第1章 制漿造紙過程自動(dòng)測(cè)量與控制

制漿造紙過程控制系統(tǒng)劉鴻斌南京林業(yè)大學(xué)2016-5-11聯(lián)系方式：辦公室：化工樓2321室QQ：30153548手機(jī)我介紹2015/3-至今，南京林業(yè)大學(xué)，輕工科學(xué)與工程學(xué)院，自動(dòng)化系，副教授2015/6-2015/8（暑假），韓國(guó)慶熙大學(xué)訪問學(xué)者、研究教授2013/10–2014/12，瑞典烏普薩拉大學(xué)（UppsalaUniversity），信息與技術(shù)學(xué)院，博士后導(dǎo)師：BengtCarlsson研究項(xiàng)目：“污水處理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制”2自我介紹2009/9-2013/8，韓國(guó)慶熙大學(xué)（KyungHeeUniversity），環(huán)境科學(xué)與工程，博士導(dǎo)師：ChangKyooYoo博士論文題目：“首爾地鐵系統(tǒng)室內(nèi)空氣質(zhì)量的建模、監(jiān)測(cè)和控制”（慶熙大學(xué)最佳博士論文獎(jiǎng)）2006/9-2009/6，華南理工大學(xué)，制漿造紙，碩士導(dǎo)師：沈文浩碩士論文題目：“木素結(jié)構(gòu)和熱解機(jī)理的量子化學(xué)研究”3自我介紹2004/7-2006/9，廣州造紙集團(tuán)有限公司，工藝員2000/9-2004/7，四川理工學(xué)院，輕化工程，學(xué)士452009.9SCUTKHU2013.9.20韓國(guó)慶熙大學(xué)（博士大學(xué)）6首爾校區(qū)行政大樓KyungHeeUniversity:acomprehensive,researchuniversityFoundedin1949首爾校區(qū)和水原校區(qū)教職工:2,976;學(xué)生:31,453(2011)Ranked7thinKorea(2011);41stinAsia(2012);270thintheworld(2012)/wiki/Kyung_Hee_University博士課題組博士導(dǎo)師：???(1969-)/YooChangKyoo教授中文名字：劉昌奎，喜歡中國(guó)文化，去過上海和三亞1999-2002，浦項(xiàng)工大，博士2002-2004，比利時(shí)根特大學(xué)，博士后2005-2006，浦項(xiàng)工大，研究教授2006-至今，慶熙大學(xué)，教授至今發(fā)表SCI論文200多篇（引用次數(shù)2824次）專長(zhǎng)：基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的過程監(jiān)測(cè)算法研究和應(yīng)用kernelprincipalcomponentanalysis（引用424次）independentcomponentanalysis（引用355次）dynamicindependentcomponentanalysis（引用169）2010201120127瑞典烏普薩拉大學(xué)（博后大學(xué)）8北歐最古老的大學(xué)；瑞典頂級(jí)大學(xué)；世界排名100左右博后導(dǎo)師：BengtCarlsson教授研究方向：廢水過程的仿真和控制廢水處理領(lǐng)域IWA院士最早提出開發(fā)廢水仿真軟件BSM1喜歡音樂和旅游（福特野馬跑車）系統(tǒng)與控制系9教授、副教授9人；博士生16人；博后3人

