Способ автоматического управления процессом получения многокомпонентной бумажной массы

 

Изобретение относится к целлюлознобумажной промышленности, а именно позволяет управлять процессом получения многокомпонентной бумажной массы для изготовления бумаги со сложным композиционным составом. Сущность изобретения состоит в том, что кроме измерения расхода и концентрации каждого компонента и общего расхода массы дополнительно определяют зольность каждого компонента, на основе измеренных значений концентраций и расхода компонентов рассчитывают общую зольность бумажной массы, по величине ее отклонения от заданного значения, а также в зависимости от определяемых технологическим регламентом массовых соотношений и удельной стоимости компонентов композиции бумажной массы рассчитывают условный расход сухих веществ компонентов композиции, затем определяют их заданное массовое соотношение, по величине которого регулируют зольность бумажной массы 1 ил со С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s 0 21 С 7/12

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4

M М

4 (гд

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4873622/12 (22) 15,10.90 (46) 30,10.92. Бюл, М 40 (71) Всесоюзное научно-производственное объединение целлюлозно-бумажной промышленности

P2) В. Е. Гнатченко и В. П, Петров (56) Авторское свидетельство СССР

f4 742509, кл. D 21 С 7/12, 1978. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ БУМАЖНОЙ МАСС6 (57) Изобретение относится к целлюлознобумажной промышленности, а именно позволяет управлять процессом получения многокомпонентной бумажной массы для изготовления бумаги со сложным компезиИзобретение относится к способам автоматического управления процессом получения бумажной массы и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности при производстве марок бумаги со сложным композиционным составом, для которых, как правило, принципиальное значение имеет массовая доля золы (зольность), Известен способ автоматического управления композиционным составом волокнистой массы путем стабилизации расходов и объемных соотношений компонентов.

Недостатком данного способа является то, что для задания весовых соотношений компонентов композиции, оператору необходимо вручную задать весовое соотношение основного компонента, что осуществляется на основе его субьективных

„., Я2„„1772273А1 ционным составом. Сущность изобретения состоит в том, что кроме измерения расхода и концентрации каждого компонента и общего расхода массы дополнительно определяют зольность каждого компонента, на основе измеренных значений концентраций и расхода компонентов рассчитывают общую зольность бумажной массы, по величине ее отклонения от заданного значения, а также в зависимости от определяемых технологическим регламентом массовых соотношений и удельной стоимости компонентов композиции бумажной массы рассчитывают условный расход сухих веществ компонентов композиции, затем определяют их заданное массовое соотношение, по величине которого регулируют зольность бумажной массы. 1 ил. представлений о технологическом процессе. Это приводит к тому, что возникают ситуации, когда не обеспечивается требуемое качество готовой продукции, кроме того; происходит необоснованное завышение расхода дорогостоящих компонентов.

Известен также способ автоматического управления процессом получения бумажной массы, выбранный в качестве прототипа, в котором заданное соотношение расходов компонентов определяется автоматически.

Необходимое весовое соотношение основного компонента- целлюлозы определяется следующим выражением: а1(п)= а1(п — 1)+ bq (Vfn)- gn — 1)), (1) где V — скорость бумагоделательной машины.

1772273

bt — коэффициент(Ь1=0,25 g/ м/мин), n — шаг дискретности управления.

Так же, как и в предыдущем способе управления, необходимое весовое соотношение остальных компонентов перераспре- 5 деляется в зависимости от основного дорогостоящего компонента по следующей зависимости: ак(п)- ак(п-1) —, (a<(n)- a>(n-1Э, (2)

1 10

Y< = ао+ а1ХН, Хс — b> н= г (3) где Y< — скорректированное значение кон20 центрации, Х вЂ” нормированное показание датчика концентрации.

Ь1, bg — нормировочные коэффициенты, Х вЂ” выходной сигнал с датчика концен25 трации, ао, а1 — адаптивно-настраиваемые коэффициенты модели.

Коэффициенты модели рассчитываются по следующим формулам:

40 где Ye(n) — значение концентрации íà и-м шаге, рассчитанное по модели, Ус (п) — значение концентрации на и-м лаб.

45 шаге, полученное лабораторным путем, А — настроечный коэффициент фильтрации (А = 0,5-0,7), у-настроечный коэффициент сходимости(у=1 — 2).

50 Аналогично тому, как это делается в прототипе, модель датчика концентрации (3) может включать сигналы о контролируемых возмущениях (температуре массы, давлении, величине рН, скорости потока, 55 вязкости и др.). При этом в процедуре адаптации коэффициентов модели в соответствии с формулами (4) меняется только число коэффициентов.

С учетом скорректированных показаний датчиков концентрации и в зависимости от а = — .100, зад Ь

Zbi

l =1 где К-2, З,...,P, P — количество компонентов композиции.

