压力筛DCS控制系统的改进

图6 排渣率控制策略框图

其中，Gc1(s)，Gc2(s)分别为压力筛进浆流量控制器和尾浆流量控制器，一般选用工业控制中常用的PID控制器；Gp1(s)，Gp2(s)分别代表进浆流量数学模型和尾浆流量数学模型，其数学模型皆可用一阶过程加纯滞后来描述，即为压力筛的排渣率。在此控制方案中，控制器参数根据经验确定，因此不需知道准确的对象数学模型。压力筛的排渣率就是此处的比值系数K，具体数值由工艺人员设置。对于压力筛浆料进口流量、尾浆出口流量配比是以设定值为基准进行的，这样有利于增强系统的相对稳定性。

(5)重渣时序控制

压力筛的重渣捕集器有4个阀：进渣阀(V1)，排渣阀(V2)，上冲水阀(V3)和下冲水阀(V4)，阀门连接关系见图7。根据工艺要求，V1和V2在正常工作时，决不允许同时处于打开状态，以免渣浆连续排空，造成纤维流失。V1重新开启之前，应对渣捕集器注满水，防止压力筛内浆流快速进人重渣捕集器，使系统压力产生波动。停机状态下，由于控制排渣系统的4个阀门都处于断电状态，故它们均处于关的位置。

图7 排渣器阀门连接示意图

正常运行时，V1打开，其他阀关闭，处于装渣状态。装渣设定时间(T1)到系统开始排渣。各阀门开闭顺序为：V1关闭→V2、V3打开→V2关闭、V4打开→V3、V4关闭→V1打开→进入下一轮排渣循环。T1、T2和T3的设定取决于渣浆量、捕集器的排空速度及对捕集器注满水的时间。排渣控制时序如表1所示。

表1 排渣控制时序

3 压力筛控制算法实现

西门子S7-400控制站本身提供了3种形式的PID子程序，本系统采用其提供的位置式输出PID函数功能块FB41，利用该功能块，只要正确设定FB41的接口参数，控制效果能达到令人满意的程度；在比值控制时，使进浆和尾浆的流量设定值保持一定的比例，在预处理时，先转化为手动状态，使尾浆调节阀开度按5%递增，而良浆阀按5%递减，然后再转化为自动，周而复始，直到满足条件为止。如果堵网，则停止进浆，全开尾浆阀，全关良浆阀。对压力筛的控制算法如图8所示。

图8 压力筛控制算法

4 结 语

本方案的技术关键在于压力筛在正常工况下，必须保证其适度的排渣率。在系统有发生堵网的趋势时，及时发现这种趋势，并使系统作出适当的动作，从而迅速扭转这种趋势，使压力筛回到正常的工作条件下；一旦压力筛出现了堵网现象，能及时发现并消除，保证系统的正常运行。对于正常工况下的排渣率控制，拟将采用进浆流量控制和尾浆流量控制组成比值控制系统，通过设定进浆和尾浆流量的设定值，使这两者都工作在设定值附近，从而保证适度的排渣率。对于发现并消除堵网趋势，拟将采用堵网预处理环节：监控压力筛进浆与良浆之间的压差，一旦发现压差值偏离设定值达到一定的幅度，系统自动关小进浆流量，同时增大尾浆流量，并打开稀释水阀，这样筛体内的纸浆浓度适当下降，从而改善工况，使压差值逐步恢复到正常值；在这个环节，阀门开度会随压差自动改变，步进量要通过实验得出适合值。堵网环节的处理也采用监控进浆与良浆之间的压差，若其值大于设定的高限值，系统完全关闭进浆阀和良浆阀，并打开尾浆阀和稀释水阀，使筛体内充满清水，在旋翼的作用下，逐步消除堵网，使压差恢复到正常值。压力筛体内的浆浓也是影响压力筛处理能力的重要因素，浆浓的稳定有利于压力筛保持一个稳定的工作状况。传统的压力筛堵网时，一般停机进行处理。这样就会影响进浆的速度和数量，而现在的处理措施就是在压力筛有堵网趋势时就开始采取措施，从而使筛子在堵网不严重的情况下轻松地消除筛孔(缝)的堵塞物，从而保持了生产的连续性。进浆流量控制和尾浆流量控制组成比值控制系统，保证了排渣率的恒定，使压力筛能从根本上在稳定的下况下运行。

该压力筛控制系统增加了堵网预处理环节后，系统的安全性、可靠性、稳定性比原来有了大幅度提高，减少了为防堵而额外添加的机械设备，节约了资金，降低了安全隐患。此外，对制浆过程筛选工段的成功控制，除了能提高纸张质量之外，还有以下儿方面的经济价值：①减少设备磨损，延长设备使用寿命。从高浓除渣器出来的纸浆中，夹杂着大量的砂石、铁钉等，它们对洗浆机的洗网损伤很大，每节约一张网，便能减少直接经济损失近2万元；②节能降耗。实践表明，对此工段实行自动调节，可以明显地减少清水或白水的消耗，从而减轻浆料浓缩和碱回收工段的负担；③对后续的漂白工段可减少氯气的消耗量。氯气是剧毒、强腐蚀性气体，对操作工人的身体健康和纸浆漂白设备的使用寿命影响极大，减少氯气的消耗对保护环境的意义也相当重大。因此，对筛选工段实施自动控制，具有较好的经济效益和社会效益。