际上是控制浆料在热分散器中的停留时间，采用有功功率传感器直接检测热分散器驱动电机的功率，通过控制出口料门开度，就可以完成对热分散器加载功率的控制。 间歇过程的顺序控制 在脱墨生产过程中，一些工艺过程是间歇完成的（如：碎解、除渣器的排渣各工序段的组启停等等），其中一些程序化的顺序动作可以由集散控制系统很好地完成。充分利用集散控制系统的强大功能，不但可以降低操作成本而且也可以使这些顺序动作变得更加安全可靠。 结束语 目前，国内脱墨生产过程的控制还不能实现完全的自动化，但是，随着检测技术和自控技术的不断发展，随着人们对脱墨过程中影响各种过程操作因素的了解不断深入，并通过集散控制系统这一强大的工具，脱墨生产过程的自动化程度将会越来越高并最终实现全过程的自动控制。