纸张定量水份状态控制装置 本发明属于工业自动化控制领域，特别涉及一种纸张定量水份状态控制装置。用于造纸工业。
纸张的定量水份是衡量纸机性能和低质量的两个重要指标。从80年代末开始，国内引进了部分纸张定量水份控制系统，国内的科研单位和高校也研制了类似的系统。其技术特点都是直接在低检测成纸的绝于定量和水份，用检测值与设定值之差调节上网浆量和蒸汽的流量，以控制成纸定量水份之目的。例如华丰造纸厂引进法国Lippke公司的，北京造纸七厂引进美国Moasnrex公司的等。国内有电子部六所和浙大研制的类似系统。他们均采用放射性β射线测绝干定量，红外光学系统测水份。价格昂贵不说，系统庞大、技术复杂、难度大、专业人员安装调试时间很长，难于掌握，引进系统培养有专职人员，实际上也有半数以上的没运行起来。
本发明的目的：提供一种纸张定量水份状态控制装置，是从纸机、浆、蒸汽和环境的状态测试和控制出发，只用常规的测温、湿度，速度、流量、加上测浓度的传感器和电动调节阀。具有结构简单、稳定可靠、能实时在线检测与成纸定量水份有关的各状态量、相应地快速进行蒸汽流量和浆的浓度调节，以稳定成纸定量水份的计算机控制系统。
实现本发明的技术方案：在附图1中给出了纸张定量水份状态控制装置原理框图，它主要由控制器(1)、调节阀(2)、(7)、浓度传感器(3)、车速传感器(4)、温度传感器(5)、蒸汽温度外感器(6)、流量传感器(8)及空气温、湿度传感器(9)等部分所组成，其中：N为浓度高地不稳浆料、SO为水份设定值、DO为定量设定值、NO为浓长设定值、ZC为蒸气、HG为烘缸及W为热量。纸张的定量(克/米2)实质上包括两个分立的部分：绝干量和水份含量与绝干(浆)量有关的状态量有浆浓(3)、浆温(5)、浆料的流量(我们限定此量不变)和车速(4)，其中浆浓(3)是控制量，由控制器(1)通过控制补水调节阀(2)的再度调节补水量来实现的，浆温和车速是状态量。用控制器(1)辅助工人的方法将成纸的绝干(浆)量(克/米2)调节到设定值，此时的浆浓、浆温和车速就作为绝干量部分各状态量的初始值。控制器(1)将其存贮起来，以此状态作为基准状态进行控制。当控制器(1)接收到状态量浆温偏离初始状态值时，就根据其变化的大小，修正初始浆浓对应的切应力，以保证浆浓仍稳定在初始值上。控制器⑴接收到车速偏离初始值时，亦根据其变化量的大小，相应的调正浆浓的设定值，同时控制调节阀(2)的开度，调节补水量，使浆浓很快地稳定在新设定值上。从而保证在车速变化时，成纸的绝干定量仍稳定在初始的设定值上。与成纸的水份(含)量有关的状态量是有：蒸汽的体积流重(8)、蒸汽的温度(6)、水(浆)的温度(5)、车速(4)和空气温、湿度(9)，其中蒸汽的流量是控制重，控制器(1)通过控制调节阀(7)的开启完成的在成纸的绝干定重初始状态调好后，用控制器(1)辅助人工的方法将成纸的水份(克/米2)调到设定值。此时的蒸汽流量、蒸汽的温度、车速、浆温、空气的温、湿度状态值就是成纸水份各状态量的初始值，控制器⑴将此值数据存贮在存贮器内，并以此为基准进行控制。
在水份的状态控制中，我们将烘缸系统看成一个“虚拟的热交换器”，初始状态它初态地处于某个温度下，成纸水份在设定值上。当与成纸水份有关的各状态量变化时，根据能量传换和能量守恒原理，使“虚拟热交换器”仍处于原动态平衡的温度，考虑变化后的状态与初始态热量间的关系调节蒸汽的供热量，成纸的水份含量就应仍稳定在设定值上。因此，当控制器(1)接收到蒸汽的温度偏离初始值时，控制器(1)根据其熵变化量，控制调节阀的开度，调蒸汽流量，使其用此熵计算的热量与初始状态保持不变即可。当车速、水(浆)温、空气的温湿度各状态量一个或多个同时偏离初始值时，控制器⑴同样根据其变化后的量与初始值的比值，相应的控制调节阀(2)的开度、调节蒸汽的流量，就能使纸机的烘干部仍处于初始状态，实现了成纸水份稳定在初始值上。有关图1、图2及图3的结构特征和实施方案，在说明书附图说明中加以说明。
