Đang tải... (xem toàn văn)
Hệ thống điều khiển tự động hóa nhà máy giấy
BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG 1.1 Tầm quan trọng ngành sản xuất giấy Ngàng giấy có vai trò quan trọng kinh tế quốc dân, định tới văn minh đất nước nói riêng toàn nhân loại nói chung Giấy công cụ lưu SVTH Page BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY trữ thông tin để truyền bá từ hệ sang hệ khác Giấy góp phần quan trọng vào thúc đẩy kinh tế – xã hội khoa học – kỹ thuật phát triển Nhân loại muốn phát triển thành tự khoa học – kỹ thuật thông tin văn hóa phải phổ biến rộng rãi toàn gới, dẫn tới nhu cầu sử dụng giấy ngày tăng cao Giấy sử dụng hầu hết linh vực : Công nghiệp, giáo dục, sách báo ,y tế, Quốc phòng, sinh hoạt hàng ngày … Hàng năm, giấy mang lại nguồn lợi đáng kể cho kinh tế quốc dân Tóm lại giấy vai trò quan trọng kinh tế văn minh nhân loại 1.2 Lịch sử phát triển nhà máy giấy bãi Công ty giấy Bãi Bằng công trình hữu nghị hai nước Việt Nam – Thụy Điển xây dựng vào năm 1974 khánh thành 26 – 11 – 1982 Được xây dựng thị trấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ Với vị trí gần đường bộ, đường thủy đường sắt nên thuận lợi cho trình vận chuyển tiêu thụ sản phẩm Dây chuyền công nghệ đại, hoàn chỉnh đồng xây dựng diện tích 20 ha, cung cấp giấy viết, giấy in… cho thị trường nước xuất nước Sản lượng sản xuất công ty liên tục tăng cao, sau thống kê sản lượng giấy sản xuất thực tế (1992 – 2001): Hình 1.1 sản lượng giấy công ty bãi năm 1992 – 2001 1.3 Các sản phẩm tiêu biểu công ty giấy bãi Công ty giấy Bãi Bằng sản xuất nhiều loại mặt hàng với chủng loại kích cỡ khác sau số sản phẩm tiêu biểu công ty : • Giấy cuộn : - Định lượng : 584100 (g/m2) - Độ trắng : /78 0ISO - ∅ cuộn : 904100 (cm) - ∅ lõi : 7.6 cm SVTH Page BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Bao gói : 344 lớp giấy kraft Giấy photocopy : - Định lượng : 70;80 (g/m2) - Độ trắng : /88 0ISO - Khổ giấy : Từ A4 tới A0 - Bao gói : lớp giấy kraft • Giấy kẻ ngang : - Định lượng : 58 (g/m2) - Khổ giấy : 21,5 16,5 cm, loại 48 96 trang - Bao gói : 10 – 12 hộp • Giấy tessne : Khăn lau mặt, Khăn bỏ túi, Khăn ăn - Định lượng : 1461 (g/m2) - Độ trắng : /80 0ISO - Số lớp : 243 - Độ nhăn : 20425% - Độ ẩm : 861% • Giấy toilet : - Định lượng : 1661 (g/m2) - Độ trắng : /75 0ISO - Số lớp : 142 - Độ nhăn : 20425% - Độ ẩm : 861% - • CHƯƠNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG 2.1 SVTH Tổng quan quy trình công nghệ Page BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 2.1 Tổng quan công nghệ sản xuất giấy Bột giấy sản xuất từ gỗ, tre nứa, sợi, giấy tái sinh…có thể sản xuất phương pháp học ,phương pháp hóa học phương pháp bán hóa học Bột giấy từ gỗ: gỗ bóc vỏ, rửa, chặt thành mảnh máy băm, lọc qua máy sàng phân loại mảnh dăm theo kích cỡ đồng Dăm gỗ sau xử lý cách mài, nghiền, nấu (phương pháp học) hóa chất (phương pháp hóa học) tạo thành bột giấy thô (chưa tẩy) Sau bột đưa tẩy trắng với mức độ tùy theo yêu cầu, pha loãng để đưa qua máy xeo cán thành giấy cuộn 2.2 Quy trình công nghệ sản xuất bột giấy 2.2.1 Sử lý nguyên liệu Nguyên liệu đầu vào chủ yếu tre, nứa gỗ Tre nứa đưa từ bãi chứa vào băng chuyền rửa trước đưa vào máy chặt Tại tre nứa băm thành mảnh nhỏ có kích thước theo tiêu chuẩn: - SVTH Chiều dài: 35 mm Chiều rông: 10 mm Chiều dày: 2,5 mm Page BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 2.2 Bãi nguyên liệu tổng công ty bãi Các mảnh đưa vào hệ thống rửa mảnh qua băng tải đến sân chứa mảnh Năng suất máy chặt tre nứa 20 tấn/h Gỗ đưa