專(zhuān)家控制在紙漿濃度控制中的應(yīng)用

專(zhuān)家控制在紙漿濃度控制中的應(yīng)用紙漿濃度是造紙過(guò)程中最重要的物理量之一。紙漿濃度——尤其是上網(wǎng)濃度即抄前池出口濃度——對(duì)紙張的質(zhì)量高低起著決定性的影響。正是因?yàn)榧垵{濃度如此重要，所以在制漿造紙DCS系統(tǒng)中，對(duì)濃度回路的控制要求較之其它類(lèi)型的回路都要高。當(dāng)前造紙行業(yè)濃度控制普遍采用傳統(tǒng)PID算法。傳統(tǒng)PID控制的優(yōu)劣：傳統(tǒng)PID控制的優(yōu)點(diǎn)：1）原理簡(jiǎn)單，使用方便；2）適應(yīng)性強(qiáng)，可以廣泛應(yīng)用于化工、熱工、冶金、煉油以及造紙等行業(yè)；3）魯棒性強(qiáng)，即其控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象特性的變化不太敏感。但是其在濃度回路中的應(yīng)用存在下面幾點(diǎn)問(wèn)題：①調(diào)節(jié)緩慢；②抗干擾能力弱；③穩(wěn)定性差等。整個(gè)制漿造紙生產(chǎn)流程，大體可以劃分為以下三個(gè)階段：制漿、流送部、干部制漿過(guò)程工藝流程圖濕部工藝流程圖干部工藝在造紙生產(chǎn)過(guò)程中，濕部（包括流送、網(wǎng)部和壓榨部）主要以自然濾水、真空吸引和加壓方式進(jìn)行脫水，濕紙水分達(dá)到56～58％，已是最終極限，為此不得不以加熱蒸發(fā)方式將剩余的水分除去，干燥部就是為此目的而設(shè)的。壓榨之后，紙頁(yè)行經(jīng)干燥部，借蒸發(fā)脫去殘余水分。在傳統(tǒng)紙機(jī)上，干燥熱能是用一系列、多段的充滿蒸汽的旋轉(zhuǎn)大直徑烘缸轉(zhuǎn)移到紙張上的。龐大的干燥部是紙機(jī)在投資上最為昂貴的部分。由于高能耗，它的運(yùn)行費(fèi)用也是最貴的。

同造紙生產(chǎn)線上其他控制回路相比，傳統(tǒng)PID控制下的濃度回路在改變?cè)O(shè)定值后，測(cè)量值穩(wěn)定到新設(shè)定值上的時(shí)間是最長(zhǎng)的。同時(shí)，車(chē)速的提高、漿泵轉(zhuǎn)速的改變、原漿濃度的波動(dòng)等干擾產(chǎn)生時(shí)，濃度回路很容易偏離設(shè)定值發(fā)生較大幅度的波動(dòng)。這些問(wèn)題的存在限制了紙漿濃度控制精度的提高，更成為紙張質(zhì)量的進(jìn)一步提升的一個(gè)瓶頸。

本示例結(jié)合白板紙制漿線，分析了濃度調(diào)節(jié)工藝。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)：PID算法在濃度控制中的若干問(wèn)題歸根到底是孤立了同一制漿線上多段濃度控制回路之間的聯(lián)系所致?？紤]到操作本身的人為因素，比如在水力碎漿過(guò)程中的加水，圓網(wǎng)濃縮機(jī)的脫水等，這些原因決定了制漿過(guò)程中的紙漿濃度長(zhǎng)期處在一種波動(dòng)狀態(tài)中。同樣地，在流送部，成漿池中配漿過(guò)程也會(huì)導(dǎo)致紙漿濃度發(fā)生變化。所以說(shuō)，在整個(gè)制漿造紙過(guò)程，紙漿濃度都不會(huì)是處在一個(gè)靜態(tài)的平衡狀態(tài)中。傳統(tǒng)的濃度控制回路：