Недостатком этого способа является необходимость и сложность определения настроечного коэффициента b> в формуле (1) при изменении режимов работы размалывающих аппаратов, напорного ящика, отсасывающих ящиков, изменении состояния сетки и др, Кроме того, данный способ неприемлем для бумаг со слОжным композиционным составом, т.к, в нем не учитывается необходимость поддержания зольности бумаги на заданном уровне, в результате чего возможны недопустимые колебания этого параметра и удорожание конечной продукции.

Целью изобретения является повышение качества готовой продукции за счет стабилизации зольности бумаги и снижение затрат на ее производство.

Это достигается тем, что в известном способе дополнительно определяют зольность каждого компонента, затем, на основе определяемых технологическим регламентом весовых соотношений, измеренных значений концентрации и расхода компонентов композиции, рассчитывают общую зольность бумажной массы, после чего, в зависимости от определяемых технологическим регламентом значений весовых соотношений и стоимости компонентов композиции бумажной массы, определяют их заданное соотношение по следующей зависимости: где b> — условная доля сухих веществ i-ro компонента бумажной массы, рассчитываемая из линейной системы уравнений методом Крамера, как отношение определителей системы уравнений, включающих вышеперечисленные параметры, обеспечивая при этом возможность управления зольностью бумажной массы и мини мизацию суммарной стоимости.

Способ осуществляют следующим образом.

Измеряют уровень в массном бассейне, расход и концентрацию каждого компонента. Затем, показания датчиков концентрации подвергают коррекции путем адаптации их математической модели по результатам лабораторных измерений.

Модель датчика концентрации имеет вид

a (n) = 8o(n — 1)+ (), (4) у(1+Х1)

ann) = ag(n — 1)+

y(1+X ) hY(n) = (1 — А) hY(n)+ А Л Y (n — 1), А (П) у лаб (П), (П) 1772273 а1, &, аз — весовые коэффициенты.

Данный критерий оптимизации обеспечивает минимизацию стоимости компози10 ции и отклонений зольности бумажной массы от задания при условии обеспечения минимальных отклонений от технологического регламента.

Принимая по внимание то, что функцию

gp(zj- Х bi(tj можно считать кусочнопостоянной, условие

20 минимизации функционала (8) сводится к задаче нахождения условного экстремума и имеет вид

6pfA) GpfA — 1)+ К1(ЕН(п) — К2ЕН(п-1Э, ° °

EH(n) = Н(п) — Н»д,fn), (б) 25

30 (Fi Yci Al ) Ам=

P (Fi Yci ) ао где Ai — зольность 1-ro компонента (О < А1 < 1).

Заданное весовое соотношение компонентов композиции бумажной массы определяют на основе следующего критерия оптимизации 45

Р =,X (b;u,;) 1-Кг

Zb;A; — -11, b;

50 где Ь! =Fi Ycb

Аз — заданное значение зольности бумажной массы (О A> 1). 55

Ц вЂ” удельная стоимость i-го компонента композиции бумажной массы, заданного соотношения всех компонентов, определяют заданное значение расхода каждого компонента композиции бумажной массы: д У С1

Р1 6о

»д у

j =1 где Fi — заданное значение l-го компонента, 6о — общий расход массы, йоступающей в массный бассейн, а1»" — заданное значение соотношения i-го компонента в композиции, Р— число компонентов композиции бумажной массы, Yci — скорректированное значение концентрации 1-ro компонента.

Задание по суммарному расходу рассчитывается из условия поддержания заданного уровня в массном бассейне: где n — шаг дискретности управления, К1, K2 — настроечные коэффициенты, Н(п), W»gn) — текущее и заданное значение уровня в массном бассейне на и-ом шаге.

Зольность бумажной массы, состоящей иэ P компонентов, определяют выражением

Д вЂ” весовое соотношение j-го компонента, соответствующее технологическому р регламенту(ХД = 1), ! =1

Е А .—," Яь(b (9) (i Ю

< В;-я,-О> =1 где А — дополнительный параметр функции

Лагранжа.

Определитель и вектор-столбец свободных членов этой системы уравнений имеет вид

2 <044, i M ) . г 11 z

1 l 11 г A< A l . (г A г .1 О ), )о о

) (Мг А>Аl+<>5l г 1 4г М з Р г в= а -

О г A Ъ А Р 4- М 3 (р т 4 4 1 о (10) )о

Условная доля сухих веществ I-го компонента композиции бумажной массы, определяемая из системы уравнений (9) методом Крамера, рассчитывается по формуле

1772273 (э з

Ь (11) где 1-1, Р;

А — определитель, получающийся из

Л заменой I-ro столбца столбцом, составленным иэ свободных членов 8 (формула (10)).

Заданное соотношение каждого из компонентов композиции рассчитывается по формуле:

Ь

Р

Х bi

I =1 (12) Не нарушая общности рассуждений, можно положить gp - 1. при этом значения

bi приобретают смысл искомых весовых соотношений в долях единицы.

На чертеже представлена схема осуществления способа, Позициями 1-7 обозначены потоки компонентов, составляющих композицию бумажной массы, 8 — смесительный ящик.