đến phận bóc vỏ băng tải xích Gỗ sau bóc vỏ rửa vào máy chặt mảnh Mảnh gỗ sau chặt có kích thước theo tiêu chuẩn: - Chiều dài: 35 mm - Chiều rộng: 10 mm - Chiều dày: 2,5 mm Hình 2.3 Thùng bóc vỏ Mảnh gỗ đưa qua sàng chọn đưa sân chứa băng tải Mảnh tre nứa gỗ đưa vào nồi nấu hệ thống thổi mảnh Tùy theo yêu cầu đơn đặt hàng khách mà có tỷ lệ tre nứa gỗ khác 2.2.2 Nấu bột SVTH Page BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Bột sản xuất theo phương pháp sunphat có thu hồi hóa chất Nguyên liệu nấu nồi có hình trụ đứng Thời gian để hoàn thành chu kỳ nấu 240 phút kể thời gian nạp mảnh Bột sau nấu xong chuyển sang bể phóng Từ bột chuyển qua máy đánh tơi đưa đến phận rửa 2.2.3 Công đoạn rửa sàng Sau đánh tơi, bột đưa tới máy rửa lọc chân không Hệ thống rửa lọc chân cấu tạo lô hình trụ, tạo chân không chênh lệch áp suất Bên lô có hệ thống đường ống dẫn nước Trên bề mặt lô chia làm nhiều ngăn có ống dùng để dẫn dịch Trong ngăn có sàng lỗ mắt sàng Quy trình hoạt động hệ thống rửa sau: Lô rửa quay tròn Trong trình quay, nước dùng để rửa bột theo ống dẫn đưa vào lô Do bề mặt lô có lỗ nên tạo chênh lệch áp suất bên lô bên lô Do tạo chân không bên lô Do chênh lệch áp suất nên bột bám dần bề mặt lô Sau đó, bột dùng nước để rửa Sau rửa, bột rơi xuống hệ thống xoắn vít tải Từ đây, bột tới bể chứa từ bể chứa này, bột đưa lên hệ thống rửa Nước sau rửa máy có hàm lượng dịch đen lớn nên nước đưa đến hệ thống trưng bốc Bột đen sau rửa đưa qua hệ thống sàng gồm sàng áp lực, sàng thu giai đoạn lọc cát Trong trình này, mấu mắt tre nứa bột sống loại khỏi bột chín, dẫn xuống sàng cô đặc xuống vít tải thải Bột chín đưa tới bể chứa chuẩn bị cho công đoạn tẩy trắng 2.2.4 Công đoạn tẩy trắng bột Bột từ công đoạn sàng đưa vào bể chứa Từ bể chứa, bột đen đưa vào tẩy trắng Công đoạn tẩy trắng gồm giai đoạn Bột clo hóa Cl2 Sau đó, bột kiềm hóa để loại bỏ hợp chất màu Clorarlignin khỏi bột Sau kiềm hóa, bột tẩy tiếp NaClO để đạt độ trắng theo yêu cầu khoảng 74 - 78 % Để bột có độ trắng đồng theo yêu cầu phải thực quy trình tẩy trắng nghiêm túc, trì thích hợp yếu tố nồng độ bột, mức tỷ lệ hóa chất tẩy, nhiêt độ, thời gian độ pH Bột sau tẩy trắng đưa vào bể chứa để chuẩn bị cho trình nghiền 2.2.5 SVTH Công đoạn nghiền bột Page BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Bột giấy đưa qua hệ thống nghiền côn để tăng diện tích tiếp xúc, tăng khả liên kết thớ sợi với nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho khả hình thành tờ giấy Sau nghiền, bột pha trộn với phụ gia: Cao lanh, nhựa thông, phèn số hóa chất khác tùy theo yêu cầu sản phẩm Bột pha trộn phụ gia bể chứa sau đưa qua hệ thống phụ trợ: Sàng áp lực, lọc cát thành phần khác có ảnh hưởng đến tờ giấy đưa tới hòm phun bột, bắt đầu trình sản xuất giấy 2.3 Quy trình sản xuất giấy Hình 2.4 Quá trình sản xuất giấy phân xưởng xeo 2.3.1 Hòm phun bột Nhiệm vụ hòm phun bột phân phối lưu lượng bột đồng lưới với tốc độ không đổi toàn bề ngang lưới giữ cho dòng bột không bị xáo trộn để chống chảy xoáy làm phá vỡ vón cục dòng bột hình thành Ở đây, bột hình thành tờ giấy ướt có độ khô 18 - 20% 2.3.2 Bộ phận lưới Đối với máy xeo việc hình thành tờ giấy thực hai bề mặt lưới đôi Lưới rộng 4350 mm, dài 22000 mm Lưới rộng 4350 mm, dài 18000 mm Ưu điểm lưới đôi hạn chế bề mặt tự dòng chảy lưới có khả điều khiển tốt Trên phận hình thành, nước thoát hai phía chiều dài tạo hình giấy có bề mặt đồng Lưới đôi sử dụng nguyên tắc tạo tờ giấy trục hút mở ( gọi trục tạo hình) Một phần tờ giấy ướt lưới lưới bao lại nên có độ căng lớn, thuận lợi thời gian tách nước độ thấm Ở máy xeo máy xeo dài, phận hình thành lưới băng chạy lô đỡ, gạt nước, foil hình thành Trên lưới, bột phân phối từ hòm phun bột SVTH Page BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 2.5 Lưới dài lưới đỉnh 2.3.3 Bộ phận ép Ép có nghĩa tờ giấy nén học để đạt bão hòa.