針對(duì)傳統(tǒng)的濃度控制策略，本實(shí)例提出了一個(gè)新的濃度控制指導(dǎo)思想，即把同一制漿線上的多段濃度控制回路視為一個(gè)整體，并按照控制精度的高低來(lái)劃分各個(gè)回路在濃度控制大系統(tǒng)中的作用和地位。處理多段濃度控制回路構(gòu)成的大系統(tǒng)，在控制算法的選取上，如何避免沒(méi)有詳細(xì)準(zhǔn)確系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的不足就成了主要的依據(jù)。正因如此，本文提出了基于專(zhuān)家控制思想的紙漿濃度控制新思路。

專(zhuān)家控制在紙漿濃度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的應(yīng)用，既考慮到了和PID算法的結(jié)合，又根據(jù)多個(gè)回路之間的關(guān)系起到了回路與回路之間的協(xié)調(diào)作用。同一生產(chǎn)線上三個(gè)濃度控制點(diǎn)的選取

同一生產(chǎn)線上存在多個(gè)濃度控制點(diǎn)在制漿過(guò)程中，尤其是針對(duì)廢紙制漿過(guò)程，在碎漿機(jī)下池出口一般會(huì)有一個(gè)濃度調(diào)節(jié)回路，設(shè)置這個(gè)回路的目的主要有兩點(diǎn)：1）為纖維分離、除渣做準(zhǔn)備。纖維分離機(jī)、除渣器等設(shè)備對(duì)紙漿濃度有個(gè)范圍要求，考慮到碎漿機(jī)中加水加料量不連續(xù)、隨意性大等缺點(diǎn)，在其下池出口加一個(gè)濃度粗調(diào)環(huán)節(jié)，可以適度地保證進(jìn)入設(shè)備的紙漿的濃度在要求范圍之內(nèi)。2）初步穩(wěn)定整個(gè)生產(chǎn)線上的紙漿濃度。碎漿機(jī)是紙漿的源頭，在源頭上控制濃度無(wú)疑可以大大減輕后續(xù)濃度調(diào)節(jié)回路的壓力。這個(gè)濃度調(diào)節(jié)回路無(wú)論從設(shè)備還是控制精度上來(lái)說(shuō)都是要求最低的，盡管精度低，但是它存在的意義卻是十分重大。除了碎漿機(jī)下池出口的濃度控制點(diǎn)之外，一般還有兩個(gè)控制點(diǎn)：成漿池出口濃度控制點(diǎn)和抄前池出口濃度控制點(diǎn)。這兩個(gè)控制點(diǎn)較之前面的控制回路在控制要求上大大提高了。抄前池里的漿料經(jīng)過(guò)上漿泵直接進(jìn)入高位箱，進(jìn)而進(jìn)入流送環(huán)節(jié)，所以，抄前池出口的濃度直接會(huì)影響紙張的定量。成漿池在抄前池之間，其出口的濃度調(diào)節(jié)可以看成是抄前池濃度調(diào)節(jié)的一個(gè)先聲。

多個(gè)濃度控制點(diǎn)之間的聯(lián)系和傳統(tǒng)控制算法只能使用于單個(gè)回路之間存在沖突；控制算法和濃度調(diào)節(jié)工藝之間存在沖突。傳統(tǒng)的控制算法接收一個(gè)濃度傳感器過(guò)來(lái)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算并把控制輸出類(lèi)型轉(zhuǎn)換為脈沖形式，也只能輸出給一個(gè)電動(dòng)閥，這就割斷了濃度調(diào)節(jié)回路之間的內(nèi)在聯(lián)系，這可能也是濃度控制抗干擾能力不夠、調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題的癥結(jié)。同時(shí)，簡(jiǎn)單PID控制算法在對(duì)滯后、干擾抑制等問(wèn)題的處理上的不足和濃度調(diào)節(jié)工藝本身存在變化的滯后、易引入干擾等特點(diǎn)也是不相容的。在工廠實(shí)際操作中，上面的三段濃度控制回路之間的關(guān)系是客觀存在的，其中的處理辦法一般也是由有經(jīng)驗(yàn)的操作員來(lái)手動(dòng)調(diào)節(jié)的（專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)）。例如當(dāng)圓網(wǎng)濃縮機(jī)的加水閥因?yàn)楣收弦P(guān)閉時(shí)，此時(shí)進(jìn)入成漿池的濃度勢(shì)必會(huì)增加，這種情況下操作員會(huì)把碎漿機(jī)下池的濃度設(shè)定值降低，以減小進(jìn)入成漿池的濃度波動(dòng)。至于設(shè)定值降低的幅度則完全是操作經(jīng)驗(yàn)了，沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確的表達(dá)式可以描述出來(lái)的。類(lèi)似這樣的操作經(jīng)驗(yàn)不在少數(shù)，這些經(jīng)驗(yàn)中多數(shù)是行之有效的。專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖專(zhuān)家控制方案

