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稀释水水力式流浆箱本体控制系统的研究与实现

作　者: 牛绪钟
导　师: 汤伟
学　校: 陕西科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 稀释水水力式流浆箱控制方案 NN-IMC-PID S7-300PLC
分类号: TS734
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

流浆箱是造纸机的关键部件，是连接“备浆流送”和“纸页成形”两部分的重要枢纽，被称为造纸机的“心脏”。随着造纸技术的不断发展，以及对纸的质量要求的提高，流浆箱从敞开式发展到气垫式、半水力式、水力式和稀释水水力式。当前对稀释水水力式流浆箱的控制国内只处于模仿和探索阶段，对它的研究是非常有必要的。本文是在科技项目“BQCS-I型板纸生产线质量控制系统，科技型中小企业技术创新基金（批号：10C26216103241）的资助下完成的。”文章在介绍较为先进的稀释水水力式流浆箱的结构及作用机理的基础上，提出了一套针对于这种流浆箱系统的先进控制方案，最终通过西门子S7-300PLC来实现。本文的主要工作与贡献：（1）稀释水水力式流浆箱控制方案的提出文章介绍了稀释水水力式流浆箱的结构，对布浆器、稀释水调节技术、整流及喷浆上网等工艺与技术作了概括。根据流浆箱的结构特点，提出了一套较为完整的控制方案：采用脉冲衰减器消除脉冲压力的波动；采用温度控制系统来控制温度；采用变频调节技术来控制总压，从而控制纸张纵向定量；采用稀释水调节技术，对纸张横向定量进行控制；采用零差压控制来保证纸机横向布浆的均匀；采用唇板位置控制来调节喷浆的角度和落浆点。（2）控制算法的研究本课题的主要理论依据为自动控制理论、计算机控制理论、IMC理论和神经网络控制理论等。IMC具有结构简单、设计直观简便，在线调节参数少，且调整方针明确，调整容易的特点。IMC能够对控制系统的鲁棒性及抗干扰性有所改善，特别是在大时滞系统的控制中，效果尤为显著。神经网络具有很强的非线性拟合能力和自学习能力。稀释水水力式流浆箱本体控制系统中，最难和最主要的控制就是总压控制，其它的控制可以采用常规的控制方案，对于总压的控制采用NN-IMC-PID控制的算法。通过MATLAB使用不同的控制算法对总压控制进行仿真研究，结果证明了NN-IMC-PID这种算法的有效性。（3）本体控制系统基于S7-300PLC的实现根据稀释水水力式流浆箱的控制特点，本文提出了一套完整的控制方案。开始的时候对控制系统的硬件、仪表和执行机构进行了选型。根据工艺与项目实施的需要，本系统选择了Step7V5.4作为PLC编写程序的软件，选择了西门子组态软件WinCC6.0作为上位机画面的编写软件。在系统的软硬件都具备的情况下，设计了一套完整的DCS控制系统，最终整个控制系统基于S7-300PLC进行实现。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-17
  1.1 课题研究的目的和意义  11-12
  1.2 流浆箱的作用，性能要求及发展趋势  12-15
    1.2.1 流浆箱的作用与性能要求  12
    1.2.2 目前流浆箱的发展  12-15
    1.2.3 未来流浆箱的发展  15
  1.3 本文主要工作及内容安排  15-17
2 稀释水水力式流浆箱的结构  17-24
  2.1 等压锥管布浆装置  18-20
  2.2 稀释水调节装置  20-21
  2.3 湍流发生装置  21-22
  2.4 唇板控制装置  22-23
  2.5 本章小结  23-24
3 稀释水水力式流浆箱控制方案的设计  24-32
  3.1 稀释水水力式流浆箱控制系统的介绍  24-25
  3.2 总压控制  25-26
  3.3 零差压控制  26
  3.4 温度控制  26-27
  3.5 脉冲衰减控制  27-28
  3.6 浆网速比控制  28-29
  3.7 横幅定量控制  29-30
  3.8 边缘辅助进料和纤维方向控制  30-31
  3.9 唇板位置控制  31
  3.10 本章小结  31-32
4 总压建模与控制算法的研究  32-49
  4.1 流浆箱总压控制系统建模  32-34
  4.2 控制策略  34-40
    4.2.1 模拟 PID 控制器的设计  34-35
    4.2.2 数字 PID 控制器的设计  35-37
    4.2.3 PID 参数整定的基本准则  37-38
    4.2.4 工程整定方法  38-40
  4.3 NN-IMC-PID 控制算法的研究  40-44
    4.3.1 内模控制和神经网络的研究  40
    4.3.2 内模控制结构以及内模控制器的设计  40-42
    4.3.3 NN-IMC-PID 控制器的设计  42-44
  4.4 神经网络的训练与测试  44-46
  4.5 控制系统的仿真研究  46-48
    4.5.1 MATLAB 的发展  46
    4.5.2 仿真研究  46-48
  4.6 本章小结  48-49
5 本体控制系统基于 S7-300PLC 的实现  49-61
  5.1 PLC 的定义和特点  49-54
    5.1.1 PLC 的工作原理和控制系统的结构  49-52
    5.1.2 控制系统的编程软件  52-53
    5.1.3 上位机画面的编程软件  53-54
  5.2 控制系统的组态设计  54-57
    5.2.1 硬件配置  54-56
    5.2.2 软件的组态  56-57
  5.3 现场的仪表与执行机构  57-58
  5.4 控制系统的实现  58-60
  5.5 本章小结  60-61
6 总结和展望  61-63
  6.1 本文工作总结  61
  6.2 未来工作展望  61-63
致谢  63-64
参考文献  64-68
附录 A：神经网络程序  68-70
附录 B：采样子程序  70-71
攻读学位期间发表的学术论文  71
攻读学位期间参与的科研项目  71-73

稀释水水力式流浆箱本体控制系统的研究与实现

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