Ở phần nước tách nhiều khỏi tờ giấy tốt Sau công đoạn hình thành tờ giấy, tờ giấy khoảng 80% nước (độ khô 20%) Ở công đoạn ép, độ khô tăng lên đến 40% Nhiệm vụ phận ép tách nước khỏi giấy, tăng độ bền lý tờ giấy tăng liên kết xơ sợi,tăng độ nhẵn giảm độ xốp,giảm tiêu hao trình sấy Bộ phận ép có số lượng cặp ép cấu trúc khác nhau.Một cặp ép bao gồm giá đỡ lô Lô thường lắp ổ đỡ cố định lô dẫn động.Sự ép xảy khoảng lô khe ép tờ giấy chăn dẫn qua khe ép Tờ giấy ướt chuyển trực tiếp từ lưới tới trục ép hút chân không bọc chăn tổ ép Chức quan trọng lưới ép chống tạo vết tờ giấy Từ tổ ép 1, tờ giấy chuyển tới phận ép lưới tổ ép Tổ ép gồm lưới nhựa chăn ép trục ép phía nhằm giảm áp suất thủy tĩnh tuyến ép Từ chăn ép 2, tờ giấy chuyển tới tổ ép nhẵn qua khoảng kéo hở Tổ ép chăn nên nhiệm vụ tách nước mà làm cho tờ giấy nhẵn phẳng SVTH Page BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 2.6 Bộ phận ép ướt 2.3.4 Bộ phận sấy Khi tờ giấy rời phận ép có độ khô khoảng 40 % nhiệt độ từ 25 - 30 0C phận sấy lượng nước lại tách cách bốc Hình 2.7 Cấu hình lô sấy Sấy trình sử dụng nhiệt nước bão hòa lòng lô sấy để làm bay phần nước có tờ giấy Các biện pháp sấy sử dụng là: - Sấy trực tiếp: Tờ giấy tiếp xúc với lô sấy - Sấy đối lưu: nhiệt không khí xung quanh lô sấy - Sấy tự do: Sấy khoảng sức căng hoặcgiữa lô sấy Ở giai đoạn tờ giấy sấy khô tới 94% Sau đó, tờ giấy đưa qua phận ép keo Chức khâu ép keo phủ lớp keo lên bề mặt giấy, tăng đô bóng, độ dai, bịt lỗ bề mặt tờ giấy Sau khâu ép keo, tờ giấy tới hệ thống sấy sau SVTH Page BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 2.8 Bộ phận ép keo Giấy sấy khô làm nguội lô làm lạnh Sau lô ép tờ giấy căng suốt trình gia nhiệt hai trình sấy trước sấy sau (ép keo) Điều thường gây cố tờ giấy Để khắc phục cố biến đổi tờ giấy, lô bố trí thành nhóm dẫn động khác Tất lô nhóm có tốc độ Sự chênh lệch tốc độ nhóm dẫn động hiệu chỉnh theo độ căng cố tờ giấy 2.3.5 Bộ phận ép quang Bộ phận ép quang gồm hai lô quay tiếp xúc với Máy ép quang đảm bảo độ đồng đều, độ nhẵn bóng bề mặt làm tăng độ bền kéo, độ chịu bục thấm khí tờ giấy Hình 2.9 Bộ phận ép quang SVTH Page 10 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.6 Các trình sảy lô sấy Hơi sấy (Steam) đưa vào lô sấy qua đường cấp hơi, nhờ nhiệt độ truyền nhiệt lượng lên tờ giấy làm khô giấy theo yêu cầu công nghệ Trong trình sấy tạo nước ngưng làm giảm hiệu sấu truyền nhiệt làm tăng tải cho hệ truyền động bên lô sấy có bố trí bên để phá vỡ nước ngưng, nước ngưng theo ống dẫn thoát Hình 3.7 Cấu tạo phần cấp thu nước ngưng lô sấy Để nâng cao chất lượng, hiệu suất sấy cao hệ thống lô sấy bố trí hệ thống thông Làm cho khả bốc hơi nước đạt hiệu suất cao, tối ưu hóa nhiệt lượng cung cấp SVTH Page 16 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.8 Hệ thống thông lô sấy Hệ thống thông có chức sau: - Tạo môi trường thuận lợi để bốc - Cải việc sử dụng lượng - Duy trì điều kiện tốt cho phòng máy xeo - Giảm mù sương thoát khỏi nhà máy 3.3 Mô tả toán học lô sấy 3.3.1 Mô tả trình lô sấy Lô sấy trụ kim loại rỗng, nước bão hòa nhiệt độ cao đưa vào bên trong, gia nhiệt cho lớp vỏ kim loại Làm nhiệt độ tăng lên, tiếp xúc với giấy ẩm, trình truyền nhiệt