Изготовление бумаги

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Бумага является упругопластическим, капиллярно-пористым листовым материалом, состоящим главным образом из мелких растительных волокон, соответствующим образом обработанных и соединенных в тонкий лист, в котором волокна связаны между собой поверхностными силами сцепления.

Процесс изготовления бумаги очень сложен. Чтобы реализовать строгое подчинение требуемым стандартам, на предприятие внедряется автоматизированная система управления. Она помогает снизить затраты на производство бумаги, а также получить высококачественный, экологически безопасный для потребителей продукт. Однако, чтобы автоматизированная система работала надлежащим образом, ее следует грамотно установить и постоянно обслуживать.



1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

1.1 Общие сведения о показателях качества бумаги

Качество бумаги характеризуется потребительскими свойствами, показатели которых регламентируются стандартами. Важнейшими из этих свойств являются состав волокнистых полуфабрикатов, масса 1 м2, толщина, плотность, гладкость, степень проклейки, зольность, белизна и сортность. Так же характеризуется прочностью на разрыв, линейной деформацией при увлажнении и высыхании, прозрачностью, воздухопроницаемостью и другими свойствами.

Экспертиза бумаги проводится на соответствие требованиям ГОСТов к показателям качества бумаги различных видов. Так на каждый вид бумаги есть свои требования к значениям показателей качества. Исследуя образцы бумаги и определяя значения показателей качества, эксперты могут делать выводы о соответствии данного вида бумаги требованиям и его качественности или наличии дефектов, а так же измеряя и рассчитывая значения показателей качества экспертируемого образца бумаги, вид которой требуется определить, эксперты могут определить вид, сравнивая полученные значения показателей со значениями, представленными в ГОСТах.

1) Функциональные - обуславливают соответствие бумаги ее целевому назначению:

а) Масса 1 м2. Зависит от вида и состава волокон, степени размола, вида и количества наполнителей и других компонентов.

б) Толщина измеряется в микрометрах или миллиметрах. В зависимости от назначению бумагу изготавливают разной толщины.

в) Линейная плотность определяется путем деления массы 1м2 на толщину бумаги и выражается в г/см3.

г) Водо и влагопроницаемость, воздухопроницаемость характеризуют бумагу специального назначения (например, пергамент, подпергамент и т.д.).

2) Надежность. Обуславливает сохранение основных параметров бумаги в процессе ее использования.

а) Сопротивление разрыву характеризуется разрывной длиной в метрах или разрывной нагрузкой. По прочности на разрыв бумагу делят на очень прочную - свыше 5000 м (калька бумажная), прочную - 3500 - 5000 м (чертежная), средней прочности - 2000-3500 м (писчая), слабую - до 2000 м (промокательная).

б) Сопротивление излому определяется с помощью специального прибора путем многократного двойного перегиба полосок бумаги на 180 градусов при некотором ее натяжении до полного перелома (разрыва).

в) Сопротивление продавливанию - способность бумаги противостоять силам, действующим перпендикулярно ее поверхности (кгс/см2).

г) Сопротивление деформации - способность бумаги сохранять свои размеры и форму при увлажнении и последующей сушке.

д) Влажность бумаги - количество влаги, содержащееся в бумаге. Бумага легко принимает и быстро отдает влагу, изменяя при этом свои линейные размеры. Стандартная влажность печатных бумаг равна 7±1%. Высокая влажность не только приводит к деформации и изменению размеров листа, но и сильно снижает прочность бумаги. Низкая влажность способствует увеличению жесткости и хрупкости бумаги, что приводит к ухудшению восприятия краски в процессе печатания и сильному возрастанию степени электризации бумаги при прохождении бумаги по тракту оборудования, напр., в печатной машине.

3) Эргономические свойства характеризуют удобство использования бумаги.

а) Степень проклейки. Выражается в миллиметрах и оценивается по величине штриха, нанесенного чернилами, тушью, не прошедшего на обратную сторону листа (после окончательного высыхания чернил).

б) Гладкость. Характеризует степень обработки поверхности бумаги. Гладкость выражается числом секунд, необходимых для прохождения 10 см3 воздуха между поверхностью образца бумаги и стеклянной полированной пластинкой при постоянном давлении на бумагу 1 кгс/см3

4) Эстетические свойства. Характеризуются внешним видом и отделкой бумаги.

а) Белизна бумаги - свойство бумаги диффузно отражать световой поток в синей области спектра. Показатель белизны выражается в процентах по отношению к эталону белого цвета (пластинка, покрытая сернокислым барием).

б) Цвет. Определяют для цветных бумаг путем сравнения с эталонами цветов.

в) Оттенок. Должен соответствовать оттенку стандартного образца или эталона.

г) Прозрачность - свойство бумаги пропускать (поглощать) или не пропускать (отражать) световой поток.