9 — массный бассейн, 10 — машинный бассейн, 10-17 — приводные механизмы, регулирующих заслонок, 18=24 — датчики расхода, 25 — 31 — датчики концентрации, 32 — датчик уровня, 33 — задание по зольности бумажной массы, 34 — зольность компонентов композиции бумажной массы, 35 — удельная стоимость компонентов композиции, 36 — весовые соотношения компонентов. соответствующие технологичвскому регламенту, 37 — задание по уровню в массном бассейне, 38 — концентрация компонентов композиции, определяемая лабораторным путем, 39 — блок управления расходом компонентов композиции, 40 — блок определения суммарного расхора, 41 — блок коррекции показаний датчиков концентрации, 42 — блок расчета заданий по расходам, 43 — блок расчета заданий по суммарному расходу в смесительный ящик.

44 — блок расчета заданных весовых соотношений, 45 — управляющее вычислительное устройство.

Рассмотрим пример реализации способа применительно к процессу получения бумажной массы для бумаги-основы декоративных облицовочных материалов.

5 В этом случае в смесительный ящик 8 подают семь компонентов:

1 — хвойная целлюлоза, 2 — лиственная целлюлоза, 3 — брак, 10 4 — скоп.

5 — каолин, 6 — меламино-формальдегиднэя смола, 7 — суспензия красящей смеси пигментов, 15 Иэ смесительного ящика 8 бумажную массу подают в массный бассейн 9, после чего она поступает в машинный бассейн 10, По сигналам с датчиков расхода 18 — 24 в блоке 39 осуществляется расчет и выдача

20 управляющих воздействий на приводные механизмы регулирующих заслонок 11 — 17, а в блоке 40 рассчитывается суммарный расход компонентов в смесительный ящик 8, В блоке 41 показания с датчиков концент25 рации 25 — 31, с учетом результатов лабораторных анализов 38, подвергаются коррекции в соответствии с формулами (3) и (4), Далее, с учетом показаний датчика уровня 32. а также значений суммарного

30 расхода и заданий по уровню 37, в блоке 43 по формулам (6) рассчитывается задание по суммарному расходу компонентов в смесительный ящик.

На основе рассчитанных в блоках 43 и

35 44 заданий по суммарному расходу и весо-. вым соотношениям, а также с учетом скорректированных показаний датчиков концентрации, в блоке 42 по формуле (5) рассчитывается задание по расходу компо40 нентов.

В блоке 44 по сигналам с датчиков расхода 18 — 24, а также с учетом задания по зольности бумажной массы 33, зольности компонентов композиции 34, удельной сто45 имости 35 и весовых соотношений, определяемых технологическим регламентом, по формуле (7) рассчитывается зольность бумажной массы, после чего из системы уравнений (9).по формуле (11) определяется

50 условная для сухих веществ компонентов композиции (bi) и по формуле (12) рассчитывается их заданное весовое соотношение.

При этом в управляющее вычислительное устройство 45 (чертеж) вручную вводят

55 следующие параметры: задание по зольности бумажной массы; зольность компонентов композиции; удельная стоимость компонентов композиции;

1772273 весовые соотношения, соответствующие технологическому регламенту; задание по уровню в массном бассейне; концентрация компонентов композиции, определяемая лабораторным путем. 5

Все эти параметры вводят в устройство

45 с помощью цифровой клавиатуры, Зольность каждого компонента композиции определяется путем лабораторного анализа в соответствии с ГОСТ 7629 — 77. 10

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом получения многокомпонентной бумажной массы, включающий измерение расхода и концентрации каждого компонен- 15 та, определение общего расхода массы, поступающей в массный бассейн, и измерение уровня в нем, коррекцию концентрации компонентов бумажной массы по величине отклонения от заданной величины и коррек- 20 цию заданного значения расхода каждого компонента, поступающего в массный бассейн, в зависимости от общего расхода и уровня массы, отличающийся тем, что, с целью повышения качества готовой 25 продукции и снижения затрат на его производство, определяют зольность каждого компонента, на основе измеренных значений концентрации и расхода компонентов рассчитывают общую зольность бумажной массы, по величине ее отклонения от заданного значения, а также в зависимости от определяемых технологическим регламентом массовых соотношений и удельной стоимости компонентов композиции бумажной массы рассчитывают условный расход сухих веществ компонентов композиции, затем определяют их заданное массовое соотношение по следующей зависимости: зад 4l

X bi =3

° 100, где 0t - F Yc — условный расход сухих веществ 1-го компонента бумажной массы, рассчитываемый методом Крамера как отношение определителей линейной системы уравнений включающих вышеперечисленные параметры;

Fi — заданное значение расхода i-ro компонента композиции;

Уд — скорректированное значение концентрации 1-ro компонента; р — число компонентов композиции бумажной массы.

Составитель 8. Гнатенко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т. Палий

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3820 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4!5