xảy làm bay nước bề mặt tờ giấy Do nhiệt từ nước làm nhiệt độ bềmặt lô sấy giảm, phía lô, nước chuyển từ dạng chuyển dạng lỏng thành lớp nước ngưng tụ mặt lô sấy Vậy trình vật lí bên lô sấy trình cân pha pha pha lỏng nước Vấn đề điều khiển điều khiển cân pha đểnhiệt cung cấp làm bay nước tờ giấy ổn định đạt công suất mong muốn Đối tượng điều chỉnh áp suất bão hòa khoang lô sấy 3.3.2 Các trình cân SVTH Page 17 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.9 Quá trình truyền nhiệt từ nóng lô sấy lên tờ giấy a Cân khối lượng 0 = q hs (p0 ) − qw (p0 )hw (p0 ) − α sc Acyl (Ts (p ) − T ) s 0 0 0 = α sc Acyl (Ts (p ) − Tm ) − α cp Acyl η (Tm − T p ) q 0s hs (p0 ) − qw (p0 )hw (p ) 0 ⇒ Tp = Tm − α cp Acyl η m d ( ρ sVs ) = qs − qc (1) dt d ( ρ wVw ) = qc − qw (2) dt Trong : - qS : Lưu lượng nước vào lô sấy (Kg/s) - qC : lưu lượng nước ngưng tụ lô sấy (Kg/s) - qW : lưu lượng nước ngưng tụ hút (Kg/s) - VS, VW : thể tích nước ngưng tụ (m 3) - ρS , ρw : khối lượng riêng nước nước ngưng (Kg/m 3) b Cân lượng d (3) ( ρ susVs ) = qs hs − qc hs dt d ( ρ w uwVw ) = qc hs − qw hw − Qm (4) dt d (5) ( mC p,mTm ) = Qm − Qp dt Trong : Qm : công suất nhiệt cấp từ nước cho lớp vỏ kim loại lô sấy (W) QC : công suất cấp nhiệt từ vỏ lô tới tờ giấy (W) m : Khối lượng lô sấy (Kg) Cp,m : nhiệt dung riêng kim loại làm vỏ lô sấy (J/kg.K) Tm : nhiệt độ vỏ lô (K) US, UW : nội nước nước ngưng (J/kg) SVTH Page 18 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY 3.3.3 Quá trình truyền nhiệt a Công suất nhiệt đưa tới lớp vỏ kim loại lô Q m = α sc Acyl (Ts − Tm ) (7) Trong : - αsc : hệ số truyền nhiệt từ nước tới tâm lớp vỏ lô sấy (W/m2.K) - Acyl : diện tích xung quang lô sấy (m2) - TS : nhiệt độ nước (K) - Tm : nhiệt độ lô sấy (K) b Công suất nhiệt từ vỏ lô tới tờ giấy Q p = α cp Acyl η (Tm − Tp ) (8) Trong : - Αcp : hệ số truyền nhiệt từ tâm lớp vỏ lô sấy tới tờ giấy (W/m 2.K) - Tp : nhiệt độ tờ giấy (K) η : tỉ lệ tiếp xúc lô sấy tờ giấy 3.3.4 Mô hình hóa trình Tổng kết lại từ phương trình biểu diễn trình vật lý hệ thống : d dt ( ρ sVs ) = qs − qc 0 = qc hs − qw hw − Qm d ( mC p ,mTm ) = Qm − Q p dt Q m = α sc Acyl (Ts − Tm ) Q p = α cp Acyl η (Tm − Tp ) Loại bỏ hai biến qc Qm từ hệ thu được: d hs dt ( ρ sVs ) = qs hs − qw hw − α sc Acyl (Ts − Tm ) d ( mC T ) = α A (T − T ) − α A η.(T − T ) p ,m m sc cyl s m cp cyl m p dt Hai biến trạng thái áp suất nhiệt độ nước Giả thuyết, nước lô bão hòa viết lại sau : SVTH hs , hw , ρ s , Ts hàm áp suất hơi, hệ Page 19 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY d ρ s dp hs (p) dp dt = qs hs (p) − qw (p)hw (p) − α sc Acyl (Ts (p) − Tm ) d ( mC T ) = α A (T (p) − T ) − α A η.(T − T ) p ,m m sc cyl s m cp cyl m p dt Xét trình cân điển làm việc : 0 = q hs (p0 ) − qw (p0 )hw (p0 ) − α sc Acyl (Ts (p ) − T ) s 0 0 0 = α sc Acyl (Ts (p ) − Tm ) − α cp Acyl η (Tm − Tp ) q 0s hs (p0 ) − qw (p0 )hw (p ) 0 ⇒ Tp = Tm − α cp Acyl η m Tuyến tính hóa điểm làm việc : d ρs dh dq dT d ∆p dhs = qs − qw (p0 ) w − hw (p0 ) w − α sc Acyl s ∆p + α sc Acyl ∆Tm + hs (p0 )∆ q s hs (p ) V dp dt dp dp dp dp 0 p= p p= p mC d ∆Tm = α A dTs − α sc Acyl ∆Tm − α cp Acylη∆Tm sc cyl p ,m dt dp p = p dhs dh dq dT − qw (p ) w − hw (p ) w = α sc Acyl s qs dp dp dp dp ηα = α sc cp Giả thuyết Mô hình trở thành : d ρs dT d ∆p = −α sc Acyl s ∆p + α sc Acyl ∆Tm + hs (p0 )∆ q s hs (p ) V dp p = p0 dt dp p = p0 mC d ∆Tm = α A dTs − α sc Acyl ∆Tm − α cp Acylη∆Tm sc cyl p ,m dt dp p = p Quá trình nhiệt Qp xảy chậm so với trình truyền nhiệt Q m từ sang vỏ lò Chuyển