д) Сорность. Характеризуется количеством посторонних включений размером от 0,5 до 2 мм на площади 1 м2 , имеющих иной цвет, чем тон бумаги на обеих сторонах листа.

е) Зольность бумаги - доля массы минеральных веществ в виде зольного остатка в бумаге, выраженная в процентах.

1.2 Основные технологические процессы изготовления бумаги на бумагоделательной машине

Технологический процесс изготовления бумаги (картона) включает следующие основные операции:

- аккумулирование бумажной массы;

- разбавление ее водой до необходимой концентрации и очистку от посторонних включений и узелков;

- напуск массы на сетку;

- формование бумажного полотна на сетке машины;

- прессование влажного листа и удаление избытка воды;

- сушка;

- машинная отделка и намотка бумаги в рулон.

В технологическом потоке производства бумаги бумагоделательная машина - самостоятельный агрегат, основные узлы которого установлены строго последовательно вдоль монтажной оси. Общая технологическая схема изготовления бумаги представлена на рисунке 1.

Приготовление бумажной массы проводят в размольно-подготовительном отделе. Потоки волокнистых, наполняющих, проклеивающих, окрашивающих и других материалов, составляющих композицию данного вида будущей бумаги, направляются в дозатор или составитель композиции, где они непрерывно и строго дозируются в заданном соотношении, а затем поступают в мешальный бассейн. В этом бассейне масса тщательно перемешивается и аккумулируется (накапливается).

Рафинирование бумажной массы производится перед ее подачей на машину в аппаратах непрерывного действия - конических и дисковых мельницах. В процессе рафинирования бумажной массы происходит выравнивание степени помола массы, устранение пучков волокон и некоторый подмол массы. Для этого мельницы устанавливают после машинного бассейна непосредственно перед бумагоделательной машиной.

По выходе из машинных бассейнов масса при концентрации 2,5 - 3,5 % дозируется и направляется на бумагоделательную машину. Перед поступлением на машину она разбавляется оборотной водой, очищается от посторонних загрязнений, а также от узелков и комочков. Для поддержания постоянной массы 1 м2 вырабатываемой бумаги необходимо, чтобы в единицу времени на сетку машины поступало одно и то же количество массы, при этом скорость машины должна быть постоянной. Скорость машины изменяют при переходе на выработку другого вида бумаги.

Рисунок 1 - Общая технологическая схема изготовления бумаги

На современных бумагоделательных машинах массу 1 м2 вырабатываемой бумаги поддерживают постоянной автоматическими регуляторами. На бумагоделательную машину массу подают с помощью насоса и ящика постоянного напора. Масса, поступающая на бумагоделательную машину, разбавляется водой в смесительном насосе. Разбавление необходимо, во-первых, для последующей очистки массы, так как из густой массы трудно удалять загрязнения, и, во-вторых, для лучшего формования бумаги на сетке бумагоделательной машины.

Бумажная масса, разбавленная до необходимой концентрации и очищенная от посторонних включений, поступает в напорный ящик бумагоделательной машины. Необходимая степень разбавления массы для отлива бумаги на сетке бумагоделательной машины зависит от массы 1 м2 бумаги, рода волокна и степени помола массы. Формирование бумажного листа на сетке бумагоделательной машины. Бумажная масса, разбавленная до необходимой концентрации и очищенная от посторонних включений, поступает в напорный ящик бумагоделательной машины. Необходимая степень разбавления массы для отлива бумаги на сетке бумагоделательной машины зависит от массы 1 м2 бумаги, рода волокна и степени помола массы

Операция напуска массы на сетку осуществляется при помощи напускного устройства - напорного ящика. Для нормальной работы машин при скоростях 450 - 500 м/мин требуется напор массы в напорном ящике 2,5 - 3 м, при скорости 600 м/мин - около 4,2 м и т. д. Напускное устройство обеспечивает напуск бумажной массы на бесконечную сетку, движущуюся в направлении от грудного к гауч-валу, с одинаковой скоростью и в одинаковом количестве по всей ширине сетки. Напуск массы осуществляется почти параллельно сетке без всплесков. Скорость напуска массы на сетку должна быть на 5 - 10 % ниже скорости сетки. Если скорость массы значительно отстает от скорости сетки, то увеличивается продольная ориентация волокон (ориентация в машинном направлении) и прочность бумаги в продольном направлении.

Формирование, или отлив, бумажного листа представляет собой процесс объединения волокон в листовую форму с созданием определенной объемной капиллярно-пористой структуры. Этот процесс осуществляется на сеточной части бумагоделательной машины постепенным и последовательным удалением воды из бумажной массы (обезвоживанием). Режим обезвоживания, начинаемый в начале сеточного стола и заканчиваемый сушкой бумаги в сушильной части, на всех этапах технологического процесса оказывает существенное влияние на качество бумаги и производительность машины.

