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废纸制浆过程自动控制系统的研究与实现

作　者: 王春亮
导　师: 李茜
学　校: 陕西科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 废纸制浆模糊控制 PID控制 DCS
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 67次
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内容摘要

造纸工业作为促进社会发展的基础性工业，为人类文明成果得以保存和传承提供了载体。在西方经济发达国家，造纸工业已经成为促进其社会经济发展的支柱性产业。但是，国内造纸企业却面临着木材原料短缺，对环境污染严重，水、电等能源消耗巨大的困境。废纸作为一种可循环利用的纤维资源，在一定程度上可以替代木材纤维。2010年造纸工业原料中，废纸浆占到了62.7%，这一比例仍会继续提高。近几年来，已经能够使用100%废纸脱墨浆生产出质量上乘的面巾纸、新闻纸等。由于废纸纤维强度较低并且含有的杂质较多，为了提高浆料的质量以生产出合格的纸张，制浆过程的规模不断扩大，技术水平不断提高，人工操作很难达到控制要求。为了提高废纸制浆的效率，保证生产过程的连续高效运行，降低单位产量的能源消耗，需对废纸制浆过程的自动控制系统进行研究。以达到节约能源、清洁生产的目标。论文从以下三个方面展开了工作。（1）废纸制浆工艺过程介绍及控制方案的设计。在介绍废纸制浆工艺的基础上，分析了制浆过程中不同设备的控制要点。对碎浆过程中白水与废纸加入量，压力筛进浆、良浆流量及反冲洗水进行比值控制；对杂质分离机、浮选脱墨槽、热分散系统中的各类阀门、浆泵进行时序控制；对浮选脱墨过程中的油墨液位采用串级控制。（2）热分散过程温度控制器的设计。模糊控制不依赖于被控对象精确的数学模型，对大滞后、时变过程具有良好的控制效果。PID控制器具有结构简单、使用方便等特点，在许多控制场合中占据主导地位。针对热分散过程浆料加热存在滞后，难以建立精确数学模型的问题，设计了一种模糊PID控制器。通过Matlab7.0仿真分析，表明该算法具有抗干扰能力强、控制精度高的特点。（3）控制方案的实现。以西门子S7-400PLC为硬件平台，WinCC v6.0为组态软件，完成了制浆过程控制系统的设计，并将模糊PID控制算法上位机中进行编程实现。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-14
  1.1 选题的目的和意义  10-11
  1.2 国内外研究动态及发展趋势  11-13
    1.2.1 国外研究现状  11-12
    1.2.2 国内研究现状  12-13
  1.3 本文的主要工作及内容安排  13-14
2 废纸制浆工艺过程介绍  14-23
  2.1 碎解工艺过程介绍  15-17
  2.2 筛选工艺过程介绍  17-19
  2.3 浮选脱墨工艺过程介绍  19-20
  2.4 热分散工艺过程介绍  20-23
3 废纸制浆过程控制方案设计  23-31
  3.1 碎浆过程控制设计  23-25
    3.1.1 杂质分离机控制设计  24
    3.1.2 流量控制设计  24-25
  3.2 筛选过程控制设计  25-27
    3.2.1 除渣器控制设计  26
    3.2.2 压力筛控制设计  26-27
  3.3 浮选过程控制设计  27-29
    3.3.1 系统启停控制设计  28
    3.3.2 油墨液位控制设计  28-29
  3.4 热分散过程控制设计  29-31
4 基于模糊控制的热分散过程温度控制研究  31-48
  4.1 概述  31
  4.2 模糊控制的发展  31-32
  4.3 模糊控制算法的研究  32-38
    4.3.1 模糊控制器的设计要求  32-33
    4.3.2 模糊控制器的结构  33
    4.3.3 模糊控制器的设计  33-38
  4.4 PID 控制算法研究  38-41
    4.4.1 位置式 PID  39-40
    4.4.2 增量式 PID 控制算法  40-41
  4.5 模糊 PID 控制器设计  41-48
    4.5.1 模糊 PID 控制器原理  41-42
    4.5.2 PID 初始参数设定  42-43
    4.5.3 模糊 PID 推理设计  43-45
    4.5.4 仿真分析  45-48
5 基于 S7-400 PLC 控制系统的实现  48-63
  5.1 西门子产品简介  48-50
    5.1.1 Step7 编程软件介绍  48-49
    5.1.2 WinCC 组态软件介绍  49-50
  5.2 硬件部分设计  50-55
  5.3 软件部分设计  55-63
    5.3.1 PID 控制算法的实现  55-56
    5.3.2 模糊控制算法的实现  56-60
    5.3.3 上位机画面组态  60-63
6 结论与展望  63-65
  6.1 本文总结  63
  6.2 未来工作展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-70
附录A：采样子程序  70-72
附录B：标度变换子程序  72-76
攻读学位期间发表的学术论文目录  76
攻读学位期间参与的项目  76-77

废纸制浆过程自动控制系统的研究与实现

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