mô hình cho sang không gian trạng thái: x&= Ax + B∆qs y = Cx + D∆qs Với x = [∆p ∆Tm]T Trong matran biểu diễn sau: SVTH Page 20 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY BÀI TẬP LỚN dTs Acyl dp − h V d ρs s dp A= A dTs cyl dp mCm, p ;B = V Acyl − mCm , p Acyl d ρs hsV dp d ρs dp ; C = [1 0] ; D = Từ mô hình trạng thái rút hàm truyền lưu lượng tới áp suất lô sấy có dạng: G (s) = b1 s − a22 s+z z λ−z = b1 = b1 + ÷ s (s − a11 − a12 ) s (s + λ ) s s+λ Với hệ số : b1 = α A ; z = − a22 = sc cyl d ρs mCm, p V dp dTs Acyl dp A ; λ = − a11 − a12 = α sc + cyl h V d ρ s mCm , p s dp ÷ ÷ ÷ ÷ Hàm truyền kết hợp khâu tích phân khâu có đặc tính lead-lag tùy thuộc vào vị trí −λ điểm cực điểm không – z Có thể đưa dạng chuẩn mô hình- IPZ(mô hình chứa khâu tích phân , điểm cực, điểm không.) G (s) = kv kv = + sT1 − sL e s (1 + sT2 ) mCm, p hsV mCm , p d ρs dp mCm , p hs ; T1 = ; T2 = dTs d ρs A dT d ρs cyl + hsV α sc Acyl mCm, p s + hsV dp dp dp dp ÷ Hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào độ dày lớp nước ngưng tụ độ nhiễu loạn phân tử nước nên thực tế khó xác định Nên thường sử dụng từ liệu thực tế dựa kinh nghiệm thiết kế, điều khiển 3.4 Vòng điều khiển áp suất nước ngưng tụ 3.4.1 Sách lược điều chỉnh phân xưởng sấy SVTH Page 21 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Mục đích hệ điều khiển áp suất nước ngưng tụ hay điều khiển cân pha lô sấy mục đích để cung cấp công suất nhiệt để làm bay nước giấy để đạt tiêu chất lượng mong muốn Các lô sấy trình chia thành nhiều nhóm khác nhau, từ 5-10 nhóm Mỗi nhóm điều khiển điều khiển độc lập Khi mà nước lô sấy bão hòa trình tạo nước ngưng tụ mặt lô liên tục, có tương quan áp suất nhiệt độ nước Hình 3.10 Mô hình nhóm lô sấy, van điều khiển van Điều khiển áp suất đơn giản lô sấy lấy dòng nước áp suất cao cho vào nhóm lô sấy, đầu đưa tới phận ngưng Việc điều khiẻn điều khiển riêng rẽ áp suất nhóm hoàn toàn không phụ thuộc lẫn nhau, đổi lại hiệu suất sử dụng thấp Một phương án khác sử dụng nói tầng nhóm sấy với để tối ưu hiệu suất Bằng việc xếp nhóm lô hợp lý theo thứ tự áp suất làm việc nhóm từ cao tới thấp Dòng nước áp suất cao sau qua nhóm sấy áp suất cao dẫn tới nhóm sấy hoạt động áp suất thấp SVTH Page 22 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.11 Hệ thống sấy với cấu trúc đơn giản gồm nhóm sấy nối tầng Dòng nước thổi qua nhóm A nước hình thành(hơi nước ngưng nhóm lô sấy A đưa tới bể A, nhiệt độ cao ấp suất thấp nên lại chuyển pha thành nên gọi hình thành.) tập chung bể A đưa tới nhóm B hoạt động áp suất thấp Bộ điều khiển PC2 điều khiển van cung cấp thêm áp suất cao cộng với từ nhóm A để trì áp suất hợp lý với hoạt động nó.Vậy dẫn đến chênh lệch áp suất nhóm A nhóm B Chênh lệch áp suất điều khiển thông qua điều khiển PDC Lượng chênh lệch áp suất nhóm A B phụ thuộc vào điểm làm việc cấu trúc riêng máy Từ góc độ điều khiển, việc thêm thành phần kết nối nhóm sấy làm cấu trúc điều khiển tầng trở nên phức tạp có thêm thành phần xen kênh Việc điều khiển riêng rẽ khó khăn Việc sử dụng lại hình thành hay có trình hồi tiếp nhóm với dẫn tới tượng phản hồi dương Để đảm bảo cấu trúc điều khiển tầng điều khiển riêng rẽ kênh để chúng phụ thuộc lẫn nhau, giải pháp đưa dùng máy nén nước áp suất cao Chúng dùng để nén nước ban đầu (ở áp suất cao) thành áp suất cao nữa, cộng với áp suất từ nhóm trước để trì áp suất hợp lí cho hoạt động nhóm lô sấy, vai trò hiểu đơn giản dự trữ áp suất để giảm phụ thuộc lẫn nhóm lô sấy SVTH Page 23 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.12 