После сеточной части бумажное полотно поступает в прессовую, состоящую обычно из нескольких прессов, на которых оно последовательно обезвоживается до сухости 30 - 42 %. Для интенсификации обезвоживания полотна в прессовой части применяют прессы с желобчатыми валами и повышенным линейным давлением между ними. Важное значение для обезвоживания полотна имеют надлежащий подбор сукон и их кондиционирование. Бумажное полотно, сформованное в сеточной части, автоматически вакуум-пересасывающим устройством передается на сукно прессовой части. Современные конструкции комбинированных многовальных прессов обеспечивают прохождение бумаги без свободных участков (участков, где полотно бумаги не поддерживается сукном), что позволяет осуществить безобрывную проводку бумаги в прессовой части.

В сушильной части бумагоделательной машины бумажное полотно обезвоживается до конечной сухости 92 - 95 %. В процессе сушки удаляется 1,5 - 2,5 кг воды на 1 кг бумаги, что примерно в 50 - 100 раз меньше, чем на сеточной и прессовой частях машины. При сушке одновременно происходит дальнейшее уплотнение и сближение волокон. В результате повышается механическая прочность и гладкость бумаги. От режима сушки зависят объемная масса, впитывающая способность, воздухопроницаемость, прозрачность, усадка, влагопрочность, степень проклейки и окраска бумаги.

Бумажное полотно, проходя по сушильным цилиндрам, поочередно соприкасается с нижними и верхними цилиндрами то одной, то другой своей поверхностью. Для лучшего контакта между цилиндрами и бумагой и облегчения заправки применяют сушильные сукна (сетки), охватывающие сушильные цилиндры примерно на 180°.

Сушка бумаги на сушильном цилиндре состоит из двух фаз: на нагретой поверхности цилиндра под сукном и на участке свободного хода, т. е. когда бумажное полотно переходит с одного цилиндра на другой. В первой фазе, под сукном, испаряется основное количество влаги: на тихоходных машинах до 80-85 %, на быстроходных до 60 - 75 % всей влаги, испаряемой в сушильной части машины. Во второй фазе, на участках свободного хода влага испаряется с обеих сторон бумаги за счет тепла, поглощенного бумагой в первой фазе сушки. При этом бумага в зависимости от скорости машины претерпевает понижение температуры на 4 - 15°. При падении температуры снижается скорость сушки, особенно на тихоходных машинах, так как на них падение температуры полотна бумаги больше, чем на быстроходных. С повышением скорости машины количество испаряемой воды на участке свободного хода бумаги увеличивается. С уменьшением количества воды в бумажном полотне интенсивность сушки на свободном участке понижается.

Температуру сушильных цилиндров повышают постепенно, что способствует улучшению качества бумаги и завершению процесса проклейки. В конце сушильной части температуру поверхности цилиндров снижают, так как высокая температура при небольшой влажности бумаги действует на волокна разрушающе.

После сушки бумажное полотно с целью уплотнения и повышения гладкости проходит через машинный каландр, состоящий из расположенных друг над другом 2 - 8 валов. Полотно, огибая поочередно валы каландра, проходит между ними при возрастающем давлении. Современные машинные каландры снабжаются механизмами прижима, подъема и вылегчивания валов. Нижний вал и один из промежуточных выполняются с регулируемым прогибом, что позволяет применять высокие давления в захватах валов при сохранении равномерности давления по ширине полотна. Пройдя каландр, бумажное полотно непрерывно наматывается на тамбурные валы в рулон диаметром до 2500 мм. Перезаправка с одного тамбурного вала на другой осуществляется при помощи специальных механизмов и устройств.

После бумагоделательной машины бумага поступает на продольно-резательный станок и далее к упаковочной машине. Для получения более высоких показателей плотности, гладкости и лоска большинство видов бумаги для печати, писчей и технической пропускают через суперкаландр.

1.3 Системы управления качеством полотна

Большие скорости и ширина БДМ потребовали создания систем автоматического управления показателями качества готовой продукции: структурно-механическими, оптическими, печатными свойствами бумаги.

Внедрение систем управления качеством бумаги позволяет:

уменьшить в 2...5 раз колебания показателей качества;

уменьшить на 2...6 % затраты волокнистых и химических материалов путем снижения средней массы 1 м2;

уменьшить на 3...5 % энергетические затраты путем повышения средней влажности и снижения средней массы 1 м2 полотна;

повысить на 5... 10 % скорость машины за счет увеличения прочности полотна и снижение обрывов.

Общая блок-схема системы управления качеством представлена на рисунке 2.