（2014）瑞典皇家工程科學(xué)院院士：TorstenSoderstrom（系統(tǒng)辨識(shí)）PetreStoica（信號(hào)處理）烏普薩拉大學(xué)歷史名人JacobUlvssonCarlvonLinnéOlofRudbeckAndersCelsiusNilsRosénErikGustafGeijerBettyPetterssonEllenFriesGerdEnequistJohanSkytteAnders?ngstr?mCWScheele烏普薩拉大學(xué)歷史名人10AllvarGullstrand–NobelPrizeinPhysiologyandMedicine1911RobertBárány–Medicine1914ManneSiegbahn–Physics1924TheSvedberg–Chemistry1926NathanS?derblom–NobelPeacePrize1930ArneTiselius–Chemistry1948DagHammarskj?ld–NobelPeacePrize1961KaiSiegbahn–Physics1981烏普薩拉大學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者（8人）11我的研究方向多元統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)測(cè)和故障診斷廢水處理過程的建模和控制未來研究重點(diǎn)：制漿造紙過程監(jiān)測(cè)和控制12十年18個(gè)國(guó)家的旅行2015-11-11.mp4參考教材推薦：制漿造紙過程自動(dòng)測(cè)量與控制，劉煥彬，中國(guó)輕工出版社，2009（圖書館有藏書）制漿造紙廠儀表配置與自動(dòng)控制，

張運(yùn)展（譯），1992

13先修課程化工自動(dòng)化及儀表制漿原理與工程造紙?jiān)砼c工程

教學(xué)計(jì)劃Chapter1BasicconceptionofautomaticsystemandinstrumentsChapter2DevelopmentofmathematicalmodelforaprocessChapter3ControlleranditscharacteristicsChapter4ControlledvalveChapter5EngineeringdesignandadjustmentofcontrolsystemChapter6MeasurementandcontrolofcommonvariablesChapter7MeasurementandcontrolofconcentrationChapter8MeasurementandcontrolofpapermoistureandbasicweightChapter9Theautomationmeasurementintypicalpapermakingprocess14Chapter1

Basicconceptionofautomaticsystemandinstruments

SectionⅠAutomaticsystems§1-1-1Contentofautomation§1-1-2AutomaticcontrolsystemSectionⅡAutomaticinstruments15SectionⅠAutomaticsystems

1.WhatisautomationAutomationisthetechniqueofmakingaprocesssystemautomaticandprocessinginformationthroughtheinstrumentsthatmeasureandcontrolthevariousoperation.

自動(dòng)化是一門在沒有人參與（或很少人參與）的情況下，使生產(chǎn)過程和系統(tǒng)能順利完成的技術(shù)?！?-1-1Contentofautomation162.Contents

按照生產(chǎn)過程對(duì)各種參數(shù)的不同要求，分為：(1)AutomationmeasurementFunction:測(cè)量和顯示參數(shù)數(shù)值以利于分析生產(chǎn)狀態(tài)。①M(fèi)easuringvariablesofprocess②Indicatingthemforanalyzingprocessstate17自動(dòng)檢測(cè)是最普遍的自動(dòng)化形式。18(2)Automaticalarmandprevent(safetycontrol)Function:safetyactionComposition:a.Automaticalarm19b.Automationprevent自動(dòng)阻止

20壓力值超過極限，紅燈亮起212號(hào)檢測(cè)器發(fā)現(xiàn)傳輸皮帶堵塞，停止進(jìn)料要求：

a.開機(jī)順序：后→前

b.停機(jī)順序：前→后

c.其中某一臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，其前面的電機(jī)自動(dòng)停機(jī)，其后面的電機(jī)照常工作。(3)Programcontrolsystem

2223(4)AutomaticcontrolFunction:maintainingprocessconditionsconstantattherequiredvaluesorchanginginsomespecialregularity.24調(diào)節(jié):①人工調(diào)節(jié)②自動(dòng)調(diào)節(jié):定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(如雷達(dá)跟蹤系統(tǒng))、程序調(diào)節(jié)系統(tǒng)(給定值是變化的，是已知的時(shí)間函數(shù))25§1-1-2Automaticcontrolsystem1.Manualandautomaticcontrol(1)Control-regulation

調(diào)節(jié):使生產(chǎn)過程的參數(shù)按工藝要求保持在某一定值上(或按特定規(guī)律變化)的一種技術(shù)措施。

Manualcontrol:achievingthecontrolbyhumanoperator.Automaticcontrol:achievingthecontrolbyinstruments.(2)ManualcontrolandAutomaticcontrol

Automaticcontrolisdevelopedfrommanualcontrol.