在對(duì)紙漿生產(chǎn)線上多段濃度控制系統(tǒng)的分析過(guò)程中，針對(duì)該系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)滯后和不可預(yù)知干擾等特點(diǎn)，結(jié)合上面介紹的專(zhuān)家控制相關(guān)知識(shí)，提出了多段濃度專(zhuān)家控制方案，該方案是間接專(zhuān)家控制系統(tǒng)，知識(shí)庫(kù)主要由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和規(guī)則集合構(gòu)成。信息獲取主要由傳感器將現(xiàn)場(chǎng)的濃度信號(hào)送至PLC，通過(guò)軟件編程對(duì)其進(jìn)行采樣分析，規(guī)則集合主要就是針對(duì)這些采樣來(lái)的數(shù)據(jù)制定的。本系統(tǒng)專(zhuān)家控制分為兩個(gè)部分，單個(gè)濃度回路的專(zhuān)家控制和多個(gè)（3個(gè)）濃度控制回路在專(zhuān)家控制下的協(xié)調(diào)控制。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如下：①經(jīng)驗(yàn)表格查詢法首先，根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)（行業(yè)的專(zhuān)家或者熟練的操作工人），我們制定一個(gè)輸入為濃度測(cè)量值、漿泵狀態(tài)及其頻率，輸出為閥門(mén)開(kāi)關(guān)信號(hào)的表格作為單個(gè)濃度回路的知識(shí)庫(kù)。而且這個(gè)知識(shí)庫(kù)具有強(qiáng)大的容錯(cuò)功能，即這個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)只有在濃度回路的設(shè)定值、漿泵狀態(tài)和頻率發(fā)生改變時(shí)才使用，使用之后如果不能滿足要求，則系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)整理出來(lái)的多項(xiàng)規(guī)則進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且對(duì)原有不能滿足要求的規(guī)則進(jìn)行修改，通過(guò)這種自學(xué)習(xí)功能以不斷完善。查表法程序結(jié)構(gòu)圖②專(zhuān)家調(diào)節(jié)規(guī)則根據(jù)已有的單個(gè)濃度回路的調(diào)節(jié)規(guī)則，設(shè)計(jì)了一個(gè)相應(yīng)的專(zhuān)家控制器。當(dāng)整個(gè)濃度控制系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，專(zhuān)家規(guī)則不調(diào)用。當(dāng)規(guī)則中規(guī)定的相關(guān)情況發(fā)生時(shí)，專(zhuān)家控制器按照經(jīng)驗(yàn)表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，專(zhuān)家控制器主要是適度調(diào)整PID參數(shù)，如果此時(shí)濃度調(diào)節(jié)效果仍然不能滿足要求，則按照這些規(guī)則再進(jìn)行細(xì)致的調(diào)節(jié)，直至濃度控制效果達(dá)到要求為止。

其實(shí)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)條件多變，按照經(jīng)驗(yàn)表格中查的數(shù)據(jù)多半不能一步到位，必須再進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是，如果沒(méi)有專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，則這個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程就會(huì)非常冗長(zhǎng)。③自學(xué)習(xí)算法

自學(xué)習(xí)算法是對(duì)經(jīng)驗(yàn)表