sơ đồ nhóm sấy với máy nén ổn định áp suất Một sơ đồ P&ID phân xưởng sấy xây dựng theo cấu trúc nối tầng có sử dụng máy nén Hình 3.13 sơ đồ P&ID hệ thống sấy có cấu trúc nối tầng nhóm sấy với Trong sơ đồ P&ID này, hệ thống sấy chia thành nhóm sấy khác SVTH Page 24 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Có nhiều vòng lặp điều khiển vòng lặp chủ yếu vòng điều khiển áp suất Cùng với vòng điều khiển mức bình ngưng, điểu khiển áp suất nguồn từ máy cấp hơi, điều khiển chênh lệch áp suất nhóm lô sấy… 3.4.2 Thiết kế điều khiển áp suất Vòng điều chỉnh áp suất vòng điều chỉnh quan trọng định tới chất lượng sấy hệ thống sấy Trong phần trước ta mô hình hóa hàm truyền từ lưu lượng đầu vào tới áp suất lô sấy có dạng hàm truyền IPZ G (s) = kv + sT1 − sL e s (1 + sT2 ) Bộ điều khiển kinh điển áp dụng công nghiệp, thêm vào hệ số β γ để người điều khiển dễ chỉnh định trình điều khiển hoạt động uc (t) = k c ( β r (t) − y(t) ) + kc Ti ∫ ( r (t) − y(t) ) dt + k T c d d ( γ r (t) − y(t) ) dt Kc , kd , Ti , Td , β , γ: tham số cần xác định - Thông thường β = γ = : loại bỏ ảnh hưởng vi phân lên tín hiệu chủ đạo Hình 3.14 cấu trúc điều khiển PID điều khiển áp suất 1 C ff (s) = k c β + + sγ Td ÷ ; Cc (s) = k c 1 + + sTd ÷ sTi sTi Trong thực tế để nâng cao chất lượng điều khiển người ta thường thêm lọc thông thấp vào thành phần điều khiển PID SVTH Page 25 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY sγ Td T 1+ d s N sTd Cc (s) : sTd ↔ T 1+ d s N C ff (s) : sγ Td ↔ Hình 3.15 Đáp ứng hệ thống 3.4.3 Vòng điều khiển độ ẩm Độ ẩm giấy điều khiển áp suất hệ thống lô sấy Khi hệ trình sấy chia thành nhóm điều khiển độc lập, hệ thống multi-input-single-output (MISO) Điều có nghĩa trình sấy có nhiều đơn vị tự phương diện điều khiển Theo cách truyền thống, điều giải việc đặt tất điều khiển áp suất theo tín hiệu Bộ điều khiển độ ẩm điều chỉnh lượng đặt áp suất nhóm lô sấy nhóm lại phải theo nó, hệ thống điểu khiển độ ẩm trở thành singleinput-single-output (SISO) Hình 2.6 ra, điều thực với máy quét Nhóm sấy (được gọi lead group) hoạt động áp suất cao nhận tín hiệu điều khiển từ điều khiển độ ẩm Lượng đặt nhóm khác tính toán từ giá trị đó, theo hàm tỉ ệ hàm toán học khác SVTH Page 26 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.16 Ví dụ phân phối áp suất trình sấy Độ chênh lệch áp suất thấp nhất, ∆p, tầng sấy phụ thuộc vào tốc độ máy, loại đường ống dẫn nước, nước kích cỡđường ống dẫn nước ngưng tụ.Thông thường ∆p=50kPa Mục đích việc giải việc Thứ nhất, mối quan hệ áp suất nhóm lô sấy cung cấp điều kiện thuận lợi cho hàm hệ thống tầng Thứ hai, điều điều quan trọng cho khả di chuyển chất lượng tờ giấy Hình 3.17 vòng điều khiển trình truyền nhiệt Vòng điều khiển độ ẩm giấy vòng điều khiển tầng Vòng bên điều khiển áp suất lô sấy Việc thường thực điều khiển PI PID Ở vòng điều khiển bù trễ dựa mô hình tổng quan, tiêu biểu điều khiển mô hình nội IMC [Morari and Zafirous, 1989] Bộ IMC điều khiển độ ẩm giấy, việc đưa giá trị đặt tới điều khiển PID vòng Một phân từ áp suất lô sấy có lượng lớn biến ảnh hưởng đến độ ẩm giấy: tốc độ quay lô sấy, độ dầy giấy, độ ẩm giấy sau trình ép không đồng đều, điều kiện bao giấy, căng giấy,… Một vài nhiễu điều khiển tốc độ quay lô sấy, độ dày giấy điều khiển feedforward Một vài biến khác khó đo, giảm điều khiển feedback SVTH Page 27 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY CHƯƠNG Ý KIẾN CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG SẤY 4.1 SVTH Tăng công suất sấy Để tăng công suất sấy thực số biện