Рисунок 2 - Общая блок схема системы управления качеством

На рисунке 3 представлен базовый вариант системы управления качеством готовой бумаги - DaVinci корпорации «Honeywell». В состав базового варианта системы DaVinci входят:

измерительная система с датчиками массы 1 м2 и влажности бумаги, установленными на сканере;

сервер приложений, на котором решаются задачи управления и сетевого взаимодействия;

инженерная станция для конфигурации и наладки программного обеспечения;

операторские станции для персонала, осуществляющего контроль и управление технологическим процессом;

принтер для печати рапортов.



Рисунок 3 - Техническая структура системы управления качеством бумаги DaVinci компании « Honeywell»

1.3.1 Системы измерения качества полотна

В России используются системы управления качеством бумаги компаний «Honeywell», «АВВ», фирм «Metso Automations», «Voith Paper Automations (VPA)», «Trigla», «Аквар-Систем». Они включают в себя комплект датчиков параметров качества бумажного полотна.

Узел датчиков устанавливается на специальном устройстве, позволяющем осуществлять сканирование по ширине машины. На рисунке 4 изображена измерительная система компании «Honeywell».

Сканер компании «Honeywell» - это стальная модульная конструкция, рассчитанная на большие нагрузки. Технические характеристики зависят от модификации. Сканеры применяются на БДМ и КДМ шириной до 12,7 м, в различных частях машины, работают в окружающей среде с температурой 15...70 °С и влажностью 10...95 %.



Рисунок 4 - Общий вид cканера с узлом датчиков компании «Honeywell»

Прецизионная обработка узлов перемещения, предварительная напряженность конструкции обеспечивают прямолинейность движения и точность позиционирования измерителей до 1 мм. Специальные покрытия, теплоотражающие экраны, системы охлаждения предотвращают конденсацию. Прогиб балки, положение узла и окружающая температура непрерывно контролируются по всей ширине и используются при динамической корректировке показаний измерителей качества бумажного полотна. Узел датчиков может работать в режиме сканирования или в режиме фиксированной позиции.

Скорость сканирования - до 30 м/мин, типовая - 12...15 м/мин. Аварийный отвод узла выполняется автоматически или вручную. Наличие полотна контролируется датчиками обрыва. Периодически узел измерителей отправляется в специальный «гараж», где датчики очищаются от пыли и автоматически калибруются с помощью внутренних эталонов.

К измерителям подводятся необходимые для их работы электроэнергия и воздух для пневматики; вода для стабилизации температурного режима узла; продувочный газ для устранения влажности окружающей среды; шина связи с компьютерной системой.

Сигналы об измеренных параметрах бумажного полотна, привязанные к точкам по ширине, передаются в систему контроля качества и далее в систему управления (рис. 5). Поддерживаются основные промышленные интерфейсы типа RS-232, RS-485, Ethernet, ProfiBus, ModBus и др.

Рисунок 5 - Принципиальная схема систем управления качеством полотна в поперечном направлении

Система контроля качества полотна осуществляет:

- первичную обработку сигналов датчиков (масштабирование, фильтрацию);

- разделение сигналов на составляющие, характеризующие продольные и поперечные колебания параметров;

- визуализацию и хранение показателей;

- калибровку датчиков с помощью внутренних эталонов и по данным лабораторных анализов;

- диагностику неисправностей.



1.3.2 Исполнительные устройства в системах управления качеством

Для регулирования материальных и энергетических потоков при управлении качеством в продольном направлении полотна используются общепромышленные исполнительные устройства.

Для управления качеством полотна в поперечном направлении созданы специальные устройства. Компанией «Honeywell» и фирмой «Metso Automation» поставляется разнообразный набор таких устройств (рисунок 6). Они позволяют выравнивать профили массы 1 м2,, влажности, толщины и гладкости полотна. Компанией «Voith Paper Automation» для регулирования профилей упомянутых показателей качества предлагаются продукты семейства «Профильматик», построенные по единому алгоритму регулирования с унифицированным интерфейсом пользователя и развитым интерфейсом инженера АСУ, способные работать с любой из современных измерительных систем, поддерживающих стандартные интерфейсы.

Рисунок 6 - Места расположения исполнительных устройств для управления профилем показателей качества полотна

Системы, обозначенные на рисунке 6, обеспечивают следующие функции:

1) ProFlow, IQDilution, ModuLeJei, ModuleTa - управление профилем массы 1 м2 путем регулирования расхода воды по ширине потока распределителя напускного устройства;

2) ProSlice, IQSlice, MocluleStep - управление профилем массы 1 м2 путем регулирования степени открытия губы по ширине напускного устройства;

3) Devronizer, IQProfiSteam, ModuleSteam - управление профилем влажности полотна путем регулирования расхода пара на спрыски, устанавливаемые в мокрой части машины (сетке, прессах);

4) Infradry, InfraTrol, InfraZone, ModuleIR - управление профилем влажности полотна путем регулирования подачи инфракрасной энергии в секционные излучатели, которые устанавливаются в сушильной части;

5) HydroProfiler, AquaTrol, IQRewet, Module-Spray, ModulePro - управление профилем влажности полотна путем регулирования расхода воды на распылительные форсунки, устанавливаемые в сушильной части;

6) Calendizer, MicroFlow - управление профилем гладкости полотна путем регулирования паровых спрысков каландровых валов;

7) Calcoil, ModuleTherm - управление профилем толщины полотна путем регулирования мощности индукционных нагревателей каландровых валов;

8) ModuleSpeed, ModuleCoat - управление профилем нанесения меловальной пасты (профилированием меловального шабера или дозированием меловальной пасты).