本发明的优点：从图1和以上工作过程可知，目的是要控制成纸的绝干定量和水份，但并没有对成纸的定量水份进行检测，从而避开了直接检测定量水份支术复杂、设备庞大、可靠性差这种方法。而是对成纸生产过程中与定量水份有关的所有因素包括环境因素的状态进行检测，并以定量水份稳定时各状态量的初始值为基准进行计算控制，简化了计算，又有了参考点，本发明中对各状态量进行检测的传感器，除特殊的刀式浓度传感器，所用的流量、车速、温度、湿度传感器都是定型产品、易于掌握、安装、正体结构简单、可靠性高。 本发明的控制器(1)采用一体化工业工作站，可靠性高、速度快、存贮量大、软件设计灵活、调试简单、整个装重运行时无需人工干予。
以下结合说明书附图，对本发明的结构特征和实施方案加以说明。
图1给出纸张定量水份状态控制装置原理框图。
图2给出纸浆浓度实时控制子系统示意图。
图3给出纸张定量水份状态控制装置示意图。
一、按照图2给出实施例1：图2主要由控制器(1)、调节阀(2)、浓度传感器(3)及变送器、车速传感器(4)及变送器、温度传感器(5)及变送器、CPU(中央处理器)和存贮器(10)、I/V转换器(11)、(12)、脉冲接收器(13)、D/A转换器(14)、键盘(15)、显示器(16)、浆管(17)、浆料(18)及水等部分所组成。
以下给出本发明的纸浆浓度实时控制子系统控制绝干定重部分，由传感器(3)、(4)、(5)、控制器(1)和调节器(2)组成。浓度传感器(3)的检测刀置于浆管(17)中，浆在浆管(17)中活动，由于粘性在刀的两侧表面产生切应力，经变送器(3)将其转换为0～10MA的电流信号，送到控制器(1)内，经I/V(电流/电压)转换器(11)产生相应的电压值，在CPU(10)内进行A/D转换器(14)为数字信号，进行滤波、分组、取和、平均后提到真值，与设定浓度值比较。若不等，CPU(10)则发出控制调节阀(2)信号，经D/A转换器(14)转换为电压信号，控制调节阀(2)的开度，调节阀(2)19量，改变浆的浓度，直止检测的浓度等于设定值止。浆温传感器(5)将检测的浆料温度值经变送器(12)转换为0～10mA的电流信号，经线路到控制器(1)的I/V变换器(12)，变为相应的电压值，CPU(10)对其进行A/D转换为数字值，并进行处理，然后与存贮器(10)内存的初始态浆温进行比较。若不等，则根据二者差值的大小和正负，对浆在设定浓度值的切应力进行相应的修正，使切应力在变化了的浆温下与设定的浓度值相对应。CPU(10)同时发送控制调节阀(2)开度的信号，经D/A转换器(14)到调节阀(2)调节补水量，使浓传感器(3)检测到的信号与修正后的值相等时为止，此时的浆浓是在泺温变化引起切应力变后，仍保持设定的浓度值。
车速传感器(4)及变送器，检测纸机的速度，将其变为脉冲信号，传送到控制器(1)的脉冲接收器(13)，进行整形送入CPU(10)计数，CPU(10)将单位时间内接收的脉冲数算出纸机的线速度，并与初始态的线速度比较。若不等，计算出其相对变化量，并按初始浓度的设定值，对应的算出在变化了的车速下对应的浓度值，控制器(1)将此值做为新的浓度设定值，CPU发出控制调节阀(2)的信号，经D/A(14)到调节阀(2)调节补水重，如前述直至浓度传感器(3)检测的浓度值等于新的设定值为止。一般调节速程在半分钟内即可完成，这样由车速变化不会引起成纸绝干定量变化。