262.Automaticcontrolsystem

Fourparts:Process:需要調(diào)節(jié)其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器。(b)Transmitter:用以感受工藝參數(shù)并將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的儀器。(c)Controller(d)Controlledvalve272829手動(dòng)操作和自動(dòng)控制的比較人工操作：手指皮膚、腦、手自動(dòng)控制：測(cè)量變送器、自動(dòng)控制器、執(zhí)行器水溫手動(dòng)調(diào)節(jié)示意圖水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)示意圖自動(dòng)控制：用專用的儀表和裝置組成控制系統(tǒng)，以代替人的手動(dòng)操作，去調(diào)節(jié)控制參數(shù)，使之維持在給定數(shù)值上，或是按給定的規(guī)律變化，從而滿足控制的要求。如圖1-1所示的水槽，流入量和流出量分別為F1和F2，控制要求是維持水槽液位L不變?nèi)斯た刂疲?.眼睛－測(cè)量液位2.大腦－判斷值的大小3.手－執(zhí)行操作命令缺點(diǎn)：1.操作者素質(zhì)2.生理因素3.心理因素自動(dòng)控制：1.測(cè)量－液位測(cè)量?jī)x表－眼睛2.判斷－控制器－大腦3.執(zhí)行－控制閥－手優(yōu)點(diǎn)：在儀表質(zhì)量合格和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理時(shí)，能滿足控制要求表示變送器，常省去不畫LC表示液位控制器sp代表控制器的給定值第一種情況：在平衡狀態(tài)下，F(xiàn)1突然變大第二種情況：在平衡狀態(tài)下，F(xiàn)2突然增大了由上分析可知，不論液位在何種干擾作用下，最終把液位拉回到給定值上。液位L上升，測(cè)量?jī)x表輸出信號(hào)增加（大于給定值），調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)變化，使得F2閥門開度增加，流量F2增加。最終液位L將慢慢下降并逐漸趨于給定值。當(dāng)再度達(dá)到F2=F1時(shí)，系統(tǒng)將達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)

液位L下降，測(cè)量?jī)x表輸出信號(hào)減小，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)變化，使得F2閥門開度減小，流量F2減小。最終液位L將慢慢上升并逐漸趨于給定值。當(dāng)再度達(dá)到F2=F1時(shí)，系統(tǒng)又將達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)

通用控制系統(tǒng)方框圖

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x－setpoint,desiredvaluez－measuredvalueofcontrolledvariablee=x-zerrorp－controlsignal

q－manipulatedvariabley－controlledvariabled－disturbance(干擾信號(hào)，使y偏離x的外界因素)Feature:(1)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是按偏差e的大小(包含e的符號(hào))

進(jìn)行調(diào)節(jié)的。

(2)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由封閉回路組成(閉環(huán))。

(3)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是負(fù)反饋的。35

3.ResponseofautomaticcontrolsystemSteady-state:variablesdonotchangewithtime靜止與靜態(tài)的區(qū)別，靜態(tài)是相對(duì)的、暫時(shí)的、有條件的。Dynamic-state:variableschangewithtime

動(dòng)態(tài)是絕對(duì)的、經(jīng)常的、無條件的。Transientresponse:theperiodfromonesteady-statetoanothersteady-state(theperiodofcontrolactionovercomedisturbance)disturbance→producingerrorcontrolaction→overcomeerror控制過程總是處在一波未平，一波又起，波動(dòng)不止，往復(fù)不息的動(dòng)態(tài)過程中。3637擾動(dòng)信號(hào)384.Qualitydesireforcontrolsystem

(1)Twotypescontrolresponse

當(dāng)輸入（干擾或給定值）發(fā)生階躍變化時(shí)，由于過程本身的特性，過渡過程有以下幾種基本形式。39衰減震蕩衰減無震蕩goodcontrolresult－decayingoscillationstableresponse－achievenewsteady-state：(a)(b)unstableresponse－notachievenewsteady-state：