1.3.3 Принципы управления качеством полотна

В системах управления качеством полотна в продольном направлении используются традиционные алгоритмы управления по отклонению измеренного среднего по ширине показателя от заданного значения. Управляющее воздействие подается на одно исполнительное устройство или на задание АСР параметра технологического режима, влияющего на рассматриваемый показатель. В системах управления качеством в поперечном направлении используется более сложное математическое обеспечение.

Во многих случаях влияние регулирующих воздействий на показатель качества полотна по ширине может быть описано моделью:

(1)

где Yj - изменение показателя качества полотна в j-й точке по ширине, j = 1, 2, т; Хi - изменение регулирующего воздействия в i-й точке по ширине, i = 1, 2, k, k < т; k - максимальное число исполнительных устройств по ширине; т - максимальное число точек контроля качества полотна по ширине; аji - коэффициенты матрицы модели объекта; t - время; ф - запаздывание по каналу управления.

Задача управления заключается в поиске регулирующих воздействий обеспечивающих минимум отклонений качественных показателей от заданных значений:

(2)

где Q - критерий оптимизации; Yjзад - задания показателя качества полотна в j-й точке по ширине.

Решение задачи может осуществляться разными способами: методом наименьших квадратов, обращением матрицы модели объекта, итерационными методами поиска и т. д.

Найденные воздействия реализуются автоматическими системами регулирования, изменяющими технологический режим по ширине машины.

Эти системы обеспечивают: контроль, стабилизацию заданного режима, а также визуализацию состояний и возможности ручного дистанционного управления всеми исполнительными механизмами.



2. ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ

В данном разделе приводится подбор основного оборудования для системы управления качеством бумажного полотна БДМ.

2.1 Система измерения качества бумажного полотна

2.1.1 Система DaVinci («Honeywell», США)

DaVinci - система контроля качеством бумажного полотна компании «Honeywell» (рисунок 3). Она включает в себя полный набор онлайн-датчиков с высокой скоростью сканирования и обработки данных для получения точной и полной информации.

Основой системы контроля качества является сервер приложений, который управляет контролем производительности и поддерживает точность сканеров и точность измерения сенсоров. Это обеспечивает:

Точность измерений;

Производительность;

Обработку информации;

Статистический анализ;

Запись архивных данных.

Технические характеристики системы DaVinci представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики системы DaVinci

Название	Измеряем ый параметр	Диапазон измерения	Точность	Разрешение по ширине, мм	Принцип измерения	Интерфейс	Сайт
DaVinci	Масса 1 м2	1…1200 г/м3	0,25%	10	Изотопный	RS-485 Ethernet ProfiBus ModBus	www. honey well. com
	Влажность	2…12%	0,2% влажн.	250	Инфракрасный
		10…30%	0,5% влажн.	250

2.1.2 Система PaperIQ («Metso Automations», Финляндия)

Система для контроля качества бумаги измерительная Paper IQ предназначена для автоматического контроля качества бумажного полотна в процессе производства в режиме реального времени. Система состоит из датчиков, закрепленных на перемещающейся платформе сканирующего устройства, и рабочего пульта оператора.

В системе предусмотрены: обработка полученной от датчиков измерительной информации; представление ее в графическом и цифровом виде на цветном видеотерминале; использование полученной информации для управления производственным процессом; хранение измерительной информации. Сканер предназначен для получения точного и стабильного измерения качества листа в горячих, влажных и пыльных окружающих условиях бумагоделательной машины. Уникальный дизайн сочетает в себе низкую высоту сканера с высокой механической жесткостью (рисунок 7).

Датчик платформа использует модульную конструкцию, с помощью стандартного размера слота для датчиков Metso. Поэтому датчики легко заменимы и новые датчики могут быть легко добавлены и подключены к IQ Bus, общей системе питания.