控制器(1)在此实施例1中是由单片计算机组成的。它除了有I/V(11)、(12)转换、脉冲接收、计数、D/A(14)转换等I/O功能外，还有较大的存贮器，除存贮程序、初始状态值，还有一些常用参数和口令等。它带有显示器(16)，显示设定的浓度值或检测浓度的A/D(14)值，检测的浓度值、车速或浆温，还可显示装置的各种状态参数数据，键盘(15)要用口令才能使用，用于修改或显示机内的各种参数。用该装置辅助人工调试绝干定量的初始装态相当简单。开机后送入浆浓设定值，2分钟内浆浓即稳定在设定值上。人工把把混浆箱上的板阀放在适当位置上，成纸的绝干定量接近设定值，人工用烘干法测得此时准确的成纸的绝于定量后，(用键盘(15))将设定值和测得的值一起送入控制器(1)，控制器(1)的CPU(10)根据二者的差值和浆料的浓度值车速，计算出新的浓度设定，并按前述将浆浓控制在新的设定值上，绝对定重应能接近设定值。人工用烘干法再进行检测，几次就可使绝干定量准确的稳定在设定值上，此时的浆浓、浆温、车速即为其相应的初始状态值。
二、按照图3给出实施例2：图3主要由控制器(1)、调节阀(2)、(2a)浓度传感器(3)及变送器、车速传感器(4)及变送器、温度传感器(5)及变送器、CPU(中央处理器)和存贮器(10)、I/V转换器(11)、(12)、脉冲接收器(13)、D/A转换器(14)、键盘(15)、显示器(16)、浆管(17)、浆料(18)、水(19)、打印机(20)、I/V转换器(21)、(21a)、蒸汽管道(22)及蒸汽流量计(23)等部分所组成。
图3是本发明的典型实施例2，该装置由两个子系统组成：纸浆浓度实时控制子系统，控制成纸的绝干定量，蒸汽流量控制子系统，控制成纸中的水份含量，实施例1即是绝干定量子系统的实施方案，也是实施蒸汽子系统的前提，因绝干定量不稳，水份无法控制。
实施例2方案中，控制器(1)使用一体化工业工作站。它用EL(场致发光)平板式显示器(16)，一体化键盘(15)机内藏式微型打印机(20)。特别适用于工业现场环境下长期连续工作，寿命长、可靠性高，贮存空间大，软件丰富，可灵活的选用各种I/O板，对各种I/O板信号进行处理。
蒸汽流量控制子系统是由控制器(1)、蒸汽传感器及变送器(24)、蒸汽体积流量计(23)、浆温传感器及变送器(5)、车速传感器及变送器(4)，空气温、湿度传感器及变送器⑼和调节阀⑵组成。
生产某种纸时，定量D和水份与设定值相符时，此时蒸汽的温度为To、蒸汽的体积流量为Ro、浆温为to、车速为vo、空气的温度为t＂o相对湿度为Ro，我们把烘缸整体看成一个“虚拟的热交换器”，根据热交换和能量守恒原理，知道了定量水份与设定值一致时各状态重的初始状态值，此时“虚拟的热交换器”必处于某一动态平衡的温度值下。在状态重状态变化时，只要按各量相对变化量相应的调节蒸汽的流量，使“虚拟的热交换器”仍处于动态温度不变状态，则水份就能保持稳定。
热源蒸汽温度传感器及变送器(24)测得温度信号T以4-20mA电流送到控制器(1)的I/V变换器(21)、变为电压信号，CPU(10)将其进行A/D转换(14)为数字信号，并处理为温度T，将T与存贮器内的To进行比较。若不等，控制器发出控制信号，经D/A转换(14a)变为电压信号，调节调节阀(2a)的开度，使按温度T时蒸汽的比熵计算的热重与To时计算的热量相等的原则调节蒸汽流量Q，到蒸汽流量计(23)测得为0-10mA电流信号送到控制器(1)的I/V转换器变为电压信号，CPU(10)经A/D转换的数字信号，经处理蒸汽流量为Q时为止。