pháp cải tiến sau: - Tăng cường gắn bên lô sấy : tăng khả thu nước ngưng khỏi hệ thống sấy làm cho trình truyền nhiệt đạt hiệu suất cao làm nhẹ tải cho hệ truyền động - Tăng sức căng bạt sấy : sức căng bạt tăng làm cho số điểm tiếp xúc giấy với lô sấy tăng lên nhờ sức căng lớn có tạo sức ép tách nước khỏi giấy - Thông gió cho hệ thống sấy tốt: làm bay nhanh nước giấy đẩy nước xa tời giấy không cho nước ngưng tụ trở lại lên tờ giấy - Cải tạo hệ thống đối lưu ống hâm để giảm tốc độ mài mòn ống, tăng hiệu thu hồi bụi, tăng hiệu suất lò Biện pháp giảm tiêu hao than, tiết kiệm điện - Thay thiết bị cũ kỹ, hiệu thay bạt giấy hệ mới: bạt sấy MonoTier® , bạt sấy CleanTec ,… không vận hành thiết bị tình trạng non tải Page 28 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY BÀI TẬP LỚN Tiến hành bảo dưỡng định kỳ thiết bị, máy móc… để hệ thống vận hành trơn chu, giảm thiểu xác suất gây lỗi, cố 4.2 Cải thiện cấu trúc điều khiển Giải pháp sử dụng điều khiển PID có thêm thành phần feedforward để cải thiện chất lượng đáp ứng tín hiệu đặt.Thành phần feedforward thông thường dùng để giảm bớt ảnh hưởng nhiễu đo, nhiễu hệ thống Nhưng có có tác dụng cải thiện đáp ứng hệ thống với tín hiệu đặt.Ở chương trước ta có điều khiển PID có tham số , β, γ thể thành phần feedforward mà ta trình bày kĩ phần - Hình 4.1 Cấu trúc điều khiển có thêm thành phần feedforward Hàm truyền kín hệ thống : Gry (s) = P (CM y + M u ) + PC = My + PM u − M y + PC My : đáp ứng mà hệ thống kín mong muốn từ tín hiệu đặt trước Loại bỏ thành phần bậc cao M u = P −1M y Để Mu thực được, My phải có thời gian trễ lớn thời gian trễ hệ thống điểm cực nhỏ M y phải lớn điểm cực lớn P Khi P có dạng hàm truyền IPZ : P = kv + sT1 − sL e s(1 + s T2 ) Chọn dạng đáp ứng hệ kín khâu quán tính bậc My = e − sL + sTcl Khi ta có : Mu = SVTH Tcl − T2 s(1 + s T2 ) T2 T1 − T2 = + − kv (1 + s T1 )(1 + s Tcl ) kvT1Tcl kvT1 (T1 − Tcl )(1 + sTcl ) kvT1 (T1 − Tcl )(1 + sT1 ) Page 29 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY u ff Có thể xem thành phần tổng số với hai khâu lọc thông thấp u ff việc tính toán thành phần không phụ thuộc vào điều khiển phản hồ C Dưới điều u fb kiện lý tưởng, tín hiệu giữ số tín hiệu đặt r(t) thay đổi Vai trò C làm cho hệ thống bền vững chống lại nhiệu đo SVTH Page 30 [...]... hàng: Giấy khổ A3, giấy RAM A4, vở học sinh… Hiện tại, phân xưởng hoàn thành có 1 máy đóng giấy cuộn các cỡ, 2 máy A3, 2 máy xén và đóng giấy A4 cao cấp, được tự động hóa hoàn toàn và sản phẩm làm ra có chất lượng cao Máy đóng vở học sinh hiện tại không còn được sử dụng do vấn đề vệ sinh môi trường và hiệu quả không cao SVTH Page 11 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG... ứng của hệ thống 3.4.3 Vòng điều khiển độ ẩm Độ ẩm của tấm giấy được điều khiển bởi áp suất hơi trong hệ thống lô sấy Khi hệ quá trình sấy được chia thành các nhóm được điều khiển độc lập, đây là hệ thống multi-input-single-output (MISO) Điều này có nghĩa là quá trình sấy có nhiều đơn vị tự do về phương diện điều khiển Theo cách truyền thống, điều này được giải quyết bằng việc đặt tất cả bộ điều khiển. .. sấy - Để đảm bảo giấy không bị rách, dày mỏng khác nhau … thì tốc độ của các lô sấy phải là như nhau SVTH Page 12 BÀI TẬP LỚN - HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Trong hệ truyền động có sử dụng bánh răng liên kết các lô sấy trong cùng một nhóm Số lượng lô sấy lớn (8 lô sấy) nên để đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru, chất lượng truyền động tốt chúng ta dùng hai động cơ truyền động