Рисунок 7 - Сканер системы PaperIQ



Технические характеристики системы PaperIQ представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Технические характеристики системы PaperIQ

Название	Измеряемый параметр	Диапазон измерения	Точность	Разрешение по ширине, мм	Принцип измерения	Интерфейс	Сайт
PaperIQ	Масса 1 м2	8…5600 г/м2	1…10%	12,7	Изотопный	RS-485 Ethernet ProfiBus ModBus FildBus	www. metsoautomation.com
	Влажнос ть	3…120 г воды/м2	1,5 г воды/м2	25	Инфракрасный
	Толщина	20…2000мкм	0,3%	12,5	Контактный
	Зольность	1…40%		10	Изотопный

2.1.3 Система OnQ («Voith Paper Automation», Германия)

Сканеры фирмы Voith надежно измеряют и контролируют все важные параметры бумагоделательной машины. Кроме того, они поддерживают всё многообразие датчиков Voith LSC.

Абсолютная точность и надежность являются основными особенностями сканера Voith. Его высокая скорость перемещения в связи с быстрой цифровой обработкой сигнала обеспечивает высокое разрешение профиля для точного поперечного и продольного направления управления профилем. Полностью сварная несущая рама обеспечивает необходимую надежность даже в экстремальных условиях. В зависимости от модели, сканер Voith может быть оснащен до девяти датчиков. Модульная и легкая в обслуживании система позволяет заменить датчик всего лишь в течение 30 секунд.



Рисунок 8 - Сканер системы OnQ

Технические характеристики системы OnQ представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Технические характеристики системы OnQ

Название	Измеряемый параметр	Диапазон измерения	Точность	Разрешение по ширине, мм	Принцип измерения	Интерфейс	Сайт
OnQ	Масса 1 м2	1…1500 г/м2	0,1 %	7,3	Изотопный	CANBus	www.voithpaper.com
	Влажнос ть	2…20 %	±0,1 % влажн	10	Инфракрасный	Ethernet/OPC, RS-232/485, ProfiBus, Fieldbus, ModBus, 3964R
	Толщина	25…1000 мкм	±0,1 мкм	1	Контактный
	Зольность	До 40%	0,4 % зол	7,.3	Изотопный
	Цветность	0-200	±5 ед CIE	-	-

2.1.4 Система «Aquar-Paper»( «Аквар-Систем», Белоруссия)

Консолидация опыта инженерно-технического персонала многих предприятий ЦБП России и Беларуси позволила создать с учётом последних научных достижений в области измерительной техники современную конкурентоспособную высокоэффективную систему "Aquar-Paper", адаптированную к условиям отечественной целлюлозно-бумажной промышленности.

Разработанная система включает в себя современную измерительную платформу (сканирующее устройство) и семейство интеллектуальных датчиков нового поколения, обеспечивающих высокое разрешение, точность измерений и т.д. (рисунок 9). Одной из главных функций системы является регулирование основных параметров бумажного полотна (влажности и массы).

Рисунок 9 - Сканер системы Aquar-Paper

При разработке прецизионной измерительной платформы решены три основные проблемные составляющие, имеющие принципиальное значение для эффективного функционирования системы в целом.

Первая составляющая - это собственно технология привода, обеспечивающая синхронность возвратно-поступательного перемещения измерительных датчиков с заданной точностью в течении длительного (не менее 10 лет) времени, что приблизительно составляет 10 млн реверсивных циклов.

Вторая составляющая - это применение эффективных мер для компенсации воздействия прогиба балок несущих конструкций на точность проводимых измерений.

Третья составляющая проблемы - это совокупность специальных технических решений для компенсации значительных и неоднородных термических воздействий на формы и структуру металлических конструкций.

Семейство измерительных датчиков системы "Aquar-Paper" создано с соблюдением требований высоких метрологических характеристик, высокой надежности, максимального быстродействия, пыле- и влагозащищён-ности, унифицированности, взаимозаменяемости. Все датчики оснащены современным высокопроизводительным интерфейсом CAN, разработанным фирмой BOSCH, и нашедшим широкое применение во всём мире. Посредством этого интерфейса датчики объединяются в помехоустойчивую локальную полевую сеть.

Технические характеристики системы Aquar-Paper представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Технические характеристики системы Aquar-Paper

Название	Измеряемый параметр	Диапазон измерения	Точность	Разрешение по ширине, мм	Принцип измерения	Интерфейс	Сайт
Aquar-Paper	Масса 1 м2	20... 180 г/м2	1 %		Инфракрасный (излучение на четырех длинах волн)	RS-232 RS-485 токовый 4...20 мА	www.aquar-system.ru
		150...350 г/м2	1 %
	Влажность	21... 15 %	0,2 % влажн.
	Зольность	1...25 %	0,5 % зольн.

Основными параметрами бумажного полотна являются масса 1 м2 и влажность. Объектом автоматизации является 6 бумагоделательная машина Архангельского ЦБК, основным продуктом которой является упаковочная бумага, т.е. основные характеристики, на которые мы будем смотреть - это цена сканера и диапазон измерения массы 1 м2, так как точность измерения для упаковочной бумаги не настолько критична. Наиболее дешевым сканером является белорусский сканер компании «Аквар-Систем». У упаковочной бумаги масса 1 м2 80 г/м2, диапазон измерений выбранного сканера - 20... 180 г/м2, что также удовлетворяет нашим требованиям.