(c)(d)40SectionⅡAutomaticinstruments要點(diǎn):1.Type(1)按作用分：測(cè)量?jī)x表、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表

(2)按工作能源分：氣動(dòng)儀表pneumaticinstrument、液動(dòng)儀表、電動(dòng)儀表electricinstrument(3)按作用的組合方式分:基地式、單元組合式

elementcombinatoryinstrument43信號(hào)/mA溫度/℃050100100200300流量/m3·h-110254002550Example:

氣動(dòng)儀表2.Standardsignal

氣動(dòng)儀表:0.2~1.0Kg/cm２氣壓信號(hào)電動(dòng)儀表:0~10m

A(DC)(Ⅱ型)4~20m

A(DC)(Ⅲ型)電流信號(hào)44工藝管道及控制流程圖儀表符號(hào)圖形符號(hào)字母代號(hào)儀表位號(hào)采用美國(guó)儀表學(xué)會(huì)（ISA）編制的儀表代號(hào)采用美國(guó)制漿造紙技術(shù)協(xié)會(huì)（TAPPI）和加拿大制漿造紙協(xié)會(huì)（CPPA）編制代號(hào)例子：工藝管道及控制流程圖脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖舉例左圖是乙烯生產(chǎn)過程中脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖能看懂嗎？？38序號(hào)安裝位置圖形符號(hào)備注序號(hào)安裝位置圖形符號(hào)備注1就地安裝儀表嵌在管道中4集中儀表盤后安裝儀表2集中儀表盤面安裝儀表5就地儀表盤面安裝儀表3就地儀表盤面安裝儀表（一）儀表安裝位置的圖形符號(hào)表示常規(guī)儀表圖形符號(hào)：直徑為12mm(或10mm)的細(xì)實(shí)線圓圈字母第一位字母后繼字母被測(cè)變量修飾詞功能ACDEFIKLMPQRSTVWYZ分析電導(dǎo)率密度電壓流量電流時(shí)間或時(shí)間程序物位水分或濕度壓力或真空數(shù)量或件數(shù)放射性速度或頻率溫度黏度力供選用位置差比（分?jǐn)?shù)）積分、累積安全報(bào)警控制（調(diào)節(jié)）檢測(cè)元件指示自動(dòng)-手動(dòng)操作器積分、累積記錄或打印開關(guān)、聯(lián)鎖傳送閥、擋板、百葉窗套管繼動(dòng)器或計(jì)算器驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行或未分類的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)（二）被測(cè)變量和儀表功能的字母代號(hào)脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖舉例舉例塔頂?shù)膲毫刂葡到y(tǒng)PIC-207：P－測(cè)量壓力；I：具有指示功能；C－具有控制功能；回流罐液位控制系統(tǒng)LIC-201。

塔下部溫度控制系統(tǒng)TRC-210具有指示功能的壓力控制器。該控制系統(tǒng)是通過改變氣相采出量來維持塔壓穩(wěn)定的。具有指示功能的液位控制器，它是通過改變進(jìn)入冷凝器的冷劑量來維持回流罐中液位穩(wěn)定的。

具有記錄功能的溫度控制器，它是通過改變進(jìn)入再沸器的加熱蒸汽量來維持塔底溫度恒定的。207、201、210???（三）儀表位號(hào)

儀表位號(hào)是由字母代號(hào)組合和阿拉伯?dāng)?shù)字編號(hào)兩部分組成。阿拉伯?dāng)?shù)字編號(hào)寫在圓圈的下半部，其第一位數(shù)字表示工段號(hào)，后續(xù)數(shù)字（二位或三位數(shù)字）表示儀表序號(hào)。

測(cè)量點(diǎn)在加熱蒸汽管