浆温传感器及变送器(5)将检测的浆温信号再变为0～10mA的电流信号，经线路到I/V转换器(12)变为电压信号，CPU(10)进行A/O转换为数字信号，经处理与存贮器内的Lo比较。若不等，一方面计算Vo时浓度设定值对应的切应力应做的修正值，CPU(10)发出信号经D/A转换到调节阀(2)，调节其开度，浓度传感器及变送器(3)将检测的0～10mA电流信号送到I/V变换器(11)，CPU(10)进行A/O变换为数字量，经处理以修正后的切应力作为浓度设定值的确认根据，直到测得的浓度为设定值为止。另一方面，对水份来说，则以水在t时的汽化热与Vo时水的汽化热比较，以其相对变化，相应的调节蒸汽流量，直到得到计算值为止，调节过程仍是CPU(10)控制信号经D/A(14a)到调节阀(2a)，调节调节阀的开度，蒸汽流量由流量计(23)的0～10mA信号到I/V(21)变为电压信号，CPU进行A/O转换为数字信号，处理为流量信号，直到蒸汽流量为计算的值时为止。
车速传感器及变送器(4)测得的脉冲信号，经线路到脉冲接收器(13)正形后送到CPU(10)计数，并计算出车速V与Vo比较。若不等，一方面因车速变化，在定量不变时、即成纸产量的变化，对浓度的设定值对应的调正为新的设定值，CPU(10)发出控制信号到D/A转换器(14)，再送至调节阀(2)控制调节阀开度，进行补水，浓度传感器及变送器(3)将测得的0～10mA电流信号送到I/V(11)变化电压信号，CPU(10)经A/D变换为数字量，处理为浓度值，此过程直到新检测的浓度值的调正后的新设定值为止。另一方面，对水份子系统，因绝干定量不变，车速的变化率即成纸产重的变化率，也是所需蒸汽量的变化率，以此计算出新的蒸汽流量Q，发出控制信号到D/A(14a)再送到调节阀(2a)，控制调节阀的开度，直到流量传感器(8)测得的值送到I/V(21)，CPU(10)进行A/D变换为数字量，处理后的流量值为Q时止。这样车速的变化，经浓度调整设定值，成纸绝干定量稳定不变，经蒸汽流量调正后，成纸的水份含量要稳定不变。
空气温、湿度传感器及变送器(9)，将测得的脉冲信号经线路到控制器(1)的脉冲接收器(13)，经整形送到CPU计数，得到空气的温度t1、相对湿度R，与初始态的t1o、Ro比较。若水等，则计算出此时湿空气的比热，并于初始态湿空气的比热相比，以其比率相应的算出蒸汽量的变化，并按前述同样的方法控制调节阀的开度，使蒸汽的流量控制在要求的值上。因为湿纸它的水份汽化后，是由车间的空气把它带出烘缸罩的，所以车间空气的温湿度与成纸的水份含量有关。
当多个状态量同时变化时，计算机的处理速度很快，就按各状态量与绝干定量和水份的关系综合计算处理后，调节浆浓、控制蒸汽流量，即可实现成纸和定量水份稳定在设定值上。
在工作站的显示屏上，可以看到纸机生产过程的流程图，各状态测试点的值，可用开窗口的方式放大流程图中的各个测试点，显示故障、报警点，计算机可统计，存贮、打印了现时状态或历史数据，计算机辅助人工确定纸机各状态量的初始状态是很简单的过程。首先按实施例1时方法，通过对绝干定量的测定确定浓度的初始状态，然后将控制蒸汽流重的调节阀(2a)放在手动位置，手动调节阀到某个位置，用烘干法测得成纸的水份，将测得的值与设定值一起通过键盘(15)送入计算机，将调节阀(2a)放回自动调节位置。计算机会根据当时各状态量的值、测定值和设定值之间的关系，算出对蒸汽流量应做的调整，并自动完成调整，只要人工再用烘干法测试成纸水份含重，并将结果送入计算机，这样几次就可使水份稳定在设定值上。此时各量的状态即为初始状态值，用机器辅助比单人工操作简单、快、是因为机器对各重的变化能进行控制，并准确的记录下当时各自的状态值，而人工是办不到的，甚至化很长时间调不到初始态。