2.2 Контроллер

Для реализации требуемой САУ был выбран контроллер малоканальный многофункциональный регулирующий микропроцессорный Ремиконт Р-130 (рисунок 10).

Контроллер предназначен для построения современных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и позволяет выполнять оперативное управление с использованием персональных ЭВМ, автоматическое регулирование, автоматическое логико-программное управление, автоматическое управление с переменной структурой, защиту и блокировку, сигнализацию, регистрацию событий.

Технологическое программирование контроллера выполняется без программистов специалистами, знакомыми с традиционными средствами контроля и управления в АСУ ТП. Запрограммированная информация сохраняется при отключении питания с помощью встроенной батареи

Контроллер имеет проектную компоновку, которая позволяет пользователю выбрать нужный набор модулей и блоков согласно числу и виду входных-выходных сигналов.

В контроллер встроены развитые средства самодиагностики, сигнализации и идентификации неисправностей, в том числе при отказе комплектующих изделий, выходе сигналов за допустимые границы, сбое в ОЗУ, нарушении обмена по кольцевой сети и т.п. Для дистанционной сигнализации об отказе предусмотрены специальные дискретные выходы.

Потребляемая мощность контроллера 15 ВА.



Напряжение питания:

- 220 В или 240 В переменного тока,

- 24 В постоянного тока (при отсутствии блока БП-1).

Условия эксплуатации:

- температура от 1 до 45°С

- влажность до 80%

Рисунок 10 - Контроллер Р-130

2.3 Датчик давления пара

Для измерения давления пара используется датчик Rosemount 3051S (рисунок 11).

Рисунок 11 - датчик давления Rosemount 3051S



В датчиках давления Rosemount 3051S применяется конструкция SuperModule. Она представляет собой полностью герметичный узел, обеспечивающий самую высокую защиту от проникновения пыли и воды (IP68). В состав узла входит плата электроники и емкостный преобразователь давления, выполненный по сенсорной технологии Saturn. Основной и дублирующий сенсоры емкостной ячейки, выполненные по этой технологии, увеличивают надежность работы датчика и значительно улучшают метрологические характеристики. Использование беспроводного датчика для измерения параметров технологического процесса позволяет увеличить количество собираемой информации для более эффективного управления. Применение корпуса датчика типа PlantWeb позволяет встраивать дополнительные платы расширения и модули, что увеличивает функциональность датчика, обеспечивает удобство диагностики, значительно снижает стоимость обслуживания.

Технические характеристики:

Измеряемые среды:	жидкости, в т.ч. нефтепродукты; пар, газ, газовые смеси
Диапазоны измеряемых давлений:	минимальный 0-0,025 кПа; максимальный 0-68,9 МПа
Выходные сигналы:	4 - 20 мА/ HART
Основная приведенная погрешность:	до ±0,025%
Диапазон температур:	окружающей среды: от -51 до 85°С измеряемой среды: от -73 до 205°С
Диапазон перенастройки пределов измерений	200:1, 100:1

2.4 SCADA-система

До сегодняшнего момента увеличение эффективности производства часто достигалось только лишь повышением степени автоматизации технологических процессов. Такая стратегия уже не всегда приносит ожидаемые результаты. Наиболее важной задачей сегодня является обработка и представление всей информации, имеющейся в компании, таким образом, чтобы обеспечить использование ресурсов компании наиболее оптимальным способом.

MasterSCADA - система для АСУТП, MES, задач учета и диспетчеризации объектов промышленности, ЖКХ и зданий (рисунок 11).

Рисунок 11 - MasterSCADA

Для оценки возможностей SCADA системы существует ознакомительная бесплатная версия на 32 точки и учебник по созданию АСУ ТП. Из других функций Master SCADA доступны следующие возможности:

- взаимодействие с другими программами с помощью современных технологий (OPC, OLE, DCOM, ActiveX, OLE DB, ODBC и др.);

- функция использования в операторской панели АСУ ТП документов любого типа и поддержка обмена данными с ними;

- Master SCADA имеет неограниченное расширение функциональности за счет использования продуктов сторонних разработчиков;

- наличие открытого интерфейса для создания пользователем любых базовых элементов;

- единая среда разработки всего проекта;

- раздельное конфигурирование структуры системы и логической структуры объекта;

- открытость и следование стандартам;

- интуитивная легкость освоения;

- мощная трехмерная графика и мультимедиа;

- неограниченная гибкость вычислительных возможностей;

- объектный подход;

- бесплатные инструментальная SCADA-система;

- бесплатная исполнительная система на 32 точки;

- галерея мнемосхем с объектов.



3. ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

бумага изготовление технологический качество

Общая проблема управления БДМ разбивается на иерархию более простых проблем, решение которых предусматривается на различных уровнях. Обычно иерархия состоит из трёх уровней: стабилизации, координации и оптимизации.

На уровне стабилизации осуществляется стабилизация переменных с помощью систем автоматического регулирования (САР). Главными САР на БДМ являются: САР расхода массы высокой концентрации, поступающей к смесительному насосу; САР суммарного напора массы в напорном ящике; САР уровня массы в напорном ящике; САР расхода массы, протекающей через напускную щель напорного ящика; САР давления пара в ведущей сушильной группе (рисунок 11).

Целью уровня координации является координация работы САР, находящихся на уровне стабилизации. При этом решаются вопросы компенсации взаимодействий между переменными, которые отрицательно влияют на точность и качество стабилизации отдельных управляемых переменных. Кроме того, на уровне осуществляется корректировка заданий регуляторами, расположенными на уровне стабилизации.

На уровне оптимизации предусматривается вычисление оптимальных заданий системам нижних уровней с целью минимизации объема продукции, которая выходит за нормы по определенному показателю. Для решения такой задачи требуется иметь функцию цели или критической оптимальности, которые оцениваются соответствующей автоматической системой.



Рисунок 12 - Многоуровневая АСУТП производства бумаги: 1 - напорный ящик, 2 - подсеточная ванна, 3 - сканер



3.1 Управление влажностью бумажного полотна

Управление влажностью с помощью давления пара является одним из самых важных инструментов для достижения постоянно высокого уровня качества продукции и оптимизации устойчивости процесса. Управление влажностью бумажного полотна путем изменения давления осуществляется в сушильной части. Влажность регулируется путем изменения давления пара в сушильных цилиндрах.

По своей структуре управление влажностью можно разделить на 2 системы: система управления нижним уровнем и система управления верхним уровнем. Системы управления нижним уровнем обеспечивают поддержание на заданном уровне значений электромеханических переменных в локальных контурах регулирования. Эти системы управления могут также служить в качестве интерфейса с процессами пользователей, находящихся на более высоком уровне управления. Системы управления на нижнем уровне получают задания для исполнительных устройств от оператора посредством человеко-машинного интерфейса (ММI) или от внешней программы, каковой может являться программа реализации верхнего уровня управления. Система управления верхним уровнем вырабатывает корректирующие воздействия при отклонении величин технологических переменных, сканируемых на выходе технологического процесса, от заданных. Расчет корректирующих воздействий, посылаемых на исполнительные механизмы, основан на сравнении значений задания и вектора ошибок, который получают путем суммирования предсказанного сигнала на выходе модели процесса и сигнала рассогласования измеренной технологической переменной и ее смоделированного значения.

Контроллер Ремиконт Р-130 (1) принимает сигнал от датчика влажности, установленного на сканирующем устройстве сразу после всех сушильных групп, и сравнивает значение реальной влажности бумажного полотна со значением влажности, заданной оператором. При необходимости изменения влажности Ремиконт Р-130 (1) посылает соответствующую команду на контроллер Ремиконт Р-130 (2), куда так же идет информация о давлении в сушильных цилиндрах. Исходя из данных, полученных с датчика давления, происходит воздействие на исполнительный механизм (клапан с приводом), т.е. открытие или закрытие запорного клапана в зависимости от знака отклонения (рисунок 12).

Рисунок 13 - Структурная схема управления влажностью бумажного полотна с помощью давления пара

3.2 Управление напорным ящиком

Система управления напорным ящиком имеет аналогичную структуру с системой управления влажностью бумажного полотна, но в напорном ящике для корректировки значения средней массы 1 м2 изменяют количество бумажной массы, которая подается в смесительный насос (рисунок 14).



Рисунок 14 - Структурная схема управления напорным ящиком БДМ



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе была разработана система управления качеством бумажного полотна БДМ. Произведен подбор оборудования, а также разработана функциональная схема автоматизации данного процесса, укреплены знания по соответствующей дисциплине.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. ВНИИ ЦБП Технология целлюлозно-бумажного производства: том 3 Автоматизация, стандартизация, экономика и охрана окружающей среды в цбп. - Санкт-Петербург: Изд-во ПОЛИТЕХНИКА, 2008. - 158 с.

2. Буйлов Г.П., Автоматизация оборудования целлюлозно-бумажного производства: Учебное пособие по дипломному проектированию. - Санкт-Петербург: Изд-во СПБГТУРП, 2009. - 166 с.

3. http://honeywell.com

4. http://aquar-system.ru

5. http://voith.com

6. http://www.metso.com

7. http://rikcom.narod.ru

Размещено на Allbest.ru