M 1 và M2... những điều kiện thuận lợi cho hàm của hệ thống tầng Thứ hai, điều này điều này cũng quan trọng cho cả khả năng di chuyển được và chất lượng của tờ giấy Hình 3.17 vòng điều khiển quá trình truyền nhiệt Vòng điều khiển độ ẩm giấy là vòng điều khiển tầng Vòng bên trong điều khiển áp suất hơi trong các lô sấy Việc này thường được thực hiện bằng một bộ điều khiển PI hoặc PID Ở vòng ngoài là bộ điều khiển. .. bao giấy, sự căng tấm giấy, … Một vài trong những nhiễu đó là điều khiển được như tốc độ quay lô sấy, độ dày của tấm giấy được điều khiển bằng feedforward Một vài biến khác rất khó đo, chỉ có thể được giảm bởi bộ điều khiển feedback SVTH Page 27 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY CHƯƠNG 4 Ý KIẾN CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG SẤY 4.1 SVTH Tăng công suất sấy Để tăng công suất sấy... nhóm sấy với máy nén hơi ổn định áp suất Một sơ đồ P&ID cơ bản của một phân xưởng sấy được xây dựng theo cấu trúc nối tầng có sử dụng máy nén hơi Hình 3.13 sơ đồ P&ID của 1 hệ thống sấy có cấu trúc nối tầng các nhóm sấy với nhau Trong sơ đồ P&ID này, hệ thống sấy được chia thành 6 nhóm sấy khác nhau SVTH Page 24 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Có nhiều vòng lặp điều khiển nhưng... phân lên tín hiệu chủ đạo Hình 3.14 cấu trúc bộ điều khiển PID điều khiển áp suất 1 1 C ff (s) = k c β + + sγ Td ÷ ; Cc (s) = k c 1 + + sTd ÷ sTi sTi Trong thực tế để nâng cao chất lượng điều khiển người ta thường thêm bộ lọc thông thấp vào thành phần của bộ điều khiển PID SVTH Page 25 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY sγ Td T 1+ d s N sTd Cc (s) : sTd ↔ T 1+... MÁY GIẤY CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SẤY GIẤY TRONG PHÂN XƯỞNG XEO GIẤY 3.1 Hệ điều khiển truyền động lô sấy 3.1.1 Cấu trúc của hệ thống sấy Bạt dẫn giấy Giấy Hình 3.1 Mô hình hệ thống sấy hai bạt dẫn Mục tiêu của khâu xấy: Làm bay hơi hơi nước trong giấy, làm cho giấy có cứng cáp, và có độ ẩm theo yêu cầu công nghệ: - Cấp nhiệt vào lô sấy - Truyền nhiệt từ lô sấy sang giấy - Thông gió để thoát hơi...BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY 2.3.6 Bộ phận cắt cuộn lại Tờ giấy hình thành sau ép quang thì được cuộn lại vào lô cuốn kim loại có đường kính 1800 mm Các cuộn giấy được chuyển sang bộ phận máy cuộn lại và cắt thành những cuộn giấy thành phẩm có khổ to, nhỏ tùy theo đơn đặt hàng và được cuộn vào theo các lõi bằng giấy Hình 2.10 Máy cắt cuộn lại Từ các cuộn giấy lớn, giấy được... cao, tối ưu hóa được nhiệt lượng cung cấp SVTH Page 16 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.8 Hệ thống thông hơi của lô sấy Hệ thống thông hơi có chức năng như sau: - Tạo môi trường thuận lợi để bốc hơi - Cải hiện việc sử dụng năng lượng - Duy trì điều kiện tốt cho phòng máy xeo - Giảm mù sương thoát ra khỏi nhà máy 3.3 Mô tả toán học của lô sấy 3.3.1 Mô tả quá trình trong lô ... LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY CHƯƠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SẤY GIẤY TRONG PHÂN XƯỞNG XEO GIẤY 3.1 Hệ điều khiển truyền động lô sấy 3.1.1 Cấu trúc hệ thống sấy Bạt dẫn giấy Giấy... NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG 2.1 SVTH Tổng quan quy trình công nghệ Page BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 2.1 Tổng quan công nghệ sản xuất giấy Bột giấy. .. truyền nhiệt lô sấy làm tăng tải hệ thống truyền động gây ảnh hướng tới chất lượng điều khiển hệ thống SVTH Page 13 BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.3 Các gây sáo trộn